La plupart des blockchains de première génération, comme Bitcoin, ont été conçues pour privilégier la sécurité et la décentralisation, au détriment de la rapidité. Résultat : elles peuvent traiter un nombre limité de transactions par seconde. Pour surmonter cette limite, de nouvelles approches de scalabilité ont émergé, dont l’une des plus ambitieuses est le sharding.
Le sharding vise à “découper” la blockchain en plusieurs fragments (shards) pouvant traiter des transactions en parallèle, un peu comme si l’on divisait une base de données en plusieurs partitions distribuées. Mais comment cela fonctionne-t-il concrètement, et quels en sont les enjeux ?
Le problème de la scalabilité des blockchains
Sur une blockchain classique :
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• Tous les nœuds du réseau doivent valider toutes les transactions.
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• La capacité globale est donc limitée par la puissance de calcul et la bande passante de chaque nœud.
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• Augmenter la taille des blocs ou la fréquence peut dégrader la décentralisation (seuls les nœuds les plus puissants tiennent le rythme).
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C’est ce que l’on appelle parfois le “trilemme de la blockchain” : difficile d’optimiser en même temps sécurité, décentralisation et scalabilité (nous en parlons dans un autre article dédié à ce trilemme). Le sharding est une tentative de résoudre une partie de ce problème au niveau de la couche 1.
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Principe du sharding : diviser pour mieux traiter
L’idée du sharding est inspirée des bases de données distribuées :
• Le réseau est divisé en plusieurs shards, chacun traitant un sous-ensemble des transactions et des comptes.
• Tous les nœuds ne doivent plus stocker l’intégralité de l’historique, mais seulement celui de leur shard.
• Les transactions peuvent être traitées en parallèle sur différents shards, augmentant la capacité globale du réseau.
En théorie, si tu as 64 shards capables de traiter chacun X transactions par seconde, tu peux multiplier la capacité totale par 64, sous réserve de bien gérer la cohérence entre shards.
Sharding et sécurité : éviter les shards “capturés”
Un des défis majeurs est la sécurité :
• Si un shard est contrôlé par une majorité de validateurs malveillants, il peut être attaqué (double dépense, réorganisation, etc.).
• Il faut donc répartir les validateurs de manière aléatoire et régulière entre les shards, pour limiter les risques de collusion.
C’est là qu’entrent en jeu des mécanismes avancés de Proof of Stake et de sélection pseudo-aléatoire des validateurs, comme ceux que l’on retrouve sur Ethereum après sa transition décrite dans l’article sur Ethereum et le passage au PoS.
Communication inter-shards : le casse-tête des transactions croisées
Autre difficulté : les transactions entre shards. Que se passe-t-il si :
• Ton compte est sur le shard A et tu veux envoyer des fonds à une adresse sur le shard B ?
• Un smart contract sur un shard doit interagir avec un autre sur un shard différent ?
Il faut alors des mécanismes de communication inter-shards :
• Messages asynchrones transportés d’un shard à l’autre.
• Protocoles garantissant l’ordre et la finalité des transactions impliquant plusieurs shards.
• Gestion de la latence, car ces interactions peuvent prendre plusieurs blocs pour être confirmées.
Plus le protocole est riche en applications complexes (DeFi, NFTs, jeux, etc.), plus ces interactions inter-shards deviennent fréquentes, ce qui complique la conception.
Exemples de projets explorant le sharding
Plusieurs blockchains ont intégré ou envisagent d’intégrer le sharding :
• Ethereum : le sharding fait partie de la feuille de route à long terme, en complément des rollups et autres solutions layer 2.
• D’autres projets de layer 1 expérimentent des variantes de sharding ou de partitionnement dynamique des données.
En pratique, les solutions de scalabilité ne se limitent pas au sharding : rollups, sidechains, state channels, etc., que nous abordons dans d’autres articles de ce bloc technologique. L’écosystème expérimente un panier de solutions plutôt qu’une approche unique.
Avantages et limites du sharding
Avantages :
• Scalabilité potentielle très élevée, en parallèle de la chaîne principale.
• Maintien d’une couche de base décentralisée, si la distribution des validateurs est bien gérée.
Limites :
• Complexité de mise en œuvre, notamment pour la communication inter-shards.
• Risques nouveaux en matière de sécurité, nécessitant des mécanismes sophistiqués.
• Difficulté pour les développeurs, qui doivent composer avec une architecture plus fragmentée.
Les recherches académiques et les expérimentations industrielles sur le sharding sont nombreuses, avec des publications régulières accessibles notamment via des ressources universitaires (.edu) ou la documentation de projets comme Ethereum (https://ethereum.org).
Conclusion : une brique clé, mais pas la seule
Le sharding est une des réponses les plus ambitieuses au problème de la scalabilité des blockchains. En permettant un traitement parallèle des transactions, il promet de transformer les blockchains en infrastructures capables de supporter des millions d’utilisateurs sans sacrifier la décentralisation.
Cependant, sa complexité et les défis qu’il pose en matière de sécurité et de conception en font une solution de long terme, complémentaire d’autres approches (rollups, sidechains, state channels) que nous détaillons dans les articles suivants de ce bloc technologique. Pour l’investisseur comme pour le développeur, comprendre le sharding, c’est se préparer aux évolutions profondes qui attendent les grandes blockchains dans les prochaines années.
