Шардинг в блокчейне: что это такое простыми словами

Что такое шардинг?

Шардинг (sharding) — это разделение больших объемов данных или задач на более мелкие и независимые. Сама по себе идея шардинга не нова и используется там, где важно повысить производительность без увеличения требований к каждому отдельному участнику сети.

С ростом объемов информации и количества операций традиционные системы упираются в технические ограничения — в какой-то момент становится сложно обрабатывать все запросы. Разделение данных позволяет задействовать несколько серверов, каждый из которых обрабатывает лишь свою часть.

Например, Notion использует эту технологию для разделения данных между рабочими пространствами. Шардинг также применял Twitter для хранения большого потока публикаций.

В блокчейне шардинг используют для увеличения пропускной способности и ускорения обработки транзакций.

Почему эта технология важна для блокчейна

Современные блокчейны сталкиваются с ограничениями масштабируемости. Во многих сетях архитектура обработки транзакций ограничивает пропускную способность, поэтому при росте нагрузки комиссии могут увеличиваться, а подтверждение операций — занимать больше времени.

Для масштабирования используются решения вроде роллапов (rollups) — Zero-Knowledge Rollups и Optimistic Rollups обрабатывают транзакции вне основной сети, а затем записывают их результаты в блокчейн.

Однако роллапы по-прежнему зависят от возможностей базовой сети. Шардинг позволяет распределять часть нагрузки и данных между ее сегментами, поэтому оба подхода могут дополнять друг друга.

Суть шардинга в том, что блокчейн делится на независимые или полунезависимые сегменты, каждый из которых выполняет свою часть работы. Это позволяет эффективнее распределять нагрузку, но требует дополнительных механизмов безопасности и координации между сегментами.

Как работает шардинг

Шардинг различается по тому, какие данные или задачи распределяются между узлами и как организована их работа. По первому признаку выделяют:

• шардинг транзакций — общий поток транзакций разбивается на несколько меньших, а затем каждый сегмент сети обрабатывает свою часть и ведет локальный учет. Это увеличивает пропускную способность сети;
• шардинг состояния — разделяет данные блокчейна между сегментами. Каждый обрабатывает только свою часть информации. Это снижает нагрузку на хранение и вычисления, но из-за фрагментации возрастает риск атак на отдельные шарды и усложняется взаимодействие.

При этом также существует два основных подхода к шардингу сети, отличающихся по сложности реализации и гибкости:

• статическое разделение — предполагает сегментирование состояния блокчейна на заранее определенное количество шардов и узлов в каждом из них. Такая архитектура проще в реализации, но не адаптируется к изменениям пользовательской активности, что ограничивает эффективность;
• адаптивное разделение — более гибкий подход, при котором количество или размер шардов меняется в зависимости от числа активных узлов, объема данных и сетевой активности. Если нагрузка растет, система может автоматически добавить новые сегменты для обработки дополнительных транзакций.

В зависимости от задач и архитектуры блокчейн может сочетать несколько типов шардинга одновременно. Это помогает достигать нужного баланса между производительностью, децентрализацией и безопасностью.

Шардинг на техническом уровне

Один из вариантов реализации — шардинг транзакций. В простой модели общий поток операций распределяется между сегментами сети, каждый из которых обрабатывает свою часть. Это позволяет увеличить общую пропускную способность.

Транзакции, относящиеся к одному шарду, обрабатываются внутри него. Если же операция затрагивает другие сегменты, между ними передаются сообщения и результаты выполнения. Конкретный порядок зависит от архитектуры сети.

Если валидаторы разных шардов не могут взаимодействовать, сегменты фактически превращаются в изолированные сети. Для связи между ними используются межшардовые (cross-shard) транзакции. В зависимости от способа координации выделяют два подхода:

• синхронные — задействованные шарды согласуют выполнение операции, чтобы сохранить согласованность состояния. Один из исследовательских вариантов такого взаимодействия — концепция Merge Blocks;
• асинхронные — операция проходит через несколько последовательных этапов. Результат выполнения в одном шарде передается в другой, где обработка продолжается после получения необходимых данных.

В некоторых шардированных сетях взаимодействие между сегментами обеспечивает отдельный координационный уровень. Например, в MultiversX эту роль выполняет Metachain. В зависимости от архитектуры такой уровень может:

• распределять валидаторов по сегментам;
• координировать обмен сообщениями между шардами;
• подтверждать данные о сформированных блоках;
• поддерживать согласованность работы сети.

Структура с координационным уровнем позволяет сохранить целостность и безопасность сети даже при разделении на десятки независимых сегментов. Однако она требует защиты как отдельных шардов, так и главной цепочки, а также механизмов обмена данными.

Какие проекты используют шардинг?

На момент написания сравнительно немногие сети используют технологию шардинга или находятся на этапе ее внедрения. Их примеры показывают, что концепция реализуется и развивается в разных вариациях и единый стандарт все еще не выработан.

NEAR Protocol

NEAR Protocol использует модель Nightshade, при которой каждый шард обрабатывает часть транзакций и формирует собственный фрагмент блока — chunk. Эти фрагменты объединяются в блок общей цепочки, а для взаимодействия между сегментами используются специальные сообщения.

Такая архитектура позволяет увеличивать пропускную способность за счет добавления шардов. По данным NEAR, сеть использует девять шардов.

В NEAR также применяется single-block resharding, позволяющий разделять шард в пределах одного блока. Этот механизм упрощает изменение конфигурации сети при масштабировании.

Кроме того, валидаторы NEAR не обязаны хранить полную информацию о других шардах. Вместо этого они используют специальные доказательства, что позволяет масштабировать сеть не только на уровне обработки транзакций, но и доступности данных.

MultiversX

MultiversX работает с июля 2020 года, используя адаптивный шардинг состояния. Сеть разделена на три шарда и координационную цепочку Metachain. Блоки финализируются в соответствующих шардах, а Metachain подтверждает их заголовки и обеспечивает межшардовое взаимодействие. При этом валидаторы регулярно перераспределяются между шардами, что повышает децентрализацию и безопасность.

В обозревателе MultiversX можно отслеживать текущую нагрузку сети, включая количество транзакций и активных адресов. Эти показатели меняются со временем, поэтому их стоит отличать от заявленной максимальной пропускной способности.

Sui

В экосистеме Sui исследуют другой подход к масштабированию — распределение выполнения транзакций между несколькими машинами. В 2024 году разработчики представили прототип Pilotfish, который разделяет работу между тремя типами узлов:

• Primary — отвечает за упорядочивание транзакций;
• Sequencing Workers (SW) — распределяют транзакции для исполнения;
• Execution Workers (EW) — хранят состояние и выполняют транзакции.

В тестах Pilotfish показал рост производительности по мере добавления вычислительных узлов. При обработке вычислительно сложных операций разработчики получили восьмикратное увеличение пропускной способности на восьми серверах. Это результат испытаний прототипа, а не показатель производительности основной сети Sui.

Aptos

В начале 2025 года команда Aptos представила Shardines — экспериментальную систему параллельного выполнения транзакций с помощью Executor Shards. В тестах на 30 шардах она превысила 1 млн транзакций в секунду при обработке независимых операций. Дальнейший рост производительности ограничивало хранилище данных.

Shardines пока остается экспериментальной разработкой. При этом Aptos уже использует Jellyfish Merkle Tree (JMT) для хранения состояния и внедрил разделение ее данных внутри отдельных узлов. Для дальнейшего масштабирования разработчикам предстоит распределить нагрузку на хранилище между несколькими машинами.

Отдельно стоит отметить Ethereum, где шардинг развивается прежде всего как способ масштабировать доступность данных для роллапов. В марте 2024 года обновление Dencun внедрило прото-данкшардинг (EIP-4844), а в декабре 2025 года Fusaka добавило PeerDAS — распределенную проверку доступности данных. Полный данкшардинг остается одним из дальнейших направлений развития сети.

Преимущества и недостатки технологии

Шардинг имеет несколько преимуществ, связанных с распределением нагрузки между сегментами сети:

• масштабируемость и производительность — сегментация позволяет выполнять больше транзакций за счет параллельной работы сети, что увеличивает общую пропускную способность;
• снижение нагрузки на узлы — при шардинге состояния отдельные узлы могут хранить и обрабатывать только часть данных сети, что уменьшает требования к их ресурсам. Это снижает порог для запуска узлов и потенциально способствует децентрализации;
• распределение нагрузки — разделение блокчейна на сегменты помогает обрабатывать операции параллельно. При этом перегрузка одного шарда может затрагивать связанные с ним межшардовые операции;
• потенциал для снижения комиссий — благодаря росту пропускной способности и более эффективному хранению данных шардинг способствует удешевлению транзакций.

Тем не менее шардинг не является «стандартом» индустрии и используется далеко не во всех сетях. Причинами ограниченного применения являются:

• сложность внедрения — полноценный шардинг требует разработки механизмов синхронизации и защиты сегментов сети;
• угрозы безопасности — разделение блокчейна на сегменты может позволить злоумышленнику сосредоточить усилия на отдельном шарде с меньшим числом валидаторов. Это повышает риск захвата сегмента, а последствия атаки зависят от механизмов защиты и координации сети;
• сложность межшардовой координации — выполнение или хранение транзакций разными сегментами требует синхронизации. Это может увеличить время обработки операций, усложнить архитектуру и повысить вероятность технических сбоев;
• отсутствие стандарта — многие модели блокчейн-шардинга остаются экспериментальными. Разные сети реализуют его по-своему, поэтому универсальных или стандартизированных решений просто нет. Технология требует длительного тестирования и аудитов.

Шардинг помогает распределять нагрузку, но усложняет архитектуру сети и требует дополнительных механизмов координации.

Перспективы развития шардинга в криптоиндустрии

Шардинг остается одним из подходов к масштабированию блокчейнов. Его применение зависит от архитектуры сети, характера нагрузки и сложности реализации.

При этом универсальной модели пока нет. Разработчики экспериментируют с количеством шардов, способами их синхронизации и распределением нагрузки. Поэтому состоятельность существующих проектов покажет, сможет ли шардинг получить более широкое распространение.

В дальнейшем шардинг могут использовать и другие универсальные блокчейны, которым требуется распределение нагрузки.

Выводы

Шардинг уже применяется в ряде блокчейнов для распределения нагрузки между сегментами. Насколько заметным будет прирост производительности, зависит от архитектуры сети, характера нагрузки и механизмов координации.

При этом технология все еще далека от массового принятия. Большинство проектов сталкиваются с техническими вызовами, а внедрение требует времени, тестирования и развития новых, зачастую уникальных решений. Будущее шардинга зависит от того, насколько успешно удастся справиться с текущими ограничениями.