Sharding

¿Qué es el sharding en el ámbito cripto?

El sharding es un método de escalabilidad blockchain que divide los datos, la carga de trabajo o el estado de una red en partes más pequeñas llamadas shards.

Cada shard gestiona solo una parte de la actividad total de la red, lo que puede ayudar a la blockchain a procesar más transacciones y dar soporte a más usuarios.

En el ámbito cripto, el sharding se plantea principalmente como una forma de mejorar la escalabilidad sin obligar a todos los nodos a procesar todas las transacciones de la misma manera.

En una blockchain tradicional, muchos nodos suelen tener que almacenar, validar y actualizar el mismo conjunto completo de datos.

Este diseño puede ser seguro y fácil de verificar, pero también puede limitar el rendimiento de las transacciones cuando aumenta la demanda de la red.

El sharding intenta resolver este problema permitiendo que distintos grupos de nodos gestionen diferentes partes de la red.

El objetivo es que los sistemas blockchain sean más rápidos, baratos y eficientes sin dejar de preservar la descentralización y la seguridad.

El sharding no es una única función que opere igual en todas las blockchains.

Los distintos protocolos pueden utilizar sharding de red, de transacciones, de estado o de datos, o combinar varios de estos enfoques.

En los debates actuales sobre cripto, el sharding suele relacionarse con la escalabilidad de Ethereum, la disponibilidad de datos, los rollups, Proto-Danksharding, Danksharding y otros diseños de blockchain modulares.

Definición sencilla de sharding

El sharding consiste en dividir una blockchain en secciones más pequeñas para que la red pueda gestionar más trabajo en paralelo.

Un shard puede entenderse como una sección del sistema más amplio de datos o procesamiento de la blockchain.

En lugar de hacer que todos los validadores o nodos gestionen todo, una blockchain fragmentada puede asignar tareas distintas a grupos diferentes.

Esto puede reducir la carga de cada nodo y aumentar la capacidad total de la red.

En pocas palabras, el sharding es como dividir una clase muy numerosa en grupos más pequeños para que cada uno termine antes una parte del trabajo.

El reto consiste en garantizar que todos los grupos sigan coincidiendo en el resultado final y cumplan las mismas reglas.

Por qué es importante el sharding en blockchain

El sharding es importante porque la escalabilidad es uno de los mayores retos de las criptomonedas.

Una blockchain que solo pueda procesar un número reducido de transacciones por segundo puede volverse lenta y cara cuando la demanda es elevada.

Cuando aumentan las comisiones y los tiempos de confirmación, los usuarios pueden dejar de utilizar aplicaciones descentralizadas o trasladar su actividad a otro sitio.

El sharding pretende aumentar la capacidad de la red para que más usuarios puedan interactuar con wallets, aplicaciones de finanzas descentralizadas, juegos, herramientas de pago y activos tokenizados.

También contribuye al objetivo a largo plazo de que la infraestructura blockchain sea útil para sistemas financieros y digitales de alcance global.

Sin embargo, la escalabilidad no debe lograrse a costa de la seguridad.

Una blockchain que se vuelve rápida pero centralizada puede perder muchas de las ventajas que hacen valiosas a las redes cripto públicas.

Por eso, un buen diseño de sharding debe equilibrar la velocidad, el coste, la descentralización, la coordinación de validadores y la disponibilidad de datos.

Cómo funciona el sharding

El sharding funciona al dividir la carga de trabajo de la blockchain en partes más pequeñas y asignarlas a distintos participantes de la red.

En un diseño básico de sharding, un grupo de validadores puede procesar las transacciones de un shard y otro grupo puede procesar las de otro.

Cada shard puede actualizar su propia parte de la red sin esperar a que todos los demás terminen primero todo el trabajo.

Este procesamiento en paralelo puede aumentar el rendimiento total, ya que la red deja de depender de una única vía de ejecución.

Por lo general, se necesita una capa de coordinación para mantener conectados los shards.

Esta capa puede ayudar a asignar validadores, registrar los resultados de los shards, verificar datos, gestionar la comunicación entre shards y proteger la red frente a ataques.

Sin una coordinación adecuada, los shards podrían quedar aislados o volverse incoherentes.

Un sistema de sharding sólido debe garantizar que todos los shards sigan formando parte de un único ecosistema blockchain seguro.

Principales tipos de sharding

Sharding de red

El sharding de red divide la red peer-to-peer en grupos más pequeños de nodos.

Cada grupo puede comunicarse con más frecuencia con los nodos responsables del mismo shard.

Esto puede reducir la sobrecarga de comunicación, ya que no todos los nodos tienen que enviar todos los mensajes a los demás.

El sharding de red puede mejorar la eficiencia, pero debe diseñarse con cuidado para evitar puntos débiles en la búsqueda de pares, la propagación de datos y la coordinación de validadores.

Sharding de transacciones

El sharding de transacciones distribuye el procesamiento de transacciones entre distintos shards.

Por ejemplo, las transacciones de un grupo de cuentas pueden procesarse en un shard y las de otro grupo en otro shard.

Esto puede aumentar el rendimiento de las transacciones, ya que varios shards pueden procesarlas al mismo tiempo.

La dificultad está en gestionar las transacciones que involucran cuentas o contratos inteligentes ubicados en distintos shards.

Estas transacciones entre shards necesitan reglas fiables de mensajería y liquidación.

Sharding de estado

El sharding de estado distribuye el estado de la blockchain entre varios shards.

El estado incluye saldos de cuentas, almacenamiento de contratos inteligentes, datos de aplicaciones y otra información necesaria para conocer la situación actual de la blockchain.

El sharding de estado puede reducir considerablemente la cantidad de datos que cada nodo debe almacenar.

También es una de las formas más complejas de sharding, porque la red debe gestionar de forma segura las interacciones entre estados almacenados en distintos shards.

Si el sharding de estado no está bien diseñado, los usuarios pueden sufrir retrasos, resultados incoherentes o mayores riesgos de seguridad al interactuar entre shards.

Sharding de datos

El sharding de datos se centra en distribuir las responsabilidades de disponibilidad de datos en lugar de dividir toda la ejecución de transacciones.

Este modelo es especialmente importante en la hoja de ruta actual de escalabilidad de Ethereum.

Ethereum había planteado anteriormente utilizar shard chains, pero su hoja de ruta actual ya no las contempla como plan principal de escalabilidad.

En cambio, Ethereum se centra en los rollups, los blobs, el muestreo de disponibilidad de datos, Proto-Danksharding, Danksharding y actualizaciones relacionadas.

La hoja de ruta oficial de Danksharding de Ethereum explica que las shard chains ya no forman parte de la hoja de ruta y que Danksharding utiliza muestreo distribuido de datos en blobs.

Sharding y Ethereum

Ethereum es uno de los ejemplos más importantes para explicar el sharding, ya que su hoja de ruta ha influido en gran parte del debate sobre la escalabilidad en el sector cripto.

En los primeros planes de Ethereum, el sharding consistía en crear varias shard chains para ampliar la capacidad de la red.

Con el tiempo, la hoja de ruta cambió, ya que los rollups se convirtieron en el principal método para escalar la ejecución de transacciones.

Los rollups procesan transacciones fuera de la capa base de Ethereum y después publican en Ethereum datos comprimidos o pruebas.

Esto permite a Ethereum centrarse en la liquidación, la seguridad, el consenso y la disponibilidad de datos, mientras los sistemas Layer 2 gestionan gran parte de la carga de ejecución.

La hoja de ruta oficial de escalabilidad de Ethereum explica que los rollups envían datos de transacciones a Ethereum para que la red pueda verificar su actividad.

Como los rollups necesitan espacio de datos asequible, la hoja de ruta de sharding de Ethereum se centra ahora en los datos, no en cadenas de ejecución separadas.

Por eso, en los debates actuales sobre el sharding de Ethereum suelen aparecer términos como Proto-Danksharding, Danksharding, blobs y muestreo de disponibilidad de datos.

Sharding y Proto-Danksharding

Proto-Danksharding es una actualización de escalabilidad de Ethereum introducida mediante EIP-4844.

Añadió transacciones con blobs, que permiten a los rollups publicar datos temporales en Ethereum de forma más eficiente.

Un blob es un objeto de datos grande que puede utilizarse para la disponibilidad de datos de los rollups sin almacenar permanentemente la misma información en el calldata de las transacciones habituales.

La especificación oficial de EIP-4844 describe las transacciones con blobs como un nuevo formato de transacción que da soporte a la hoja de ruta de escalabilidad de datos de Ethereum.

Proto-Danksharding se activó en Ethereum Mainnet mediante la actualización Dencun el 13 de marzo de 2024.

La página oficial de preguntas frecuentes sobre Dencun de Ethereum explica que Proto-Danksharding sienta las bases para Danksharding completo al facilitar la distribución de los datos de los rollups entre operadores de nodos.

Proto-Danksharding no es lo mismo que el sharding completo.

Es una etapa intermedia que abarata los datos y prepara la red para mejoras más amplias en la disponibilidad de datos.

Sharding y Danksharding

Danksharding es el diseño de sharding de datos a largo plazo de Ethereum.

Se diferencia de las shard chains tradicionales porque no divide Ethereum en muchas cadenas de ejecución independientes.

En cambio, Danksharding está diseñado para aumentar la cantidad de datos que Ethereum puede poner a disposición de los rollups.

Esto ayuda a los rollups a publicar más datos a un coste menor, lo que puede mejorar la experiencia de usuario en Layer 2.

Danksharding también depende del muestreo de disponibilidad de datos, que permite a los nodos comprobar pequeñas partes aleatorias de los datos en lugar de descargarlo todo.

Esto puede ayudar a la red a admitir más datos sin que los requisitos para operar un nodo resulten demasiado exigentes.

El objetivo es escalar Ethereum sin que resulte demasiado caro o difícil para los usuarios independientes ejecutar nodos.

Sharding y disponibilidad de datos

La disponibilidad de datos significa que los datos necesarios para verificar la actividad de la blockchain están realmente disponibles para la red.

Es una parte esencial del sharding porque distribuir el trabajo entre shards puede crear nuevos retos de verificación.

Si los datos se ocultan o no están disponibles, los usuarios quizá no puedan demostrar si un bloque, shard o lote de rollup es válido.

Por este motivo, una blockchain no puede centrarse únicamente en la velocidad al diseñar el sharding.

También debe demostrar que los participantes honestos pueden comprobar los datos que sustentan las transacciones y los cambios de estado.

La documentación oficial de Ethereum sobre disponibilidad de datos explica por qué los rollups y los clientes ligeros necesitan garantías sólidas de que los datos están disponibles para su verificación.

La disponibilidad de datos es especialmente importante para los rollups, ya que suelen ejecutar transacciones fuera de la capa base, pero siguen dependiendo de ella para su seguridad.

Si los datos de un rollup no están disponibles, los usuarios y verificadores independientes quizá no puedan confirmar el estado correcto del sistema.

Sharding y validadores

Los validadores son esenciales para la mayoría de los diseños modernos de sharding.

En una blockchain proof-of-stake, los validadores ayudan a proponer bloques, atestiguarlos, verificar datos y mantener el consenso.

Una red fragmentada puede asignar validadores a distintos shards o responsabilidades de datos.

La asignación aleatoria puede dificultar que los atacantes controlen un shard.

La rotación de validadores también puede reducir el riesgo de que una parte quede capturada a largo plazo, al cambiar las tareas de los validadores con el tiempo.

El sistema de coordinación debe indicar a los validadores de qué shard son responsables y cuándo comienzan sus tareas.

También debe garantizar que los validadores deshonestos puedan ser detectados y penalizados cuando incumplan las reglas del protocolo.

En el sistema proof-of-stake de Ethereum, la documentación de Ethereum sobre proof-of-stake explica cómo los validadores proponen y atestiguan bloques según el mecanismo de consenso.

Ventajas del sharding

La principal ventaja del sharding es una mayor escalabilidad.

Al distribuir el trabajo entre varios shards, una blockchain puede procesar más actividad que un diseño de cadena única con los mismos requisitos para los nodos.

El sharding también puede reducir la congestión, ya que no todas las transacciones tienen que competir por el mismo espacio de ejecución.

Una menor congestión puede ayudar a reducir las comisiones, especialmente cuando se combina con rollups y sistemas eficientes de disponibilidad de datos.

El sharding también puede mejorar la experiencia de usuario al hacer que las aplicaciones descentralizadas sean más rápidas y asequibles.

Para los desarrolladores, puede crear más espacio para aplicaciones complejas que resultarían demasiado caras en una capa base congestionada.

Para los validadores y operadores de nodos, un buen diseño de sharding puede reducir la cantidad de datos o computación que necesita cada participante.

Esto puede ayudar a preservar la descentralización, ya que más personas podrían ejecutar nodos sin necesitar hardware caro.

Riesgos y retos del sharding

El sharding es una herramienta potente, pero también es difícil diseñarlo de forma segura.

Uno de los principales retos es la comunicación entre shards.

Si una transacción necesita interactuar con cuentas o contratos de distintos shards, la red debe coordinar el resultado sin generar errores ni retrasos.

Otro reto es la seguridad de los shards.

Si un atacante puede controlar suficientes validadores en un shard, este puede volverse vulnerable aunque la red en su conjunto sea grande.

La asignación aleatoria y la rotación de validadores, las pruebas criptográficas y las penalizaciones económicas pueden ayudar a reducir este riesgo.

La disponibilidad de datos es otro reto importante, ya que los nodos deben poder verificar que los datos de los shards no se han ocultado.

El sharding también aumenta la complejidad del protocolo.

Una mayor complejidad puede crear más oportunidades para errores, problemas en los clientes y comportamientos económicos inesperados.

Por eso, las actualizaciones importantes de sharding suelen requerir años de investigación, testnets, auditorías e implementaciones por etapas.

Sharding frente a la escalabilidad Layer 2

El sharding y la escalabilidad Layer 2 están relacionados, pero no son lo mismo.

El sharding modifica la forma en que la blockchain base o su capa de datos gestiona la carga de trabajo.

La escalabilidad Layer 2 traslada la ejecución de transacciones fuera de la capa base, pero sigue utilizándola para la liquidación o la seguridad.

Los rollups son uno de los métodos de escalabilidad Layer 2 más importantes.

Agrupan numerosas transacciones y envían el resultado a la blockchain base.

En la hoja de ruta actual de Ethereum, el sharding facilita el funcionamiento de los rollups al hacer que la disponibilidad de datos sea más barata y escalable.

Esto significa que el sharding y los sistemas Layer 2 pueden trabajar conjuntamente en lugar de competir.

Una blockchain centrada en los rollups puede utilizar sharding de datos para ofrecerles más espacio donde publicar la información necesaria para la verificación.

Sharding frente a sidechains

El sharding es distinto de las sidechains.

Una sidechain suele ser una blockchain independiente que funciona junto a una blockchain principal y cuenta con su propio modelo de seguridad.

Un shard suele formar parte del mismo protocolo general y está diseñado para compartir la seguridad con el resto de la red.

Esta diferencia es importante porque una sidechain quizá no herede el mismo conjunto de validadores ni las mismas garantías de seguridad que la blockchain base.

En un sistema de sharding bien diseñado, los shards deben funcionar conjuntamente bajo una estructura de consenso coordinada.

Sin embargo, cada protocolo es diferente, por lo que los usuarios deben entender siempre el modelo de seguridad real antes de transferir activos o utilizar aplicaciones.

Sharding frente a blockchains modulares

Las blockchains modulares separan funciones principales, como la ejecución, la liquidación, el consenso y la disponibilidad de datos.

El sharding puede formar parte de un diseño modular si se centra en escalar una función concreta.

Por ejemplo, el sharding de datos se centra en poner más datos a disposición para su verificación.

Esto encaja de forma natural con los rollups, que gestionan la ejecución fuera de la capa base.

En una hoja de ruta modular, la capa base puede proporcionar seguridad y disponibilidad de datos, mientras que otros entornos de ejecución procesan las transacciones de los usuarios.

Este enfoque puede ayudar a las blockchains a escalar sin que una sola capa tenga que encargarse de todas las tareas.

Ejemplo práctico de sharding

Imagina una blockchain que da soporte a millones de usuarios en pagos, juegos, finanzas descentralizadas y activos tokenizados.

Si todos los nodos tienen que procesar todas las transacciones de todas las aplicaciones, la red puede congestionarse.

Con el sharding, la red puede distribuir algunas responsabilidades en secciones más pequeñas.

Un shard puede gestionar un grupo de datos y otro shard, otro grupo distinto.

Después, la red utiliza reglas de consenso y sistemas de comunicación para mantener los shards sincronizados.

Si el sharding funciona bien, los usuarios quizá ni siquiera perciban los detalles técnicos.

Simplemente pueden notar transacciones más rápidas, menores costes y un rendimiento más fluido de las aplicaciones.

El sharding en otros diseños de blockchain

Ethereum no es el único ecosistema blockchain que ha explorado el sharding.

Algunos protocolos blockchain utilizan el sharding como parte fundamental de su arquitectura desde el principio.

Por ejemplo, NEAR utiliza un diseño de sharding conocido como Nightshade para facilitar la escalabilidad.

La documentación oficial de NEAR describe el protocolo como fragmentado y escalable mediante Nightshade sharding.

Las distintas blockchains fragmentadas pueden utilizar nombres, estructuras de validadores, reglas de finalidad y métodos de comunicación entre shards diferentes.

Por eso, los usuarios no deben suponer que la palabra sharding siempre se refiere al mismo diseño técnico.

Ideas equivocadas habituales sobre el sharding

El sharding no hace que la capacidad de una blockchain sea ilimitada de forma automática.

Todos los sistemas fragmentados siguen teniendo límites relacionados con el ancho de banda, el rendimiento de los validadores, la disponibilidad de datos, el diseño del consenso y la demanda de los usuarios.

El sharding tampoco hace desaparecer automáticamente las comisiones.

Las comisiones pueden seguir aumentando cuando crece la demanda de espacio de bloque, espacio para blobs o actividad de las aplicaciones.

El sharding no elimina la necesidad de seguridad.

De hecho, suele requerir una coordinación más sólida porque la red se divide en áreas de trabajo más pequeñas.

El sharding tampoco consiste simplemente en ejecutar muchas blockchains una al lado de otra.

Un diseño de sharding auténtico debe mantener los shards conectados mediante un protocolo y un modelo de seguridad compartidos.

Por qué es importante el sharding para los inversores y usuarios cripto

El sharding es importante para los usuarios porque puede influir en la velocidad de las transacciones, las comisiones de red, la calidad de las aplicaciones y la adopción de la blockchain a largo plazo.

Una red con tecnología de escalabilidad sólida quizá pueda dar soporte a más casos de uso reales.

Entre ellos pueden figurar los pagos con stablecoins, las herramientas de trading descentralizado, los protocolos de préstamos, las economías de juegos, los sistemas de identidad y los activos del mundo real tokenizados.

Los usuarios deben entender que el sharding es un método técnico de escalabilidad, no una garantía de rendimiento de la inversión.

La existencia del sharding no hace que un criptoactivo tenga valor automáticamente.

Los inversores también deben tener en cuenta la seguridad, la adopción, la actividad de los desarrolladores, la gobernanza, la economía del token y la demanda real.

Desde el punto de vista práctico del usuario, la pregunta más importante es si el sharding mejora la fiabilidad y la asequibilidad de la red.

Por qué es importante el sharding para los desarrolladores

A los desarrolladores les interesa el sharding porque el diseño de las aplicaciones depende del rendimiento de la red y del acceso a los datos.

En una blockchain fragmentada, quizá tengan que pensar detenidamente dónde se almacenan los datos y cómo se comunican los contratos entre shards.

Las llamadas entre shards pueden ser más complejas que las interacciones entre contratos de una misma cadena.

Quienes desarrollan aplicaciones quizá tengan que diseñarlas teniendo en cuenta la comunicación asíncrona, una liquidación más lenta o reglas especiales para el envío de mensajes.

En un modelo de sharding de datos centrado en los rollups, los desarrolladores pueden centrarse más en la ejecución Layer 2 y depender de la capa base para la disponibilidad de datos.

Esto puede hacer que las aplicaciones sean más baratas y rápidas para los usuarios y, a la vez, mantener su conexión con una capa de liquidación segura.

Términos clave relacionados con el sharding

Un shard es una sección más pequeña de los datos, el estado o la carga de trabajo de una blockchain.

Un validador es un participante de la red que ayuda a proteger una blockchain proof-of-stake proponiendo, verificando o atestiguando bloques.

La disponibilidad de datos es la garantía de que la red puede acceder a los datos necesarios para verificar la actividad de la blockchain.

Un rollup es un sistema Layer 2 que procesa muchas transacciones y publica datos o pruebas en una blockchain base.

Un blob es un objeto de datos temporal utilizado en el diseño Proto-Danksharding de Ethereum para facilitar la disponibilidad de datos de los rollups.

Danksharding es la hoja de ruta de sharding de datos a largo plazo de Ethereum para ampliar la capacidad de datos de los rollups.

La comunicación entre shards es el proceso de enviar información o valor entre shards diferentes.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa sharding en el ámbito cripto?

En el ámbito cripto, sharding significa dividir la carga de trabajo, los datos o el estado de una blockchain en partes más pequeñas para que la red pueda procesar más actividad en paralelo.

¿Cuál es el principal objetivo del sharding?

El objetivo principal del sharding es mejorar la escalabilidad de la blockchain sin dejar de mantener la red descentralizada y segura.

¿Es el sharding lo mismo que Layer 2?

No. El sharding cambia la forma en que la blockchain base o la capa de datos gestiona la carga de trabajo, mientras que los sistemas Layer 2 procesan las transacciones fuera de la capa base y liquidan el resultado en ella.

¿Ethereum sigue utilizando shard chains?

No. La hoja de ruta actual de Ethereum ya no se centra en las shard chains tradicionales, sino en los rollups, los blobs, el muestreo de disponibilidad de datos, Proto-Danksharding y Danksharding.

¿Qué es el sharding de datos?

El sharding de datos es un método de escalabilidad que aumenta la capacidad de disponibilidad de datos en lugar de distribuir toda la ejecución de transacciones entre shard chains separadas.

¿Qué es el sharding de estado?

El sharding de estado distribuye entre varios shards el estado de la blockchain, como los saldos y los datos de contratos inteligentes, para que cada nodo no tenga que almacenarlo todo.

¿Por qué es difícil el sharding?

El sharding es difícil porque debe gestionar al mismo tiempo la asignación de validadores, la comunicación entre shards, la disponibilidad de datos, la seguridad y la complejidad del protocolo.

¿Puede el sharding reducir las comisiones de gas?

El sharding puede ayudar a reducir las comisiones al aumentar la capacidad, pero estas siguen dependiendo de la demanda, el diseño de la red, los mercados de datos y la actividad de las aplicaciones.

¿Es seguro el sharding?

El sharding puede ser seguro si utiliza un consenso sólido, asignación aleatoria de validadores, comprobaciones de disponibilidad de datos y comunicación fiable entre shards.

¿Por qué es importante el sharding para los rollups?

El sharding es importante para los rollups porque el sharding de datos puede hacer que publicar los datos necesarios para la verificación sea más barato y sencillo.

Conclusión

El sharding es uno de los conceptos de escalabilidad más importantes de las criptomonedas, ya que divide el trabajo de la blockchain en partes más pequeñas que pueden gestionarse de forma más eficiente.

La idea básica es sencilla, pero el diseño técnico es complejo porque las blockchains públicas deben proteger la seguridad, la descentralización y la verificabilidad.

El sharding tradicional puede consistir en distribuir la actividad de la red, las transacciones o el estado entre varios shards.

El sharding moderno de datos se centra más en ampliar la disponibilidad de datos para los rollups y los sistemas blockchain modulares.

La hoja de ruta de Ethereum muestra cómo el significado del sharding ha evolucionado desde las shard chains hacia Proto-Danksharding, Danksharding, los blobs y el muestreo de disponibilidad de datos.

Para los usuarios, el sharding puede traducirse en transacciones más rápidas, menores costes y un mejor rendimiento de las aplicaciones si se implementa correctamente.

Para los desarrolladores, el sharding ofrece nuevas opciones de diseño relacionadas con los datos, la ejecución, la comunicación entre shards y la integración con Layer 2.

Para el sector cripto en su conjunto, el sharding sigue siendo una vía clave para crear blockchains capaces de facilitar una adopción a gran escala sin renunciar a los principios de apertura y descentralización que dan valor a las criptomonedas.