Sharding ist eine Technik, die von traditionellen Datenbanken übernommen wurde, um die Leistung der Blockchain zu optimieren. Bei dieser Methode wird die gesamte Blockchain in mehrere kleinere Abschnitte, sogenannte „Shards“, unterteilt, die einzeln, aber gleichzeitig arbeiten. Jeder Shard funktioniert wie eine Mini-Blockchain, die Transaktionen und intelligente Verträge unabhängig voneinander verarbeiten kann. In einem herkömmlichen System müssen alle Knoten in einem Blockchain-Netzwerk jede Transaktion verarbeiten. Beim Sharding hingegen bearbeitet jeder Knoten nur Transaktionen, die zu einem bestimmten Shard gehören. Dadurch wird die Belastung der Knoten verringert und die Geschwindigkeit im gesamten Netzwerk erhöht. Möchten Sie wirklich verstehen, wie die Welt der Kryptowährungen funktioniert und welche Technologie dahinter steckt? Für alle begeisterten Innovatoren da draußen haben wir den wichtigsten Leitfaden zusammengestellt: Was ist Blockchain? Bitcoin und die Revolution der Blockchain-Technologie.
Die grundlegenden Elemente des Sharding sind
- Aufteilung des Netzwerks
Die Blockchain wird in mehrere unabhängige Shards aufgeteilt. Jeder Shard verwaltet eine Teilmenge von Transaktionen und Daten.
- Parallele Verarbeitung
Jeder Shard verarbeitet gleichzeitig seine eigenen Transaktionen, was zu einer erheblichen Steigerung der Gesamtkapazität des Netzwerks führt.
- Shard-übergreifende Kommunikation
Damit das Netz einheitlich bleibt, müssen die Shards miteinander kommunizieren. Daher werden Transaktionen, die mehrere Shards betreffen, koordiniert, um Konsistenz und Sicherheit zu gewährleisten.
- Zentrale Koordinierungsschicht (z. B. Beacon Chain in Ethereum)
Eine Master-Kette kontrolliert die Aktivitäten aller Beacons, synchronisiert das gesamte Netzwerk und gewährleistet die allgemeine Sicherheit.
Vorteile von Sharding
Sharding kann die Art und Weise revolutionieren, wie Blockchains die Skalierbarkeit verwalten. Hier sind die wichtigsten Vorteile dieser Technologie:
- Erweiterte Skalierbarkeit
Dank der parallelen Verarbeitung können gesplittete Blockchains im Vergleich zu herkömmlichen Architekturen ein viel höheres Transaktionsvolumen pro Sekunde (TPS) verarbeiten.
- Höhere Geschwindigkeit
Durch die Verringerung von Staus und gleichzeitiger Verarbeitung sind Transaktionsbestätigungen viel schneller, was zu einem angenehmeren Nutzererlebnis führt.
- Geringere Hardware-Anforderungen
Jeder Knoten speichert und verarbeitet nur die Daten, die für seinen eigenen Einsatz relevant sind. Dadurch wird die Teilnahme am Netzwerk leichter zugänglich, während die Dezentralisierung erhalten bleibt.
- Energie-Effizienz
Durch die Optimierung der Datenverarbeitung kann das Sharding den Energieverbrauch pro Transaktion senken, insbesondere bei Blockchains, die PoW-ähnliche Mechanismen verwenden.
Herausforderungen und Risiken
Sharding verspricht zwar eine bessere Skalierbarkeit, seine Umsetzung ist jedoch mit einer Reihe von Herausforderungen verbunden:
- Komplexität der Implementierung
Die Schaffung eines robusten Sharding-Systems erfordert größere architektonische Änderungen. Die Verwaltung der Zusammenarbeit zwischen Shards ist eine schwierige technische Herausforderung.
- Shard-Sicherheit
Die Aufteilung des Netzes in mehrere kleinere Abschnitte kann die Anfälligkeit für Angriffe, wie z. B. einen 1%-Angriff, erhöhen. Um dieses Problem zu bekämpfen, werden die Prüfer häufig nach dem Zufallsprinzip und im Rotationsverfahren den Shards zugewiesen.
- Synchronisierung zwischen den Scherben
Die Koordinierung von Transaktionen, an denen mehrere Darts beteiligt sind, ist einer der komplexesten Teile dieses Systems. Das verwendete Protokoll muss die Datenkonsistenz zwischen den Scherben gewährleisten, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.
- Allgemeine Einführung
Da Sharding eine vollständige Neugestaltung erfordert, kann sich die Einführung der Technologie in bestehenden Netzen verzögern.
Sharding in der Praxis
Ein Beispiel für eine Blockchain, die Sharding einsetzt, ist Ethereum. Nach der Umstellung auf Proof of Stake (PoS) arbeitet Ethereum an der Implementierung von Danksharding mit dem Ziel, die Transaktionskapazität auf Tausende von TPS zu erhöhen.
Andere Projekte, die diese Technologie nutzen, sind unter anderem:
- Near Protocol – Verwendet Sharding-Modelle, um eine einfache Skalierung dezentraler Anwendungen zu ermöglichen.
- Polkadot – Das Projekt ermöglicht die Verbindung zwischen mehreren skalierbaren Blockchains durch eine fortgeschrittene Form des Sharding.
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