COSM:分片技術：如何解決區塊鏈的性能問題？_區塊鏈

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。

掌柜調查署 | Marco：未來必然有越來越多的項目會基于分片技術打造或改造:在今日舉行的《掌柜調查署 | Near分片技術如何引領web3.0時代》直播中，針對“分片技術在行業內的落地情況如何？”的問題，Buildlinks合伙人、Near中國線上黑客松冠軍Marco表示，不管是老項目的擴容改造，還是新項目的能力建設，分片方案都是目前最佳的選擇。所以，未來必然有越來越多的項目會基于分片技術打造或改造。當前大部分分片方案，都是基于信標鏈模式，比如，以太坊上的信標鏈，波卡上的中繼鏈，Cosmos的Cosmos Hub。而這個模式的由來，也是為了解決分片本身所面臨的幾大挑戰之一：安全性挑戰。因為每分片上驗證人數目隨著分片而減少，如何保證分片的安全性是分片系統面臨的最基礎挑戰。信標鏈作為分片的基準鏈，提供統一的隨機性，讓分片上的驗證人隨機產生，使得從概率上攻擊單個分片的難度與攻擊全鏈一致。除了安全性挑戰外，分片協議還普遍面臨：跨分片通信；數據一致性問題；數據有效性和可用性等挑戰。特別的，信標鏈模式的分片系統還面臨一個分片規模受限的問題。因為信標鏈要處理所有分片的驗證人分配，以及對分片快照這些工作，其本身是一個能力受限的瓶頸。除此以外，信標鏈系統設計復雜，僅分叉選擇邏輯一項，就需要處理信標鏈分叉和分片鏈分叉兩種情況及其相互之間的關聯關系。NEAR為什么這么受追捧，跟它的分片協議關系很大了。NEAR在分片技術上獨樹一幟，采用了無信標鏈的構建方式。[2020/8/14]

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。

現場 | 以太坊核心技術開發者王筱維: 以太坊分片技術直線提升解決傳統交易擁堵:金色財經9月8日現場報道，以太坊行業峰會上，王筱維作了2018年第三季度Sharding開發進度的報告和以太坊主鏈架構的解析。

她表示，Sharding是提供安全、去中心化和可拓展性難題的一種方案。其構想是，一筆交易不必發動全網都去處理，只需讓網絡中的一部分節點（礦工）處理。于是，以太坊網絡被劃分成很多片，同一時間每一分片都可以處理不同的交易，這樣性能將直線提升，解決傳統的交易擁堵問題。[2018/9/8]

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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