区块链分片到底是个啥？一文讲透核心原理

导读： 区块链分片, 其本质是一种用于提升网络处理能力的技术方案 , 这就如同一条单车道公路拥堵不堪 , 而分片技术是做改造使得它变为多车道高速公路...

区块链分片, 其本质是一种用于提升网络处理能力的技术方案 , 这就如同一条单车道公路拥堵不堪 , 而分片技术是做改造使得它变为多车道高速公路 , 它将整个区块链网络里的数据以及交易任务 , 分割成多个更小的 、能够并行处理的部分 , 每一个部分便是一个“分片” , 如此一来 , 网络便能够同时处理多笔交易 , 速度与效率自然而然就提升了 , 解决了传统区块链出现的“慢 、贵 、堵”难题。

分片是怎么让区块链跑得更快的

传统区块链似一间仅有一名收银员的超市, 所有顾客（交易）均需排队等候此唯一收银员予以处理, 比特币每秒仅能处理约7笔交易, 以太坊则为15至30笔, 高峰期Gas费贵得离谱, 分片技术宛如增设多个收银台, 每个收银台唯负责一部分顾客。

具体情形而言, 网络被划分成各个不一样的分片链, 如同划分出100个分片一样。每一个分片均具备自身独立的节点, 有着自己独自的账本以及具有交易处理功能的能力。当一笔交易进入时, 系统会依据特定规则将它分派到相应的分片上去, 如果所有分片同步开展工作, 理论上处理能力便能够提升100倍。以太坊2.0的分片设计目标便是实现每秒处理数量以万计的交易。

可是问题并非那般简易, 分片相互之间怎样开展通信? 要是一个分片之上的账户要给另一个分片的账户开展转账, 那么消息就得跨链开展传递，而这是需要独特的跨分片通信协议的。另外, 分片的安全性要怎么去保证? 要是攻击者集中算力去攻击一个分片, 这个分片会不会出现崩溃的情况? 针对这些, 一般是借助随机抽样分配验证节点到不一样的分片, 并且要求验证节点质押代币, 一旦出现作恶行为就会被收缴罚没, 以此来防范恶意攻击。

分片技术落地到底靠不靠谱

片段划分听起来相当美妙, 然而实际落实却困难诸多。以太坊原本所规划的片段划分路线蓝图就历经了数次更改, 延迟了好多回, 最终转变为以汇总为核心的扩展方案。为何会如此艰难呢? 技术复杂程度是关键所在。

关于数据可用性方面的问题, 那真的是个极具隐患的大坑, 分片之上所存在的节点, 仅是针对自身所处分片的数据进行验证, 然而却没有办法对其他分片的状态予以验证, 要是有一个分片产出了无效的数据, 可在这期间却没有人察觉发现, 那么整个网络都存在可能会遭到污染的情况, 因而分片是需要配备强大的数据可用性采样机制的, 以此来确保每个分片的区块头里头包含有足够的信息, 能够让其他节点以低成本的方式去进行验证, 以太坊所采用的“数据分片”思路便是不执行交易, 仅仅是确保数据的可用性, 促使Layer2 Roll能利用如此这些数据。

还存在这种情况, 就是状态爆炸问题, 每个分片都存在着自身的一份状态, 从它持续随着时间不断向前推移开始, 这份状态就会持续不断地膨胀起来, 说到这要问了, 全节点是不是需要持续存储全部所有分片中的状态, 非常明显, 这肯定是不现实的, 那接下来只能是让每一个节点仅仅只是保留存储以及验证它自己所承担负责的那一个分片, 可这样做的话, 却又导致去中心化的程度有所降低, 这又是为什么, 因为节点的数量变得更少了, 如此一来, 就更容易被控制了。

在现实情形里, Near Protocol运用了分片, 然而其方案借助“夜影协议”对分片数量予以动态调节, 并且凭借“状态同步”使得不同分片的节点能够迅速获取其他分片的状态快照。Zilliqa是最早达成分片的公链当中的一个, 不过在实际运用期间发觉, 分片之间的通信延迟对整体效率造成了影响。分片技术的确能够实现扩容, 可所付出的代价是系统复杂度以及潜在的安全性方面的妥协, 并非所有项目都能够实现完美的平衡。