Les réseaux blockchains font aujourd’hui fait face à de nombreux problèmes d’évolutivité, notamment dus à l’émergence de nouvelles applications décentralisées nécessitant un volume de transactions de plus en plus croissant.
C'est dans ce contexte que des solutions comme le “sharding” sont apparues, offrant une alternative pour décongestionner les réseaux et améliorer leur efficacité.
Qu’est-ce que le Sharding ? Comment ça fonctionne ? Vous le découvrirez tout au long de cet article.
Qu’est-ce que le Sharding ?
Le sharding se présente comme une solution pour surmonter un défi majeur : la scalabilité. Pour faire simple, cette technique repose sur le principe de diviser une base de données plus large, comme une blockchain, en fragments plus petits et gérables, appelés “shards“.
En crypto, cette approche vise à répartir les charges de travail de manière à ce que chaque fragment (shards) du réseau puisse traiter les transactions et les contrats intelligents de manière indépendante et parallèle à la blockchain principale.
L'un des principaux avantages du sharding est donc l'amélioration de la vitesse des transactions. En effet, plutôt que de traiter les transactions séquentiellement, le sharding permet un traitement parallèle, accélérant ainsi le processus tout entier.
En réduisant le fardeau sur chaque nœud du réseau, le sharding rend également la participation au réseau plus accessible, car il diminue les exigences en matière de stockage et de traitement.
Pourquoi le Sharding ?
Comme vous le savez, la plupart des layers 1 se heurtent aujourd’hui à un problème majeur de scalabilité, c’est-à-dire leur capacité à traiter un grand nombre de transactions rapidement et efficacement. En effet, avec le succès croissant des cryptos et des applications décentralisées (dApps), les réseaux comme Bitcoin et Ethereum ont longtemps été confrontés à des congestions, entraînant des frais de transaction élevés et des temps de traitement lents.
Il faut savoir qu’initialement, les blockchains procèdent à un traitement séquentiel des transactions. Autrement dit : chaque nœud du réseau est responsable de la gestion de l'intégralité du volume des transactions ainsi que leurs informations (historiques de soldes, soldes des portefeuilles, etc.). Ce modèle, fondé sur le principe de décentralisation, assure que chaque participant détient une copie complète de l'ensemble du registre des transactions.
Cependant, cette approche a un coût significatif en termes de scalabilité. À mesure que le volume de transactions augmente, la charge de travail imposée à chaque nœud s'alourdit, entraînant des “goulets d'étranglement”, une augmentation des temps de traitement, et parfois des frais de transaction élevés.
Le sharding se présente donc comme une solution à ce problème en décomposant le réseau en fragments plus petits, ou shards, permettant ainsi un traitement parallèle des transactions (plus de détails ultérieurement).
Comment fonctionne le Sharding ?
Comme mentionné plus haut, le sharding repose sur une idée fondamentale : diviser le réseau blockchain en segments plus petits, chacun capable de traiter des transactions et de stocker des données de manière autonome. Autrement dit : chaque shard fonctionne comme une mini-blockchain indépendante, avec son propre registre de transactions et son état (state).
Concrètement, cette indépendance permet à chaque shard de traiter des transactions parallèlement aux autres, accélérant considérablement le traitement global des transactions sur le réseau. Cependant, tous les shards restent connectés et coordonnés par une blockchain principale, souvent appelée la “root” ou la “main chain”, qui sert de colonne vertébrale au système, enregistrant les états finaux des différents shards et facilitant la communication entre eux.
Cet exemple devrait vous permettre d’y voir plus clair : imaginons une ville en pleine expansion, où la circulation devient si dense qu'elle ralentit le mouvement de tous. Le sharding, dans ce cas, serait comme de créer des quartiers indépendants au sein de la ville, chacun avec ses propres routes et services, permettant ainsi une circulation plus fluide sans surcharger l'ensemble du système.
En crypto, cela signifie que chaque “shard” peut traiter ses transactions de manière indépendante, augmentant ainsi la capacité globale du réseau sans compromettre sa sécurité ou sa décentralisation initiale.
Le partitionnement horizontal (Horizontal Partitioning) :
Le sharding dans la blockchain utilise ce qu'on appelle le partitionnement horizontal, où les données (dans ce cas, les transactions et les états de compte) sont divisées en lignes, chaque shard gérant une partie, ou plutôt un “sous-ensemble”, des données globales du réseau.
Cette approche diffère du partitionnement vertical, où les données seraient divisées en colonnes (par type de données), ce qui n'est pas pratique pour les architectures de blockchain.
Un aspect critique du partitionnement horizontal est de maintenir la cohérence des données à travers tous les shards. Cela implique que les transactions et les modifications d'état doivent être correctement synchronisées entre les shards pour que l'ensemble du réseau reste cohérent et à jour.
Le processus de Sharding :
Lorsqu'une nouvelle transaction est initiée, elle est attribuée à un shard spécifique en fonction de certains critères, tels que l'adresse de l'émetteur ou du destinataire.
Cette attribution garantit que toutes les transactions impliquant un certain ensemble de clés ou d'adresses soient traitées dans le même shard, maintenant ainsi la cohérence et simplifiant le suivi des états de compte.
Une fois attribuées, les transactions au sein de chaque shard sont traitées parallèlement aux autres shards. Cela signifie que la blockchain peut gérer plusieurs flux de transactions simultanément, contrairement aux systèmes traditionnels où chaque transaction doit être traitée séquentiellement.
Les transactions impliquant des adresses ou des actifs répartis sur plusieurs shards nécessitent une coordination spéciale. Ces transactions nécessitent une communication entre shards pour s'assurer que la transaction est valide et que les états de compte sont correctement mis à jour sur tous les shards concernés. Mais nous reviendrons sur ce dernier dans les prochaines sections de cet article.
Quels sont les avantages du Sharding ?
Le sharding, en tant que stratégie de partitionnement d'un réseau blockchain en segments plus petits et gérables, apporte une série d'avantages significatifs qui visent à résoudre certains des défis les plus pressants auxquels sont confrontés les réseaux blockchain aujourd'hui. Examinons de plus près les principaux avantages que ce concept introduit :
- Amélioration de la scalabilité : en divisant le réseau en plusieurs shards plus petits, chaque shard peut traiter des transactions de manière indépendante. Cela permet un traitement parallèle des transactions, augmentant considérablement le nombre de transactions que le réseau peut gérer simultanément.
- Réduction de la charge sur les Nœuds : traditionnellement, chaque nœud d'un réseau blockchain doit traiter et valider l'intégralité des transactions et stocker une copie complète de la chaîne. Avec le sharding, cependant, cette charge est considérablement réduite, car chaque nœud ne doit traiter que les données relatives à son shard spécifique.
- Accélération des temps de transaction : plutôt que d'attendre qu'une longue file de transactions soit traitée séquentiellement, les transactions peuvent être traitées simultanément dans différents shards.
Quels sont les principaux défis liés au Sharding en crypto ?
Premièrement, la sécurité des shards individuels est une préoccupation majeure. En divisant le réseau en plusieurs segments plus petits, chaque shard devient potentiellement plus vulnérable aux attaques, car la puissance de calcul nécessaire pour compromettre un seul shard est nettement inférieure à celle requise pour attaquer l'ensemble du réseau. Cela pourrait faciliter les tentatives de manipulation ou de contrôle malveillant par des acteurs malintentionnés.
Un autre défi significatif réside dans la gestion des transactions qui s'étendent sur plusieurs shards, connues sous le nom de transactions inter-shards. Pour faire simple, ces transactions peuvent complexifier la synchronisation des données à travers le réseau, augmentant le risque d'erreurs et de conflits potentiels.
Enfin, les shards peuvent également poser un problème au niveau de la disponibilité des données. En effet, avec le réseau divisé en multiples shards, il peut arriver que certaines informations ne soient pas immédiatement accessibles à tous les nœuds lorsque nécessaire. De fait, cela peut entraver le processus de validation des transactions et l'exécution des contrats intelligents, et donc l'ensemble du réseau.
Ce qu'il faut retenir :
Au final, le sharding se présente bel et bien comme une solution intéressant pour résoudre le défi de scalabilité au sein des blockchains actuelles. En partitionnant les données en segments plus petits, cette technique améliore considérablement les performances et l'efficacité des transactions.
Toutefois, elle introduit de nouveaux défis, notamment en termes de sécurité des shards et de disponibilité des données. Malgré ces obstacles, le potentiel du sharding est indéniable, ouvrant la voie à une adoption plus large, en plus de pouvoir surmonter le trilemme de la blockchain.
