Qué es el sharding en criptomonedas
✍️ 23 mayo, 2024 - 10:32 👤 Editor: Jakub Motyka
- El sharding se aplica en las redes blockchain, permitiendo el procesamiento paralelo de transacciones y aumentando significativamente la capacidad de procesamiento.
- A pesar de sus ventajas, el sharding tiene que abordar los desafíos y vulnerabilidades potenciales, como los ataques en shards individuales y las complicaciones en las transacciones entre shards.
El sharding, aunque se usa en criptomonedas, es un concepto originario de la gestión de bases de datos. Se refiere al proceso de dividir una base de datos grande en fragmentos más pequeños y manejables, conocidos como shards. Esta técnica busca mejorar la escalabilidad de la base de datos al permitir que los datos se distribuyan y procesen de manera más eficiente.
En el contexto de las blockchains, el sharding tiene como objetivo incrementar la capacidad de procesamiento de la red sin comprometer su descentralización. Al dividir la red blockchain en múltiples shards, cada uno puede procesar transacciones y contratos inteligentes de manera paralela. Esto mejora significativamente el rendimiento y la escalabilidad de la red.
El sharding en criptomonedas es una técnica informática clave para mejorar la escalabilidad y descentralización de bases de datos y redes blockchain. Esta estrategia permite fragmentar la base de datos en secciones más pequeñas, facilitando su gestión y operatividad.
En la tecnología blockchain, la implementación del sharding podría resolver uno de los principales desafíos actuales: la escalabilidad. Al aplicar esta técnica, redes como Bitcoin y Ethereum podrían manejar un mayor volumen de transacciones de manera más eficiente, manteniendo su naturaleza distribuida y descentralizada.
¿Cómo funciona el Sharding en criptomonedas?
Para comprender cómo se implementa el sharding de criptomonedas en una red blockchain, es fundamental entender cómo se almacenan y procesan los datos en las blockchains. Existen diferentes métodos para procesar estos datos, siendo los más comunes el procesamiento secuencial y el procesamiento paralelo.
Generalmente, cada nodo en una blockchain maneja todo el volumen de transacciones de la red, lo que se conoce como procesamiento secuencial. Esto significa que cada nodo debe mantener y almacenar toda la información crítica, como saldos de cuentas e historial de transacciones, y procesar todas las operaciones de la red. Aunque este método asegura que cada transacción sea registrada en todos los nodos, resulta en una desaceleración significativa del procesamiento de datos.
Aquí es donde entra en juego el procesamiento paralelo de datos, que permite ejecutar múltiples operaciones simultáneamente. El sharding en criptomonedas es una solución poderosa para este problema, ya que distribuye la carga de trabajo transaccional en toda la red blockchain.
Con el sharding, no todos los nodos necesitan gestionar la totalidad de la carga de la blockchain. En su lugar, se divide la carga de trabajo mediante partición horizontal, donde los datos se segregan en subconjuntos horizontales llamados shards.
Cada shard funciona como una base de datos independiente capaz de procesar transacciones por separado. Esta técnica de partición horizontal es clave para mejorar la escalabilidad, como se observa en redes blockchain como Ethereum y Bitcoin.
Además, también existe la partición vertical, que distribuye los datos en columnas en lugar de filas, manteniendo diferentes atributos de datos en tablas separadas.
¿Por qué la partición horizontal es más popular en el Sharding de criptomonedas?
En las redes blockchain, la partición horizontal se prefiere sobre la vertical por tres razones clave: escalabilidad, descentralización y seguridad.
La escalabilidad se ve favorecida con el sharding, ya que divide los datos en "shards" más pequeños y manejables. Cada shard puede operar de manera independiente, permitiendo el procesamiento simultáneo de más transacciones, lo que mejora la velocidad y la eficiencia de la red.
En contraste, la partición vertical distribuye las columnas en diferentes bases de datos. Esto complica la recuperación de transacciones completas y puede limitar la escalabilidad debido a la mayor complejidad en la gestión de los datos.
La descentralización es otro beneficio crucial de la partición horizontal. Al permitir que los nodos solo procesen una fracción de los datos totales (un shard), se reduce la carga computacional y de almacenamiento, facilitando la participación de más nodos en la red.
En cambio, la partición vertical requeriría que cada nodo acceda a todas las particiones (todas las columnas de datos) para verificar completamente las transacciones, lo que podría restringir la descentralización.
La seguridad e integridad de los datos se mantienen mejor con la partición horizontal. Con esta, cada shard contiene datos completos de las transacciones, garantizando que cada nodo tenga una copia precisa de su porción de la blockchain.
Asimismo, la partición vertical, al dividir los datos de un bloque en diferentes nodos, dificulta la garantía de integridad y seguridad de los datos, lo cual es fundamental para las redes blockchain.
Beneficios y ventajas del Sharding
El sharding ofrece soluciones clave a problemas críticos como la velocidad de transacción, los costos de procesamiento y almacenamiento, y el rendimiento general de la red. Estas mejoras no solo incrementan la eficiencia y la escalabilidad, sino que también refuerzan la descentralización, manteniendo la esencia de la tecnología blockchain, entre sus principales beneficios conseguimos los siguientes.
Mayor velocidad de transacción: El sharding permite el procesamiento paralelo de transacciones, distribuyéndolas entre diferentes shards que operan de manera independiente. Esto aumenta significativamente la velocidad de las transacciones, permitiendo que la red maneje más usuarios y fomentando la adopción masiva.
Costos de procesamiento y almacenamiento minimizados: En el diseño convencional de blockchain, cada nodo debe almacenar todas las transacciones, lo que incrementa las demandas de hardware a medida que la blockchain crece. Con el sharding, cada nodo solo procesa y almacena una fracción de los datos totales de la red, reduciendo los recursos necesarios para participar.
Esto permite que más participantes se unan como validadores, mejorando la descentralización sin incurrir en costos prohibitivos. De esta manera, se evita la centralización, ya que no es necesario adquirir equipos costosos para manejar toda la información de la red.
Rendimiento de red mejorado: El sharding mejora el rendimiento y la capacidad general de la red. En las blockchains tradicionales, la participación de más nodos puede disminuir el rendimiento debido a la mayor necesidad de comunicación y sincronización.
Sin embargo, el sharding permite que cada shard funcione de manera independiente y simultánea, aumentando la capacidad de procesamiento de transacciones y cálculos. Los nuevos nodos pueden unirse a un shard en lugar de a toda la red, mejorando la capacidad de escalado y ofreciendo una experiencia de usuario más fluida.
¿Es necesario el sharding en las redes blockchain?
No es un secreto que el auge comercial de Bitcoin y Ethereum ha exacerbado los problemas de escalabilidad en sus redes. Con el aumento del número de usuarios que desean realizar transacciones con Bitcoin o utilizar aplicaciones descentralizadas en Ethereum, la demanda sobre los nodos para validar y verificar estos procesos ha crecido significativamente.
Actualmente, cada nodo en estas redes debe almacenar una copia completa de la blockchain, incluyendo todos los datos desde su inicio, y actualizarla constantemente.
Aunque esta metodología de almacenamiento proporciona alta seguridad y protección a la blockchain, también limita la escalabilidad. Cada nodo solo puede procesar una cantidad limitada de información. Por ejemplo, la red de Bitcoin, que requiere equipos con gran poder computacional, aún enfrenta problemas de escalabilidad, pudiendo procesar solo 5 a 7 transacciones por segundo.
Ethereum, aunque con mayor capacidad que Bitcoin, también enfrenta limitaciones, procesando en promedio 10 a 15 transacciones por segundo. La implementación de sharding podría ser la solución viable para eliminar estos problemas de escalabilidad, permitiendo un mayor número de transacciones en menos tiempo de manera segura y eficiente.
Sin embargo, el sharding presenta sus propios desafíos. Uno de ellos es la vulnerabilidad a ataques en shards individuales, ya que se requiere menos potencia informática para tomar el control de un shard que de toda la red, lo que puede resultar en un "ataque del uno por ciento".
Además, las transacciones entre shards (cross-shard) son complejas y podrían causar problemas como el doble gasto si no se manejan adecuadamente. También existen problemas de disponibilidad de datos si los shards no están accesibles cuando se necesitan, lo que podría interrumpir la red.
Actuales usos del Sharding
La fragmentación sigue siendo un tema en desarrollo para algunas blockchains como Ethereum y Cardano, cuyos desarrolladores están explorando cómo implementar esta técnica para optimizar sus redes.
Sin embargo, criptomonedas como Zilliqa (ZIL) ya han implementado el sharding en sus blockchains, logrando en su red de pruebas un total de 2.828 transacciones por segundo. Esto demuestra el potencial del sharding para mejorar significativamente la escalabilidad de las redes blockchain.
Otro proyecto interesante que ha mostrado el poder del sharding es TON (The Open Network). Su desarrollo ha demostrado que la blockchain TON utiliza sharding para alcanzar un alto nivel de escalabilidad.
No obstante, problemas con la SEC han impedido que Telegram haga público el lanzamiento de su red, limitando el acceso a sus herramientas de desarrollo y prueba.
De manera similar, el proyecto Libra de Facebook, aunque enfrentado a serios problemas de privacidad, sorprendió a nivel técnico por su uso del sharding en su red de validadores.
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