以太坊2.0的分片是如何工作的？_ETH

什么是分片？

分片(Sharding)指的是將整個以太坊網絡分成許多個小部分(Shards)。每個分片都包含獨立的狀態、完整的賬戶系統和智能合約。

分片絕對是最復雜的以太坊擴展解決方案，因此它也被放在了以太坊2.0路線圖中的最后一階段，給開發者充足的時間開發和在生產環境中測試。

在進入分片的技術細節之前，我們首先需要了解節點在以太坊網絡中扮演的角色。節點負責驗證鏈上交易并確保交易都遵守區塊鏈共識規則。要做到這一點，最好的方法就是讓每個節點都保留一份以太坊交易賬本的完整副本，用以驗證交易的真實性和完整性。但是以太坊的鏈上數據一直在快速增長，目前的數據大小已經超過1TB，對于普通人來說保存完整的數據副本是不切實際的。

以太坊反彈后持有 1+ 和 10+ ETH錢包數量兩指標同時創歷史新高:金色財經報道，根據區塊鏈數據分析平臺Glassnode數據顯示，隨著過去幾天ETH價格增長超30%之后，持有 1+ 和 10+ 以太幣的以太坊錢包數量已躍升至歷史新高，前者已達到 1,566,309 個，后者已增加到 310,656 個。除此之外，持有ETH的非零錢包總量也已升至新的歷史新高 84,641,107個。（u.today）[2022/7/31 2:48:35]

以太坊網絡當前已銷毀212.15萬枚ETH:金色財經報道，據Ultrasound數據顯示，截止目前，以太坊網絡總共銷毀2,121,582.67枚ETH。其中，OpenSea銷毀230,046.59枚ETH，ETHtransfers銷毀200,325.49枚ETH，UniswapV2銷毀130,061.24枚。注：自以太坊倫敦升級引入EIP-1559后，以太坊網絡會根據交易需求和區塊大小動態調整每筆交易的BaseFee，而這部分的費用將直接燃燒銷毀。[2022/4/17 14:28:54]

以太坊的瓶頸

動態 | 以太坊客戶端開發商Parity被指責不專注于以太坊而偏向Polkadot Parity回應缺乏激勵措施:以太坊主要客戶端Parity的開發商Parity Technologies公司社區指責不專注于以太坊而偏向支持Polkadot開發。尤其是開發人員將Polkadot稱為其公司旗艦項目時，社區指責更甚。當以太坊若失去Parity，ETH網絡只剩下一個客戶端Geth，雖然本質上這本質上足以確保以太坊正常運行，但同時其整體基礎設施將受到影響。Parity指出缺乏社區支持，暗示以太坊項目缺乏進一步激勵；同時Parity Technologies公司負責人Peter Mauric還指出，此前2019年1月以太坊基金會向Parity提供了500萬美元的贈款，但這筆捐款是用于以太坊2.0升級中實施Ewasm和分片，而不是用于當前以太坊客戶端Parity的任何工作。Peter Mauric表示，到目前為止，以太坊公鏈客戶端相關工作都是免費的，從長遠看，希望找到可持續的方式以支持開發人員和研究人員。（Crypto Globe）[2019/9/25]

這就導致了一個大問題：如果以太坊全節點的運營成本過高，運營全節點的人數就會越來越少，網絡將更容易受到中心化的影響。

聲音 | Dovey Wan：以太坊整個發展周期分為四大階段:1月12日，在“以太坊的窘境與君士坦丁堡保衛戰”為主題的金色直播間內，Primitive Ventures創始合伙人Dovey Wan對以太坊分叉做出說明，她表示以太坊整個周期的發展分為四個大的階段：Frontier、Homestead 、Metropolis 、和 Serenity 。當前以太坊處在第三個大都會階段，每個階段有會分子周期。每次的網絡升級都會有新的client code push。“大都會”下面的還會有兩次的網路升級。分別是“拜占庭”（ Byzantium ）和“君士坦丁堡”（Constantinople ）。[2019/1/13]

同時，如果每筆交易都需要通過所有節點驗證，那以太坊也將難以實現可拓展性，分片將是這些問題的終極解法。

分片與狀態通道和plasma等拓展解決方案不同的是，分片不會將任何交易數據放到鏈下處理。分片只是將鏈上數據分成很多個部分，節點就不需要處理網絡上的所有交易，而只要處理某一個片區的交易。分片也引發了一個討論，分片后還能保障區塊鏈的安全嗎？

分片的優勢

迄今為止，還沒有任何區塊鏈網絡可以同時實現以下三個特性：去中心化、可擴展性、安全，這被稱為區塊鏈不可能三角。所以，分片可以看做是在這個三難困境前提下，相對犧牲了一部分安全性的情況下，解決以太坊可拓展性的解決方案。

在每一個分片中，將會周期性地隨機挑選出一批公證人(Notaries)用于驗證區塊，相當于PoW鏈中礦工的角色。然后以太坊主鏈上將會有一個委員二次檢驗這些區塊的真實性(Validity)。每個分片的出塊方式和塊之間的排列方式與主鏈是完全一樣的。

每個分片都以默克爾樹的形式與以太坊主鏈相關聯，兩者之間的鏈接也是加密的。每個分片都可以充當獨立的區塊鏈。每個分片上的用戶都有自己的賬戶余額，與以太坊主鏈無關，只能用于與用一個分片上用戶間交易。

對于以太坊分片最簡單的理解方式就是，想象以太坊鏈被分裂成數千座島嶼，每個島嶼有自己的特色，也是主權獨立的。如果他們想聯系其他島嶼，將需要使用某種特定協議。每個分片獨立存儲了該分片上的交易信息，但是在需要時又可以隨時返回主鏈。

分片的挑戰

雖然分片在理論上聽起來很不錯，但也存在許多潛在的攻擊途徑。一種特定的攻擊是單分片接管攻擊(Single-shardtakeoverattack)。這種攻擊的方式是，攻擊者接管了某一分片中的大多數出塊者，創建了一個提交不實交易信息的惡意分片。

以太坊核心開發人員提出了隨機抽樣檢查的應對方法，這個解決方案目前還在積極開發中。

分片在權益證明鏈上比在工作量證明鏈上更容易實現。因為權益證明鏈上本來就已經有活躍的驗證者，這些驗證者可以被進一步隨機指派到不同的分片中去。而在工作量證明中則無法阻止礦工向特定分片貢獻算力。如果礦工可以選擇他們想要驗證的分片，他們就可以聯合起來共謀作惡。

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作者|district0x

翻譯&校對|林芒果

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