شاردینگ در بلاکچین چیست و چگونه مقیاس ‌پذیری را بهبود می‌دهد؟

شاردینگ در بلاکچین یکی از کلیدی‌ترین فناوری‌ها برای حل مشکل مقیاس‌پذیری است. با افزایش محبوبیت شبکه‌های بلاکچینی و تعداد تراکنش‌ها، سرعت پایین و هزینه‌های بالای پردازش به یکی از چالش‌های اصلی این فناوری تبدیل شده‌اند. شاردینگ، با تقسیم داده‌ها و وظایف بین بخش‌های مختلف شبکه (شاردها)، این امکان را فراهم می‌کند که تراکنش‌ها به‌صورت هم‌زمان و مستقل پردازش شوند. این فرآیند نه تنها باعث افزایش سرعت، بلکه عملکرد کلی شبکه را بهبود می‌بخشد. در این مقاله، به بررسی شاردینگ، نحوه عملکرد آن، کاربردها، مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت و همچنین به پرسش‌هایی مانند اینکه چه پروژه‌هایی از شاردینگ استفاده می‌کنند و آیا جایگزینی برای آن وجود دارد، پاسخ خواهیم داد.

شاردینگ چیست؟

با گسترش استفاده از بلاکچین و افزایش تعداد کاربران، یکی از چالش‌های اصلی این فناوری، مقیاس‌پذیری و سرعت پردازش تراکنش‌ها است. بلاکچین‌هایی مانند اتریوم، با وجود غیرمتمرکز بودن و امنیت بالا، گاهی اوقات در مواجهه با حجم زیاد تراکنش‌ها دچار کندی و افزایش کارمزد می‌شوند. برای حل این مشکل، راهکاری به نام شاردینگ (Sharding) ارائه شده است که به زبان ساده یعنی «تکه‌تکه کردن» یا «تقسیم‌بندی شبکه». این تکنولوژی کمک می‌کند تا بلاکچین بتواند مانند یک سیستم چند مسیره، اطلاعات را همزمان و به صورت موازی پردازش کند.

نحوه عملکرد شاردینگ چگونه است؟

در روش سنتی، تمام نودهای (گره‌های) شبکه بلاکچین باید تمام اطلاعات و تراکنش‌ها را ذخیره و پردازش کنند. این روش با اینکه امنیت بالایی دارد، اما با افزایش کاربران به شدت کند می‌شود. در شاردینگ، این فرآیند به شکلی هوشمندانه تقسیم می‌شود. کل شبکه به چند بخش کوچک‌تر به نام شارد (Shard) تقسیم می‌گردد. هر شارد شامل مجموعه‌ای از نودها است که تنها مسئول پردازش بخشی از داده‌ها هستند، نه کل شبکه. یعنی هر شارد مانند یک بلاکچین کوچک و مستقل عمل می‌کند، اما همه آن‌ها تحت کنترل و هماهنگی یک زنجیره اصلی یا مرکزی به نام Beacon Chain با یکدیگر تعامل دارند.

برای مثال تصور کنید یک شهر شلوغ تنها یک اتوبان اصلی داشته باشد. قطعاً ترافیک زیادی ایجاد می‌شود. اما اگر شهر به چند منطقه تقسیم شود و هر منطقه جاده‌های مخصوص به خود را داشته باشد، ترافیک کاهش پیدا می‌کند. شاردینگ نیز همین کار را در دنیای بلاکچین انجام می‌دهد؛ با تقسیم کار بین چند مسیر موازی، پردازش‌ها سریع‌تر انجام می‌شود.

---

بیشتر بخوانید: گره (Node) یا نود در بلاکچین چیست؟

---

چالش سه ‌گانه شبکه ‌های بلاکچینی

یکی از مفاهیم بنیادین در دنیای بلاکچین، چالش سه‌گانه بلاکچین (Blockchain Trilemma) است. این چالش که نخستین بار توسط ویتالیک بوترین (خالق اتریوم) مطرح شد، به سختی در دستیابی هم‌زمان به سه ویژگی کلیدی اشاره دارد: تمرکززدایی، امنیت و مقیاس‌پذیری. اکثر شبکه‌های بلاکچینی برای دستیابی به دو مورد از این سه ویژگی، مجبور به فدا کردن مورد سوم هستند. در ادامه، هر یک از این سه عامل را به زبان ساده بررسی می‌کنیم:

تمرکز زدایی در بلاکچین

تمرکززدایی (Decentralization) به معنای عدم وجود مرجع مرکزی برای کنترل یا مدیریت شبکه است. در شبکه‌های بلاکچینی، قدرت تصمیم‌گیری و کنترل بین هزاران نود مستقل توزیع می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود بلاکچین در برابر سانسور، کنترل دولتی و دستکاری‌های متمرکز مقاوم باشد. تمرکززدایی همچنین اعتماد به شبکه را افزایش می‌دهد، زیرا کاربران می‌دانند که هیچ فرد یا نهادی نمی‌تواند به‌تنهایی عملکرد سیستم را تغییر دهد. با این حال، هرچه تمرکززدایی بیشتر باشد، هماهنگی میان نودها سخت‌تر و کندتر خواهد شد.

امنیت در بلاکچین

امنیت (Security) دومین رکن چالش سه‌گانه بلاکچین است. شبکه‌های بلاکچینی باید در برابر انواع حملات سایبری، تقلب در تراکنش‌ها و دستکاری داده‌ها مقاوم باشند. امنیت معمولاً با استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری قوی و مکانیزم‌های اجماع مثل اثبات کار (PoW) یا اثبات سهام (PoS) تامین می‌شود. اما رسیدن به سطح بالایی از امنیت، نیازمند مصرف منابع زیاد (مثل برق یا استیکینگ سرمایه) است که ممکن است با مقیاس‌پذیری یا سرعت تراکنش‌ها در تضاد باشد.

---

بیشتر بخوانید: بهترین راهکارهای امنیت بلاکچین برای محافظت از داده‌ها و تراکنش‌ها

---

مقیاس‌ پذیری در بلاکچین

مقیاس‌پذیری (Scalability) یعنی توانایی شبکه برای پشتیبانی از حجم بالای تراکنش‌ها بدون کاهش عملکرد یا افزایش کارمزد. در حالی که سیستم‌های متمرکز می‌توانند هزاران تراکنش در ثانیه پردازش کنند، بسیاری از بلاکچین‌های غیرمتمرکز هنوز در این زمینه چالش دارند. افزودن هر نود جدید یا افزایش تعداد کاربران می‌تواند باعث افزایش بار شبکه و کند شدن آن شود. راهکارهایی مانند شاردینگ، لایه دوم (مثل رول‌آپ‌ها) و الگوریتم‌های جدید اجماع، تلاش می‌کنند این مشکل را حل کنند.

چالش سه‌گانه بلاکچین یک توازن حساس میان تمرکززدایی، امنیت و مقیاس‌پذیری است. طراحی یک بلاکچین که بتواند هر سه ویژگی را به طور کامل و هم‌زمان ارائه دهد، بسیار دشوار است. توسعه‌دهندگان بلاکچین معمولاً بسته به کاربرد مورد نظر، دو ویژگی را تقویت کرده و تا حدی از ویژگی سوم صرف‌نظر می‌کنند. درک این چالش برای هر فرد علاقه‌مند به رمزارز و فناوری بلاکچین ضروری است، زیرا تأثیر مستقیمی بر عملکرد، پایداری و آینده پروژه‌ها دارد.

کاربرد شاردینگ در بلاکچین چیست؟

کاربرد اصلی شاردینگ در افزایش سرعت پردازش تراکنش‌هاست. چون عملیات به صورت هم‌زمان در شاردهای مختلف انجام می‌شود، شبکه می‌تواند در زمان کوتاه‌تری حجم بالاتری از تراکنش‌ها را مدیریت کند. همین موضوع باعث کاهش شلوغی شبکه و پایین آمدن زمان تأیید تراکنش‌ها می‌شود. همچنین با کم شدن فشار روی شبکه، کارمزدها نیز کاهش پیدا می‌کند که این موضوع برای کاربران نهایی بسیار ارزشمند است.

از دیگر کاربردهای شاردینگ می‌توان به بهبود مقیاس‌پذیری اشاره کرد. با اضافه شدن شاردهای جدید، قدرت پردازش شبکه نیز به‌صورت خطی افزایش می‌یابد، بدون اینکه نیاز به سخت‌افزارهای پیشرفته یا افزایش حجم بلاک‌ها باشد. این ویژگی به بلاکچین‌ها اجازه می‌دهد تا پاسخگوی نیازهای میلیون‌ها کاربر در آینده باشند. علاوه بر این، شاردینگ باعث می‌شود حتی نودهایی با منابع محدود هم بتوانند در شبکه شرکت کنند، زیرا فقط لازم است داده‌های یک شارد خاص را پردازش و ذخیره کنند. این موضوع به تمرکززدایی بیشتر و امنیت بالاتر شبکه منجر می‌شود.

در مجموع، شاردینگ نقش کلیدی در آینده بلاکچین ایفا می‌کند. این فناوری با ایجاد امکان پردازش موازی، باعث بهبود عملکرد شبکه، کاهش هزینه‌ها، و افزایش توان پاسخ‌گویی بلاکچین‌ها در برابر تقاضای روزافزون کاربران می‌شود. به همین دلیل بسیاری از پروژه‌های مدرن مانند اتریوم ۲.۰، Near و Zilliqa از شاردینگ برای افزایش بهره‌وری استفاده می‌کنند.

---

بیشتر بخوانید: لایه دوم اتریوم چیست؟

---

مزایا و معایب شاردینگ چیست؟

شاردینگ یک از راه‌حل‌ جدید برای بهبود عملکرد بلاکچین‌هاست، اما مانند هر فناوری دیگری، مزایا و معایبی نیز دارد. در ادامه، به بررسی مزایا و معایب شاردینگ در بلاکچین می‌پردازیم:

مزایای شاردینگ

• افزایش سرعت پردازش: با تقسیم شبکه به بخش‌های کوچکتر (شاردها)، هر شارد به‌صورت موازی تراکنش‌ها را پردازش می‌کند. این یعنی تراکنش‌ها سریع‌تر انجام می‌شوند و صف‌های طولانی کمتر می‌شود.
• مقیاس‌پذیری بالا: شاردینگ به بلاکچین اجازه می‌دهد تا هزاران تراکنش را در هر ثانیه مدیریت کند. این ویژگی برای بلاکچین‌هایی که کاربران زیادی دارند بسیار مهم است.
• کاهش کارمزدها: وقتی شبکه شلوغ نباشد و تراکنش‌ها سریع‌تر انجام شود، هزینه پردازش هم پایین می‌آید. شاردینگ می‌تواند به کاهش کارمزدها کمک کند.
• استفاده بهینه از منابع شبکه: با تقسیم کار بین نودها، فشار روی هر نود کمتر می‌شود و منابع بهتر و متعادل‌تر استفاده می‌شوند.

معایب شاردینگ

• پیچیدگی فنی بالا: پیاده‌سازی شاردینگ کار ساده‌ای نیست. نیاز به هماهنگی دقیق بین شاردها و اجزای مختلف شبکه دارد که می‌تواند فرآیند توسعه را پیچیده کند.
• احتمال کاهش امنیت: اگر یک شارد مورد حمله قرار بگیرد، ممکن است امنیت آن بخش از داده‌ها به خطر بیفتد. البته مکانیزم‌های امنیتی مانند زنجیره مرکزی (Beacon Chain) برای کاهش این ریسک در نظر گرفته شده‌اند.
• مشکل در ارتباط بین شاردها: تراکنش‌هایی که بین دو شارد مختلف انجام می‌شوند (cross-shard transactions)، نیاز به زمان و هماهنگی بیشتری دارند که می‌تواند پیچیدگی را افزایش دهد.

شاردینگ یک فناوری قدرتمند برای مقیاس‌پذیری بلاکچین‌هاست که مزایای زیادی دارد، اما اجرای آن نیازمند دقت، تجربه و زیرساخت مناسب است. پروژه‌هایی مانند اتریوم ۲.۰ با در نظر گرفتن مزایا و معایب شاردینگ، در حال پیاده‌سازی این روش برای رسیدن به بلاکچینی سریع‌تر، ارزان‌تر و گسترده‌تر هستند.

چه رمز ارزهایی از شاردینگ استفاده می ‌کنند؟

شاردینگ به عنوان یک راه‌حل قدرتمند برای افزایش سرعت و مقیاس‌پذیری شبکه‌های بلاکچین، در حال حاضر مورد توجه بسیاری از پروژه‌های رمز ارزی قرار گرفته است. اما سوال اینجاست که کدام رمزارزها واقعاً از شاردینگ استفاده می‌کنند؟ در ادامه، چند پروژه‌ معروف را که شاردینگ را در ساختار خود به‌کار برده‌اند، به زبان ساده معرفی می‌کنیم:

• اتریوم ۲.۰ (Ethereum 2.0): اتریوم یکی از شناخته‌شده‌ترین بلاکچین‌هاست که برای حل مشکل مقیاس‌پذیری، در نسخه جدید خود از شاردینگ استفاده می‌کند. در این نسخه، شبکه به چندین شارد تقسیم می‌شود و هر شارد به‌طور مستقل تراکنش‌ها را پردازش می‌کند. این کار باعث افزایش سرعت، کاهش هزینه‌ها و بهبود عملکرد کلی اتریوم می‌شود.
• زیلیکا (Zilliqa): زیلیکا اولین بلاکچینی بود که شاردینگ را به‌صورت عملی و کامل پیاده‌سازی کرد. این پروژه با استفاده از شاردینگ توانسته به سرعت پردازش بالا دست یابد، بدون اینکه امنیت یا غیرمتمرکز بودن شبکه به خطر بیفتد. زیلیکا برای اپلیکیشن‌های غیرمتمرکز (DApps) و قراردادهای هوشمند نیز گزینه مناسبی است.
• نیر (NEAR Protocol): پروتکل نیر یکی دیگر از پروژه‌های پیشرفته بلاکچینی است که از شاردینگ استفاده می‌کند. این شبکه با طراحی خاص خود، امکان پردازش هم‌زمان هزاران تراکنش را فراهم کرده و هدف آن ایجاد تجربه‌ای سریع، ساده و کم‌هزینه برای کاربران و توسعه‌دهندگان است.
• الروند (MultiversX – Elrond): الگوند که اکنون با نام مولتی‌ورس‌ایکس (MultiversX) شناخته می‌شود، از یک مدل شاردینگ پیشرفته بهره می‌برد. این بلاکچین با ترکیب شاردینگ و الگوریتم اثبات سهام (PoS)، به سرعت بالا، امنیت قوی و مقیاس‌پذیری بسیار بالا دست یافته است. 

---

بیشتر بخوانید: ارز دیجیتال نیر (NEAR)‌ چیست؟

---

آیا جایگزینی برای شاردینگ (Sharding) وجود دارد؟

اگرچه شاردینگ روشی قدرتمند برای تقسیم بار شبکه و افزایش سرعت پردازش است، اما به دلیل پیچیدگی فنی و نگرانی‌هایی مثل همگام‌سازی بین شاردها، برخی پروژه‌ها به دنبال راه‌حل‌های جایگزین هستند. در ادامه، چند جایگزین مهم شاردینگ را معرفی می‌کنیم:

لایه دوم (Layer 2 Solutions)

راهکارهای لایه دوم یکی از مهم‌ترین جایگزین‌های شاردینگ هستند. این راهکارها مانند یک «زیرشبکه» روی شبکه اصلی (لایه اول) کار می‌کنند و حجم زیادی از تراکنش‌ها را خارج از زنجیره اصلی پردازش می‌نمایند. مهم‌ترین نمونه‌ها:

• رول‌آپ‌ها (Rollups): مانند Optimistic Rollups و ZK-Rollups که تراکنش‌ها را دسته‌بندی و سپس روی شبکه اصلی ثبت می‌کنند.
• کانال‌های پرداخت (Payment Channels): مانند شبکه لایتنینگ (Lightning Network) در بیت‌ کوین، که تراکنش‌های مکرر بین دو طرف را بدون نیاز به ثبت در بلاکچین انجام می‌دهد.

این روش‌ها به‌طور چشمگیری کارمزدها را کاهش داده و سرعت را افزایش می‌دهند، بدون نیاز به تقسیم بلاکچین به شاردهای مختلف.

بلاکچین‌های ماژولار (Modular Blockchains)

برخلاف بلاکچین‌های سنتی که همه عملکردها را در یک لایه انجام می‌دهند، بلاکچین‌های ماژولار مانند Celestia ساختار خود را به بخش‌های مجزا مثل اجماع، اجرا و در دسترس‌پذیری داده تقسیم می‌کنند. این ساختار اجازه می‌دهد هر بخش به‌طور مستقل مقیاس‌پذیر باشد، بدون نیاز به شاردینگ.

گراف جهت دار غیر مدور (Directed Acyclic Graph)

برخی پروژه‌ها مانند IOTA یا Fantom به جای استفاده از ساختار زنجیره‌ای بلاکچین، از مدل DAG استفاده می‌کنند. در این مدل، تراکنش‌ها به‌صورت گرافی جهت‌دار و بدون حلقه ثبت می‌شوند و هر تراکنش، تراکنش‌های قبلی را تأیید می‌کند. این رویکرد می‌تواند مقیاس‌پذیری بالاتری نسبت به بلاکچین سنتی فراهم کند و نیاز به شاردینگ را کاهش دهد.

---

بیشتر بخوانید: ZK Rollup چیست؟ معرفی برترین پروژه‌های ZK رول آپ

---

آینده شاردینگ در بلاکچین چگونه خواهد بود؟

آینده شاردینگ در بلاکچین بسیار روشن و امیدوارکننده به نظر می‌رسد. با افزایش روزافزون کاربران و تراکنش‌ها در شبکه‌های بلاکچینی، نیاز به راه‌حل‌های مقیاس‌پذیرتر بیش از گذشته احساس می‌شود. شاردینگ به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین روش‌های مقیاس‌پذیری، با تقسیم شبکه به بخش‌های کوچکتر (شاردها)، امکان پردازش هم‌زمان تراکنش‌ها را فراهم می‌کند و فشار را از روی نودهای شبکه کاهش می‌دهد.

در آینده، شاردینگ نه‌تنها در پروژه‌های بزرگی مانند اتریوم ۲ پیاده‌سازی خواهد شد، بلکه به‌صورت ترکیبی با فناوری‌هایی مانند رول‌آپ‌ها و بلاکچین‌های ماژولار، کارایی به‌مراتب بیشتری خواهد داشت. انتظار می‌رود این فناوری باعث ایجاد شبکه‌هایی با توان پردازش هزاران تراکنش در ثانیه، هزینه پایین و امنیت بالا شود؛ ویژگی‌هایی که برای پذیرش جهانی بلاکچین ضروری هستند. البته چالش‌هایی مانند هماهنگی بین شاردها و حفظ امنیت همچنان باقی است، اما پیشرفت‌های مداوم در توسعه این فناوری، آینده‌ای قابل اتکا و پرکاربرد برای شاردینگ رقم خواهد زد. در مجموع، شاردینگ به‌عنوان یکی از ارکان اصلی نسل بعدی بلاکچین‌ها، نقش حیاتی در بهبود تجربه کاربران و گسترش کاربردهای فناوری غیرمتمرکز ایفا خواهد کرد.

جمع بندی

شاردینگ به‌عنوان یکی از نوآورانه‌ترین تکنیک‌های مقیاس‌پذیری در بلاکچین، پتانسیل بالایی برای بهبود عملکرد شبکه‌های بلاکچینی دارد. این فناوری با تقسیم شبکه به بخش‌های کوچکتر، قادر است تراکنش‌ها را سریع‌تر پردازش کرده و کارمزدها را کاهش دهد. در حالی که شاردینگ مزایای زیادی از جمله افزایش سرعت و مقیاس‌پذیری دارد، چالش‌هایی همچون هماهنگی بین شاردها و حفظ امنیت نیز وجود دارد که باید در نظر گرفته شود.

با این حال، پروژه‌های بزرگ مانند اتریوم ۲ و سایر بلاکچین‌ها در حال استفاده از این فناوری هستند و در آینده شاهد کاربردهای گسترده‌تر شاردینگ خواهیم بود. به‌طور کلی، شاردینگ می‌تواند در حل مشکلات مقیاس‌پذیری بلاکچین‌ها نقش کلیدی ایفا کند و به توسعه‌دهندگان و کاربران کمک کند تا از فناوری بلاکچین بهره‌برداری بهتری داشته باشند.