シャードの定義

Shardingとは

Shardingは、ブロックチェーンのスケーリング手法であり、トランザクション処理を同一チェーン内で複数の「並列レーン」に分割します。各レーンが独立してトランザクションの一部を処理し、最終的に結果を統合して一つの台帳に集約します。これにより、セキュリティや一貫性を損なうことなく、処理能力を向上させることが可能です。

ブロックチェーンは一車線の高速道路に例えられ、すべての車（トランザクション）が順番待ちをします。Shardingは道路を複数車線に拡張し、それぞれが独自の交通を処理します。この例では「車」がトランザクション、「車線」がシャードです。複数のシャードが同時に稼働することで、ネットワークのスループット、つまり単位時間あたりの処理トランザクション数が大幅に増加します。

Shardingによるブロックチェーン性能の向上

Shardingは、異なるノードがそれぞれ別のシャードでトランザクションを同時処理できるため、すべての処理を一つのパイプラインに集約する必要がなくなり、性能が向上します。

すべてのトランザクションが同じノード群によって順番に検証される場合、ピーク時にはシステムが混雑し、ガス代が大きく変動します。Shardingはトランザクションを複数グループに分散し、検証やパッケージ化を同時進行できるため、単一のボトルネックを減少させます。これにより、ユーザーはより安定した承認時間と予測可能な手数料を得られます。

ただし、性能向上には限界があり、シャード間通信のオーバーヘッドや各シャードのノード数、セキュリティ要件に左右されます。

Shardingの仕組み

Shardingは、シャード割り当て、シャード内合意形成、シャード間通信、最終集約という複数段階で構成されます。

ステップ1：シャード割り当て。ネットワークはグローバルな状態やデータを複数のシャードに分割し、それぞれが独自のトランザクションキューと状態サブセットを管理します。「ノード」（ブロックチェーンソフトウェアを稼働するコンピュータ）は、異なるシャードに割り当てられ、処理に参加します。

ステップ2：シャード内処理。各シャード内のノードがトランザクションについて合意形成（合意とは大多数のノードが同じ結果に同意すること）を行い、シャードブロックやレコードを生成します。

ステップ3：シャード間通信。トランザクションが2つのシャードにまたがる場合（例：シャードAのアカウントとシャードBのコントラクト）、システムはメッセージや証明を使って結果をシャード間でやり取りします。シャード間の処理は遅延を生じやすく、順序やセキュリティ維持のために専用プロトコルやキューが必要です。

ステップ4：ネットワーク集約とファイナリティ。全シャードの出力をメインチェーンや調整レイヤーに集約し、統一された台帳ビューを形成します。ファイナリティは結果が覆されない確実性を指し、これを実現するには追加のラウンドや時間が必要です。

ShardingとRollupの関係

ShardingとRollupは補完関係にあります。Rollupは計算処理をオフチェーンやLayer 2へ移し、圧縮データや証明をメインチェーンへ提出します。Sharding（特にデータシャーディングや将来のDanksharding）は、Rollupのためにデータ帯域を拡大します。

Rollupは「相乗り」に例えることができ、乗客は道路に入る前にグループ化され、一斉に高速道路へ進入します。Shardingは車線を広げ、相乗りグループが渋滞なく通行できるようにします。両者が組み合わさることで、実行とデータの両方のスケーリングが可能となります。

2025年時点でEthereumのEIP-4844（プロト・Danksharding、2024年開始）はBlobデータ領域を導入し、Rollupに安価なデータ公開チャネルを提供、Dankshardingへの道を開いています（情報元：Ethereumコア開発者による公開アップデート）。

Ethereumおよび他ネットワークのSharding進捗

Ethereumは「データ帯域優先、実行は後回し」の方針で進めています。EIP-4844（2024年）でデータレイヤーを拡張し、次はDankshardingによるRollup支援を目指しています（2024〜2025年の公開ロードマップより）。

NEARはNightshadeアーキテクチャを採用し、メインネットローンチの2020年からシャードによる状態・実行の分散処理を並列スレッドで実装しています。Zilliqaは2019年のメインネット稼働以来、ネットワーク層のシャーディングにより並列処理能力を強化しています。MultiversX（旧Elrond）は、メインネットで可変ワークロード対応のアダプティブステートシャーディングを提供しています。

各ネットワークの手法や技術詳細は異なりますが、並列処理とシャード間通信を設計の中核に据え、ランダム割り当てや証明メカニズムによるセキュリティ維持が共通の傾向です。

Shardingの実用例

エンドユーザーにとって、Shardingは「裏方」の技術です。ウォレットやdAppは従来通り利用でき、ネットワークが自動的にトランザクションを適切なシャードに割り当て、シャード間の承認もバックグラウンドで処理します。

ステップ1：Sharding対応ネットワークと互換性のあるウォレットを選択します。ウォレットがネットワークのアドレス形式やトランザクション処理に対応していることを確認してください。

ステップ2：トランザクションを開始する、またはスマートコントラクトとやり取りします。アプリが特定のシャード上に展開されている場合、ウォレットやアプリが自動でそのシャードにリクエストを送ります。

ステップ3：シャード間承認を待ちます。複数シャードにまたがるトランザクションは段階的に承認される場合があり、UI上で進捗や完了状況が表示されます。高額の場合は、より多くの承認を待つことを推奨します。

開発者は、コントラクト展開やアーキテクチャ設計時に、どのシャードがデータ・状態を保持するか、シャード間呼び出しの方法、ファイナリティやリトライ制御の設計を考慮する必要があります。一般的には、頻繁なローカル処理は1つのシャード内で完結させ、必要時のみシャード間操作を実行するのが推奨されます。

Shardingのリスク・制限

Shardingは複雑性を増します。シャード間通信は遅延や障害点を増やす可能性があり、開発者はメッセージ順序やリトライ処理への対応が必要です。ユーザーは、相場変動が激しい時期にシャード間承認の遅延によるスリッページや不確実性を経験する場合があります。

セキュリティ面では、シャードの参加者が少なかったり中央集権化した場合、標的型攻撃のリスクが高まります。ネットワークは通常、ランダム割り当てや定期的な再配置でこれを緩和します。

また、データ可用性の課題もあります。すべてのネットワーク参加者がシャードデータにアクセスし、独立検証できなければセキュリティが損なわれます。そのため、サンプリング検証やデータコミットメント機構が一般的に用いられます。

資金安全のポイント：シャード間やチェーン間の操作時は、必ずトランザクションのファイナリティを確認してから高額取引を実行してください。

Sharding・Sidechain・Partitioningの違い

Shardingは単一メインチェーン内で処理を分割し、セキュリティや台帳の一貫性は主要ネットワークが管理します。Sidechainは独立したブロックチェーンであり、独自のセキュリティや合意形成を持ち、ブリッジ経由でメインチェーンと連携します。セキュリティ境界が異なります。

データベースの「Partitioning」は、エンジニアリング管理寄りで、オンチェーン合意やファイナリティを考慮せず、データを複数マシンに分散するだけです。ブロックチェーンのShardingは、分散型信頼とシャード横断の統一結果を保証する必要があり、従来のPartitioningよりはるかに複雑です。

Shardingの今後のトレンド

今後は「モジュラー並列化」が進展します。メインチェーンはデータ・決済レイヤーとなり、Rollupが実行能力を拡張、シャード（特にデータシャーディングやDanksharding重視）はデータ公開の高帯域チャネルを提供します。

2025年までに主要ブロックチェーンはデータ可用性やシャード間通信技術の向上に注力し続けます。EthereumはShardingでデータスケーリングを支援する「Rollup中心」路線を維持し、他チェーンは柔軟なステートシャーディングやスケジューリングを模索し、性能・開発体験・セキュリティのバランスを追求しています。

Shardingの要点

Shardingは、ブロックチェーン処理を複数の並列サブセットに分割し、シャード間通信と統合集約で台帳一貫性を維持します。Rollupと補完関係にあり、Rollupは実行を、Shardingはデータ容量と並列性を拡張します。ユーザーは通常通り利用し、ネットワークがバックグラウンドでシャードルーティングを処理します。開発者はシャード間呼び出し、ファイナリティ、データ可用性に注力します。主なリスクは複雑性とセキュリティ境界であり、ランダム割り当てやデータサンプリング、ユーザー確認プロセスの明確化が対策となります。

FAQ

Shardingによるブロックチェーン混雑解消

Shardingはブロックチェーンネットワークを独立処理可能なシャードに分割し、各シャードが異なるトランザクションを並列処理することで、全体のスループットを大幅に向上させます。すべてのノードが全トランザクションを検証するのではなく、各ノードは一部データのみをチェックするため、負荷が軽減され処理速度が上がります。レジの列を複数に分けるように、複数の顧客が同時に会計できるイメージです。

Shardingでウォレットアドレスは変わる？

いいえ、Shardingによってウォレットアドレスが変更されることはありません。Shardingは基盤となるブロックチェーンの最適化であり、ウォレットアドレスや資産、送金体験には影響しません。アドレスは有効なままで、Gateでの入出金や取引プロセスも変わりません。一般ユーザーにとって、Shardingのアップグレードは不可視であり、取引速度向上や手数料低減のみが体感できます。

Sharding導入後のノード運用

はい、Shardingによりノード運用負荷は大幅に低減します。従来はフルノードが全トランザクションデータの保存・検証を担い、ハードウェア要件が高いものでした。Sharding導入後は、通常ノードは一つまたは少数のシャードのみを検証すればよく、ストレージ・計算負荷が大きく減少します。これにより、より多くの人が容易にノード運用でき、ネットワークの真の分散化に貢献します。

シャード障害時のネットワーク影響

重大な影響はありません。シャードは比較的独立しているため、1つのシャードが障害を起こしても通常はそのシャード内のトランザクションのみが影響を受け、他のシャードは通常通り稼働します。設計の良いシャーディングシステムは、堅牢なシャード間通信プロトコルやリカバリ機構を備え、ネットワーク全体のセキュリティと安定性を維持します。このため、Sharding技術は公開前に厳格なテストが行われます。

Sharding実装済みの主なブロックチェーン

Ethereum 2.0のBeacon Chainは、シャーディングアーキテクチャの基盤を構築し、Dankshardingも進行中です。ZilliqaやHarmonyもメインネットでShardingを導入済みです。Gateはこれら主要なシャーディングチェーンでの取引をサポートしており、高速なトランザクションや低手数料を直接体験できます。