Danksharding: Bagaimana Ethereum Mengatasi Tantangan Skalabilitasnya

Masalah Inti: Mengapa Ethereum Membutuhkan Danksharding

Sebelum menyelami detail teknis, penting untuk memahami masalah apa yang sebenarnya diselesaikan oleh danksharding. Seiring Ethereum terus berkembang dan diadopsi, kemacetan jaringan menjadi masalah yang terus-menerus. Setiap transaksi harus divalidasi oleh ribuan node, dan setiap eksekusi kontrak pintar memerlukan seluruh jaringan untuk memproses data yang sama. Ini menciptakan bottleneck: semakin banyak pengguna ingin menggunakan Ethereum, semakin lambat dan mahal biayanya.

Skalabilitas blockchain tradisional mencapai batas maksimal. Dalam sistem standar di mana semua node harus memvalidasi semua transaksi, menambahkan lebih banyak transaksi berarti menambah pekerjaan secara proporsional ke setiap node. Inilah mengapa pengembang Ethereum telah bekerja menuju solusi sharding—cara agar jaringan dapat melakukan banyak hal secara paralel alih-alih memaksa semuanya melalui satu jalur pemrosesan.

Memahami Sharding: Konsep Dasar

Sharding secara fundamental sederhana dalam konsep: alih-alih setiap node memvalidasi setiap transaksi, bagi jaringan menjadi segmen-segmen kecil yang diproses secara paralel. Bayangkan jaringan Ethereum tradisional dengan 1.000 node. Saat ini, semua 1.000 node harus secara independen memverifikasi, memproses, dan menyimpan setiap transaksi. Ini aman tetapi sangat tidak efisien.

Dengan sharding, jaringan dapat dibagi menjadi 64 shard independen. Setiap shard memproses subset transaksi sendiri—satu mungkin menangani semua akun yang dimulai dengan ‘A’ sampai ‘E,’ yang lain menangani ‘F’ sampai ‘J,’ dan seterusnya. Setiap shard hanya perlu validasi parsial dari jaringan, secara dramatis meningkatkan throughput paralel. Node individual juga mendapatkan manfaat: mereka tidak lagi perlu mengunduh dan memverifikasi seluruh blockchain, cukup shard yang ditugaskan kepada mereka.

Arsitektur ini secara langsung menjawab mengapa sharding tradisional menjadi pilar dalam diskusi skalabilitas blockchain. Keuntungan throughput sangat besar: alih-alih memproses transaksi secara berurutan, jaringan dapat mengeksekusi banyak transaksi di berbagai shard secara bersamaan.

Danksharding: Lebih dari Sekadar Sharding Tradisional

Lalu apa yang membuat danksharding berbeda dari konsep sharding tradisional ini? Inovasi terletak pada arsitektur desainnya, yang dinamai dari peneliti Ethereum, Dankrad Feist.

Perbedaan utama terletak pada cara kerja proposal blok dan komitmen data. Pendekatan sharding tradisional membutuhkan beberapa proposer blok—satu per shard atau sistem multi-proposer yang lebih kompleks. Ini memperkenalkan kompleksitas koordinasi dan potensi masalah keamanan. Danksharding menyederhanakan ini secara dramatis dengan menggunakan satu proposer blok untuk seluruh jaringan.

Pendekatan yang lebih ramping ini berarti:

• Pemrosesan Transaksi Terpadu: Alih-alih mengoordinasikan antar proposer, semua data mengalir melalui satu proposer, mengurangi permukaan serangan dan overhead koordinasi
• Pasar Biaya Gabungan: Semua transaksi bersaing dalam satu pasar biaya, bukan pasar terfragmentasi antar shard, menciptakan penemuan harga yang lebih baik
• Transaksi Blob-Bearing: Danksharding memperkenalkan tipe transaksi baru yang dirancang khusus untuk membawa data blob—penyimpanan sementara yang lebih murah untuk data Layer 2 rollup yang tidak perlu disimpan secara permanen

Keanggunan arsitektur danksharding menjadikannya batu penjuru strategi skalabilitas Ethereum saat ini. Daripada menambahkan sharding ke sistem yang sudah ada, danksharding membangun fondasi secara khusus untuk penggunaan ini.

Proto-Danksharding: Teknologi Penghubung

Sebelum danksharding penuh hadir, Ethereum mengimplementasikan proto-danksharding—secara esensial versi prototipe yang memberikan solusi langsung tanpa memerlukan perombakan arsitektur lengkap.

Proto-danksharding, diperkenalkan melalui EIP-4844 selama upgrade Ethereum Cancun, memungkinkan rollup memasukkan data blob ke dalam blok dengan biaya yang jauh lebih rendah. Berikut perbandingannya dengan implementasi penuh:

Kemampuan Proto-Danksharding:

• Mengurangi biaya data untuk Layer 2 rollup sebesar 100-1000x dibandingkan harga calldata saat ini
• Diperkirakan mampu mendukung 100-10.000 transaksi per detik pada sistem rollup
• Menyediakan penyimpanan data sementara (blob tidak disimpan secara permanen)
• Dapat diimplementasikan tanpa restrukturisasi protokol besar

Tujuan Danksharding Penuh:

• Menargetkan 100.000+ transaksi per detik di seluruh ekosistem Ethereum
• Menyediakan ruang shard khusus untuk data Layer 2
• Membutuhkan beberapa upgrade protokol selain EIP-4844
• Memperkenalkan pemrosesan data paralel yang sesungguhnya di 64 shard

Proto-danksharding berfungsi sebagai batu loncatan penting, memberikan peningkatan skalabilitas jangka pendek sementara arsitektur lengkap sedang dikembangkan dan diuji.

Arsitektur Teknis: 64 Shard di Ethereum 2.0

Dalam implementasi Ethereum 2.0, jaringan akan terbagi menjadi tepat 64 shard, masing-masing berfungsi sebagai rantai independen yang mampu memproses transaksi dan kontrak pintar. Shard-shard ini tidak beroperasi secara terisolasi—mereka menjaga komunikasi konstan dengan Beacon Chain, lapisan koordinasi Proof of Stake Ethereum.

Beacon Chain mengoordinasikan validator di seluruh shard, secara acak menugaskan mereka ke komite shard untuk validasi, dan memastikan semua shard mengikuti aturan konsensus yang sama. Validator mempertaruhkan ETH untuk berpartisipasi dan mendapatkan imbalan atas perilaku jujur. Arsitektur hibrida ini menggabungkan efisiensi paralel sharding dengan jaminan keamanan dari konsensus terkoordinasi.

Setiap shard mempertahankan status dan riwayat transaksi sendiri. Komunikasi antar-shard memang menambah kompleksitas—transaksi yang mempengaruhi data di beberapa shard memerlukan penanganan khusus. Namun, pengembang Ethereum merancang sistem agar sebagian besar aplikasi pengguna dapat beroperasi sepenuhnya dalam satu shard, meminimalkan kebutuhan komunikasi antar-shard.

Implikasi Performa: Dari Teori ke Angka

Keuntungan performa dari danksharding sangat besar:

Throughput Transaksi:

• Ethereum saat ini: ~15 transaksi per detik
• Fase proto-danksharding: 100-10.000 transaksi per detik (terutama untuk Layer 2 rollup)
• Danksharding penuh: potensi lebih dari 100.000 transaksi per detik

Persyaratan Perangkat Keras:

• Saat ini: Menjalankan node membutuhkan mengunduh dan memvalidasi sekitar 1 TB data
• Dengan sharding: Node cukup menyinkronkan 1/64 data shard (sekitar 15-20 GB), membuat partisipasi jauh lebih mudah diakses

Finalitas dan Latensi:

• Blok shard selesai secara independen, memungkinkan aplikasi mengonfirmasi transaksi lebih cepat
• Transaksi antar-shard tetap memerlukan koordinasi tambahan

Pertimbangan Keamanan: Menjaga Pertahanan Ethereum

Memperkenalkan sharding tidak menghilangkan kekhawatiran keamanan—melainkan mengubahnya. Risiko utama meliputi:

Skenario Serangan 51%: Blockchain tradisional khawatir tentang penyerang yang mengendalikan 51% dari kekuatan hashing total. Dengan sharding, validator yang lebih kecil persentasenya bisa berpotensi menyerang satu shard jika shard tersebut tidak dilindungi dengan baik. Ethereum mengatasi ini melalui pengacakan validator dan sampling kriptografi—komite secara acak ditugaskan ke shard menggunakan randomness yang sulit diprediksi sebelumnya.

Bug yang Disebabkan Kompleksitas: Sistem yang lebih canggih memperkenalkan lebih banyak tempat untuk bug. Pendekatan Ethereum melibatkan desain protokol yang hati-hati, pengujian ekstensif, dan peluncuran bertahap daripada terburu-buru penuh.

Latensi Antar-Shard: Transaksi yang membutuhkan data dari beberapa shard menghadapi penundaan komunikasi. Protocol meminimalkan transaksi semacam ini dengan desain, menjaga sebagian besar aktivitas pengguna dalam satu shard.

Desain ini menjaga jaminan keamanan Ethereum sambil mendistribusikan pekerjaan validasi ke shard paralel.

Kontrak Pintar dan Pengalaman Pengembang

Bagaimana danksharding mempengaruhi kontrak pintar? Secara teori, kontrak bisa memanggil kontrak lain di shard berbeda, tetapi dalam praktiknya, ini akan lambat dan mahal. Pengembang kemungkinan akan merancang kontrak agar tetap dalam satu shard sebanyak mungkin.

Untuk sebagian besar aplikasi—DEX, protokol pinjaman, marketplace NFT—semua status dapat berada di satu shard. Skenario lintas-shard akan lebih banyak terjadi di batas-batas arsitektur, ditangani oleh kontrak jembatan khusus atau solusi Layer 2.

Pengembang Ethereum sedang aktif mengembangkan alat untuk membuat ini transparan bagi pengembang aplikasi, sehingga kompleksitas danksharding tetap tersembunyi di lapisan protokol dan tidak mempengaruhi pengalaman pengembang.

Peta Jalan Ethereum 2.0: Dimana Danksharding Cocok

Upgrade Ethereum telah berkembang dari waktu ke waktu. The Merge (September 2022) beralih ke konsensus Proof of Stake. Upgrade berikutnya seperti Shanghai mengoptimalkan staking. Upgrade Cancun memperkenalkan proto-danksharding melalui EIP-4844.

Danksharding penuh merupakan tonggak utama berikutnya—penyelesaian visi asli Ethereum 2.0 yang menggabungkan Proof of Stake dengan pemrosesan data sharded. Setelah danksharding, upgrade mendatang kemungkinan akan fokus pada:

• Verkle trees untuk pengurangan ukuran status
• Statelessness untuk implementasi klien yang lebih sederhana
• Kriptografi canggih untuk optimisasi lebih lanjut

Roadmap ini mencerminkan pendekatan pragmatis: memberikan peningkatan bertahap (proto-danksharding) sambil mengembangkan solusi lengkap.

Mengapa Proof of Stake Penting untuk Sharding

Prasyarat penting untuk danksharding adalah konsensus Proof of Stake. Dalam sistem Proof of Work seperti Bitcoin, penambang bersaing untuk hak proposal blok melalui kerja komputasi. Ini membuat koordinasi skema sharding yang kompleks sangat sulit.

Dengan Proof of Stake, validator dipilih melalui seleksi kriptografi bukan kompetisi komputasi. Ini memungkinkan:

• Penugasan Validator yang Prediktif: Protokol dapat secara deterministik menugaskan validator ke shard
• Mekanisme Penalti: Validator dapat dihukum (slashed) karena perilaku buruk, menciptakan insentif kuat untuk jujur
• Efisiensi Energi: PoS jauh lebih hemat energi daripada PoW, memungkinkan partisipasi lebih banyak

Transisi ke Proof of Stake adalah prasyarat, bukan masalah terpisah. Danksharding selalu dirancang untuk berjalan di atas fondasi Ethereum PoS.

Desentralisasi Jaringan: Manfaat Mengejutkan dari Sharding

Kekhawatiran umum tentang sharding adalah apakah itu mengorbankan desentralisasi. Sebaliknya: dengan mengurangi kebutuhan perangkat keras per node, sharding justru meningkatkan desentralisasi.

Dengan sharding penuh, sebuah node hanya perlu menyimpan dan memverifikasi 1/64 data blockchain. Ini berarti:

• Komputer desktop dapat menjalankan node validasi penuh (alih-alih perangkat keras khusus)
• Hambatan partisipasi global berkurang (relevan untuk wilayah dengan bandwidth terbatas)
• Set validator dapat tetap besar dan tersebar secara geografis

Ethereum secara eksplisit merancang sharding untuk mempertahankan atau meningkatkan desentralisasi saat skala.

Integrasi Layer 2: Penerima Manfaat Langsung

Sementara visi penuh danksharding secara langsung mengatasi Ethereum, penerima manfaat paling langsung dari proto-danksharding adalah sistem Layer 2 rollup seperti Arbitrum, Optimism, dan Polygon.

Layer 2 saat ini menghadapi satu bottleneck: memposting data transaksi ke Ethereum demi keamanan. Proto-danksharding secara dramatis mengurangi biaya posting ini melalui data blob, menurunkan harga dari beberapa dolar ke pecahan sen per transaksi. Ini secara langsung menurunkan biaya bagi pengguna akhir.

Danksharding penuh akan lebih mengoptimalkan ini, akhirnya memungkinkan Layer 2 memposting data ke ruang shard khusus yang dirancang untuk tujuan ini, bukan bersaing memperebutkan ruang blok dengan transaksi lain.

Timeline dan Status Pengembangan

Hingga saat ini:

• Proto-danksharding (EIP-4844): Sudah diimplementasikan dalam upgrade Ethereum Cancun
• Danksharding Penuh: Masih dalam pengembangan aktif, dengan detail implementasi yang sedang difinalisasi
• Perkiraan Waktu: Beberapa tahun lagi, dengan pengujian kemungkinan dimulai pada 2024-2025

Peluncuran tepatnya akan bergantung pada kemajuan pengembangan dan seberapa baik pengujian dapat dilakukan. Ethereum memprioritaskan keakuratan daripada kecepatan—lebih baik perlahan-lahan daripada terburu-buru merilis sistem yang cacat.

Kesimpulan: Mengatasi Masalah Skalabilitas Ethereum

Danksharding mewakili pemikiran ulang mendasar tentang bagaimana blockchain dapat melakukan skalabilitas. Daripada mencoba memuat lebih banyak transaksi melalui bottleneck yang sama, ia mendistribusikan transaksi ke jalur pemrosesan paralel sambil menjaga jaminan keamanan yang terpadu.

Perjalanan dari Ethereum satu rantai saat ini ke sistem yang sepenuhnya sharded meliputi dari proto-danksharding (sudah berjalan) hingga implementasi penuh (masa depan). Pendekatan bertahap ini memungkinkan Ethereum menghadirkan peningkatan secara bertahap sambil mengembangkan solusi lengkap.

Bagi pengguna, danksharding berarti biaya lebih rendah dan transaksi lebih cepat. Bagi pengembang, ini membuka kemungkinan aplikasi yang sebelumnya tidak ekonomis. Bagi industri blockchain, ini menunjukkan jalur praktis untuk mencapai skalabilitas yang berarti tanpa mengorbankan keamanan atau desentralisasi.

Perkenalan danksharding di Ethereum 2.0 mewujudkan komitmen jaringan untuk memecahkan masalah nyata sambil menjaga nilai-nilai inti. Ini adalah pencapaian teknis yang mengubah batasan apa yang mungkin untuk aplikasi blockchain.