分片技術：如何解決區塊鏈的性能問題？_DOT

作者|JackyLHH出品｜白話區塊鏈

你或許也知道，限制目前區塊鏈技術大規模落地應用的一個很重要因素就是性能，這也是為什么很多傳統互聯網從業者不太看好區塊鏈技術的一個原因。

那么，如何解決區塊鏈的性能問題呢？其中的一個解決方案就是分片技術。

01?什么是分片？

分片是數據庫分區的一種形式，也稱為水平分區，即將一個大的數據庫切分成很多小的、可處理的部分，從而提高性能，縮短響應時間。

Alex Chien：在解決網絡可擴展性方面，波卡平行鏈很像以太坊2.0的分片技術:金色財經報道，在8月28日舉辦的《金色百家談 | Polkadot如何構建資產互聯網？》的直播節目中，達爾文網絡（Darwinia Network）聯合創始人Alex Chien表示，波卡平行鏈是特定于應用程序的數據結構，它在上下上是一致的，并且可以由 Polkadot 中繼鏈的驗證人進行驗證。通常平行鏈會是一條區塊鏈, 但并沒有特別要求它們必須是一條鏈，之所以叫他們平行鏈是因為它們于中繼鏈并行運行。由于它們的并行性質，它們能夠并行地處理交易并實現 Polkadot 系統的可伸縮性。它們與 Polkadot 網絡共享安全，并且可以通過 XCMP 與其它平行鏈進行通信。

在解決網絡可擴展性的方面，平行鏈確實很像以太坊2.0將要實現的分片技術，例如共識算法和Staking相關的設計。

每個平行鏈有自己的業務規則和治理主權，波卡使用共享安全和共享運行時(Shared Protected Runtime Execution Enclaves)，鏈上治理的方式來組織和保護這些分片，各個平行鏈還可以自主的選擇申請加入和退出波卡網絡，從這一點上看有點像歐盟。

而以太坊2.0的每個分片都更加一致和統一，并且使用同一種業務規則和語言，整個系統統一治理，相較于波卡的歐盟模式，則更像美國。[2020/8/28]

分片并不是一個新的概念，早在90年代后期就出現在了傳統的中心化數據庫管理中。這個概念的流行，要歸功于一個多玩家同時在線玩的角色扮演游戲UltimaOnline。

聲音 | NEAR軟件工程師：NEAR分片技術具有跨合約的可組合性:NEAR協議高級軟件工程師Evgeny Kuzyakov稱，NEAR協議的分片技術具有跨合約的可組合性，并發布長篇系列推文解釋了在技術上NEAR是如何達成這一特性。此前，以太坊創始人Vitalik Buterin曾經轉發一篇名為《跨分片（Cross-shard） DeFi 可組合性》的文章，并評價表示分片（Sharding）不會破壞 DeFi 的可組合性。在文中，V神表示，最近有人擔心以太坊的的可組合性屬性（基本上就是不同應用程序之間輕松交流的能力）是否會保留在 ETH 2.0 跨分片背景中。他認為答案是肯定的，在很大程度上將會如此。此外，ERC20標準需要修改。代幣將能夠存在于所有分片上，并且可以像 ETH一樣從一個分片無縫轉移至另一個分片上。[2020/1/10]

在這個游戲中，開發者將玩家分配到不同的服務器來緩解流量壓力。商業上，一個普遍的分片案例就是將用戶信息的數據庫按照地理位置劃分，同一個區域的用戶信息放在一起，存到單獨的服務器中。

Vitalik為以太坊分片技術發布部分概念驗證:據coindesk報道，以太坊創始人Vitalik Buterin在發布 “分片即將到來”時分享了一個新的代碼庫，該代碼庫記錄了所謂的“分支選擇規則”的部分概念驗證，這是“以太碎片”如何與主區塊鏈相互作用的代碼。分片技術旨在將以太坊分成幾個并發網絡，從而使整個網絡更加高效地擴展。這將有助于 緩解 網絡面臨的擁塞，從而提高交易速度并降低成本。[2018/5/2]

這些節點每次只有一個節點能獲得記賬出塊的權利，剩下沒獲得出塊權的節點相當于做了“無用功”，白白浪費了算力。

如果將分片技術運用到區塊鏈中，就相當于將區塊鏈網絡里的所有待處理任務進行分解，全網的節點也進行分組，每一組同時處理一個分解后的任務，這樣就從原先單一節點處理全網的所有任務變成了多組節點同時并行處理。

舉個例子，假設目前以太坊上有8,000個節點，全網待確認的交易是15,000筆。以太坊每秒能處理7-15筆交易，正常情況下至少需要1000秒才能處理完這些待確認的交易，當然處理的過程中又會有新的待確認交易產生。

如果采用分片技術，將8,000個節點分成100組，每組80個節點，這15,000筆待確認交易分成100個分區，每個分區150筆，那么，每組節點可以并行處理各自分區里的待確認交易，這樣最快10秒鐘就可以全部處理完那15,000筆待確認交易。

從這個例子中，我們可以看到，分片技術可以大幅提高區塊鏈的性能。

03?分片技術潛在的風險

那么，分片技術有沒有缺陷呢？答案是肯定的。

分片技術雖然能在一定程度上解決區塊鏈的性能問題，讓區塊鏈更具有可擴展性，但也存在兩個缺陷。

一個是分區后，不同區的通信問題。上面的例子，將以太坊網絡分成100個分區，每個分區都是獨立的，相當于有100條獨立的、平行的以太坊區塊鏈，每條都由一組礦工維護和確認交易。

這100條獨立的以太坊區塊鏈并不能相互通信，如果要通信，勢必要增加跨分區的通信機制，這會增加區塊鏈的復雜性，開發難度也會提高。

第二個是區塊鏈的安全性。還是上面的例子，在未分片之前，以太坊網絡是8,000個節點組成的算力，分成100個分區后，每個分區相當于一條獨立的以太坊區塊鏈，算力下降到80個節點組成的算力。

此時，對其中一個分區進行51%算力攻擊就容易很多。控制了一個分區，攻擊者就可以在這個分區內做惡，篡改交易。

以太坊基金會計劃將分片技術作為以太坊2.0的升級內容之一。以太坊如何解決分片技術的上述2個缺陷，我們拭目以待。

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