Cos'è lo Sharding?

Il problema della scalabilità

Come hai imparato nelle lezioni 16 e 18 nella sezione Intermedia della Bitpanda Academy, attualmente non esiste una rete blockchain che sia veramente strutturata in modo tale da poter essere facilmente scalabile per competere con le reti di pagamento tradizionali. 

Prendiamo Ethereum, per esempio, che è stato creato da Vitalik Buterin con il nome di Ethereum Classic e attualmente funziona come una singola blockchain, nonostante supporti un numero di applicazioni decentralizzate e di utenti in costante crescita: tutte le transazioni devono essere elaborate dallo stesso gruppo di miner, il che porta alla congestione della rete.

Sebbene il tempo medio di blocco di Ethereum, pari a circa 20 secondi, sia di gran lunga inferiore ai 10 minuti richiesti dalla rete di Bitcoin, i tempi di elaborazione non possono ancora competere con un fornitore di pagamenti come VISA, che è in grado di elaborare 1.700 tps (transazioni al secondo). Ethereum, da parte sua, ha un tps massimo attuale di 15. Quando una blockchain cresce, cresce anche la quantità di dati in una rete.

Una scuola di pensiero ritiene che un sistema proof-of-stake sia la risposta a Ethereum e, in generale, alle carenze del meccanismo proof-of-work. Tuttavia, agli occhi degli sviluppatori di Ethereum, questo è solo un pezzo del puzzle. Ethereum ha annunciato l'intenzione di completare la transizione della rete a un algoritmo di consenso proof-of-stake nel secondo trimestre del 2021 nell'ambito di "Ethereum 2.0", una serie di aggiornamenti.

Tuttavia, è la combinazione dello sharding con un protocollo di consenso proof-of-stake che rappresenta la struttura ideale per la scalabilità della rete. Per capire questo punto, è necessario prima di tutto definire lo sharding e il suo funzionamento, tenendo presente come Ethereum intende utilizzarlo nello specifico per aumentare la propria scalabilità.

Cos'è lo sharding?

Lo sharding, come tecnologia, è precedente all'arrivo delle blockchain e deriva da una tecnologia chiamata "partizionamento dei database". 

Ciò significa che un database di grandi dimensioni viene suddiviso in database più piccoli e gestibili. Qualunque sia il criterio utilizzato per farlo, il punto è che le query che richiedono l'accesso solo a una parte dei dati possono essere eseguite più velocemente perché ci sono meno dati da analizzare. Questo per migliorare il throughput delle transazioni e per distribuire le risorse di archiviazione e di calcolo in una rete. 

Lo sharding, come tecnologia, è precedente all'arrivo delle blockchain e deriva da una tecnologia chiamata "partizionamento dei database". 

Nel contesto della blockchain, questo significa che ciascun nodo all'interno della rete conserva solo le informazioni relative alla propria catena di shard. Anche se queste informazioni possono comunque essere condivise, non tutti i nodi memorizzano ed elaborano più tutte le informazioni. 

Che cos'è lo sharding nell'ambito di Ethereum 2.0?

L'obiettivo di questa modifica è quello di far assomigliare la rete di Ethereum a una ragnatela invece che a una catena singola, con una blockchain chiamata "catena Beacon" al suo centro. Nel complesso, funzionerà come l'attuale blockchain di Ethereum, con alcune sostanziali differenze. Un grande gruppo di mini-blockchain chiamate "shard" sarà quindi coordinato attraverso la catena Beacon. Questi shard, o frammenti, elaboreranno tutte le transazioni attraverso i loro validatori, senza passare per la catena Beacon, che funge da sede del protocollo della rete.

Questi cambiamenti porteranno a un throughput esponenzialmente più elevato, che come ricorderai è la misura della capacità di elaborazione delle transazioni di una rete.

Quali sono i rischi dello sharding nella rete Ethereum?

Prima che questo possa accadere, è necessario superare diversi ostacoli, tra cui la corretta valutazione dei rischi di sharding di una rete. In modo simile al modo in cui le reti proof-of-work tradizionali sono vulnerabili agli attacchi al 51%, le reti frammentate sono vulnerabili a quelli che sono stati chiamati "attacchi dell'1%".

Fondamentalmente, questo si riferisce all'idea che se una rete blockchain è divisa in 100 shard, basterebbe che solo 1 di questi venisse corrotto da attori malintenzionati per far sì che le transazioni false vadano a buon fine. 

Affinché ciò avvenga, tutti i validatori di uno shard dovrebbero essere di proprietà di un gruppo o comunque funzionare come un unico gruppo. A dire il vero, è molto improbabile che ciò accada, poiché anche la catena beacon di Ethereum eseguirà un algoritmo di randomizzazione in grado di cambiare regolarmente i validatori assegnati ai propri shard. 

Per questo motivo, sarà essenzialmente impossibile truccare il sistema e prendere il controllo di uno shard, poiché nessun utente rimarrà in un singolo shard.

Tuttavia, è importante ricordare che, ad oggi, tutto ciò che abbiamo appena spiegato non è stato ancora testato nella pratica. L'unico modo per sapere quanto significativo sarà l'effetto dello sharding sul tps di Ethereum sarà quello di osservare "Ethereum 2.0" in azione. 

Solo il tempo ci dirà se lo sharding si rivelerà la risposta ai problemi di scalabilità di Ethereum. Per il momento, tieni a mente ciò che hai imparato sullo sharding perché può aiutarti a capire come viene "governata" una rete blockchain, cosa che discuteremo nella prossima lezione sulle organizzazioni autonome decentralizzate (DAO).