ING:圖文詳解以太坊的節點和分片（三）_區塊鏈工程專業學什么女生好

上一講中，我們簡單提到了什么是分片。今天的文章我們會詳細介紹以太坊的分片技術。

什么是分片？

分片是數據庫系統中抽離而來的一個詞。我們先來介紹下數據庫中分片的概念。假設你的網站上有大量的數據庫存儲，這不僅會導致數據搜索速度減慢，還會影響可擴展性。這種情況下我們可以做些什么呢？

能不能把數據橫向切分成小的數據表格，并把他們存儲在不同的數據庫服務器中？

你或許會問為什么要進行橫向切分而不是垂直切分呢？這是由于數據表格本身的設計導致的。

我們現在進行垂直切分。

注意到了嗎？垂直切分后會把整個數據庫表切割成兩個完全不相干的數據表格。

但是橫向切分的話，還是同一個由A,B,AB,A-B構成的數據庫，只不過每個數據庫中的數據存量減少了。這些小的數據庫就是大的數據庫的分片。每一個分片的表格結構都相同。

Socket Protocol融資500萬美元，Coinbase、Framework Venture參投:金色財經報道，Socket 是一種旨在增強區塊鏈之間通信的協議，已從加密貨幣友好型風險投資基金Coinbase Ventures和Framework Ventures籌集了500萬美元。新資金將擴大Socket與Coinbase的合作，包括為Coinbase Wallet和Base（該公司在以太坊之上的新第2層網絡）的開發者和用戶提供橋梁機會。[2023/9/7 13:22:57]

區塊鏈中的分片

上一講中，我們提到過以太坊共識的問題在于所有的節點都必須對同一筆交易進行計算和確認。整個計算過程又慢又繁瑣。分片技術可以如何改善這個問題呢？

現在我們來設想一下：整個以太坊區塊鏈就是一個“萬國領土”，可以分割給所有人。這個萬國領土的默克爾樹根會切分成大大小小不同的分片根，每一個分片根都擁有自己的國度。讓我們以默克爾樹的形式把這些國度表現出來：

去中心化多鏈跨鏈交易平臺Chainge Finance已集成VERSE DEX:據官方消息，去中心化多鏈跨鏈交易平臺Chainge Finance官方宣布，Chainge DEX聚合器已集成Bitcoin.Com的VERSE DEX，將為USDT、USDC和BTC交易對提供更多流動性，共同建立最開放的DeFi生態系統。

據悉，去中心化多鏈跨鏈交易平臺Chainge Finance可交易幣種已超1200種，Chainge DEX聚合器聚合了超700億美元的跨鏈流動性。[2022/11/29 21:09:24]

這就是整個萬國領土切分成多個小國的簡單結構圖。現在讓我們來看一下內部機制。

分片啟動后會發生什么呢？

*萬國領土被分割成多個分片*每一個獨特的賬戶都代表著一個分片*只有同一個分片里的賬戶能相互轉賬。

俄羅斯阿爾泰地區一醫院雇員因使用公共服務器設備挖礦而被拘留:8月20日消息，據俄羅斯阿爾泰地區內政部新聞處報道，阿爾泰國營醫院的首席信息安全專家由于連續一年使用位于前COVID-19患者醫院的服務器設備進行加密貨幣挖礦造成近40萬盧布的物質損失。內政部和FSB發現了非法采礦場。他們沒收了設備，并搜查了嫌疑人的住所和工作場所。對一家醫療機構的雇員提起刑事訴訟，他將面臨最高兩年的監禁。[2022/8/20 12:36:54]

在以太坊的開發者大會中，Vitalik是這樣解釋分片的：

假設以太坊被分割成成千上萬個小的島嶼。每個島嶼都是自治的。每個島嶼都有自己的特色，島嶼上的每個人都可以跟其他島民互動，并且隨意享用這個島嶼的特色。如果你想跟其他島嶼互動，就必須使用某種特定的協議。

那么問題來了，這種分片技術對區塊鏈有什么影響呢？我們先來看一下比特幣和以太坊中一個正常的區塊長什么樣子？

AmazingDoge擬在上海成立上海阿多格信息科技有限公司:據官方消息，AmazingDoge母公司ADOGEGLOCAL擬在上海成立分公司；據官方介紹，上海阿多格信息科技有限公司主營元宇宙社交類研發，以及免費的數字藏品發布，在合規層面提升產品及用戶體驗，加速數字藏品國內的建設。[2022/7/26 2:38:42]

一個區塊中由區塊頭和包含所有交易的區塊主體構成。所有交易的默克爾根都存在在區塊頭中。

現在讓我們來自問一下：比特幣真的需要區塊嗎？真的需要區塊鏈嗎？中本聰本可以把上一筆交易的哈希記錄在一筆新的交易之中，用這種簡單的方式就可以構成一條交易鏈。

把交易都記錄在區塊中的目的是為了創造一層交互，讓整個過程更加可擴展。以太坊想做的是實現兩層交互。

第一層

PeckShield：KnownOrigin 的 Discord 已被攻擊，用戶不要點擊任何私信或鏈接:6月14日消息，PeckShield預警顯示，NFT 發現和交易平臺 KnownOrigin 的 Discord 已被攻擊，knownoriginpass.io是釣魚網站，請用戶不要點擊任何 Discord 私信或鏈接。[2022/6/14 4:25:01]

第一層是交易組。每一個分片都有自己的交易群。交易群包括交易群頭和交易群主體。

交易群頭包括左右兩個部分。左側包含的信息如下：

*分片ID：交易組所屬的分片ID*前狀態根：這是交易執行前分片43的根狀態。*后狀態根：交易執行后分片43的根狀態。

右側信息如下：

*右側是隨機選取的需要在分片內確認交易的確認者。*交易組主體*包含了分片中所有交易的ID。

第一層的特征

*每一筆交易對應著它所屬分片的ID。*某特定分片中的一筆交易表明這筆交易的發起和接收賬戶都在這個特定的分片中。*交易群組中的交易只存在于分片ID之中，具有特定的前后狀態根。

現在我們來看一下第二層交互

別跑！其實非常簡單。

這就是一般的區塊鏈結構，只不過現在包括兩個主要的根：

*狀態根(stateroot)*交易群根

狀態根代表了整個以太系統的根。我們之前提到過，這個系統被切分成大大小小的分片，對應著它們各自的分國度。

交易群根包含了某特定區塊里所有的交易群。

第二層的特征

第二層是一個簡單的區塊鏈，記錄交易群而不是交易本身。交易群合法的唯一條件是：

*前狀態根與整個系統的分片根相符。*交易群組中的所有簽名都已經得到了確認。

交易群進入區塊后，整個系統的根就變成了特定分片ID的后狀態根。

那么跨分片通信是怎么實現的呢？還記得之前的島嶼比喻嗎？

分片就相當于島嶼。它們如何互相聯系呢？記住，分片的目的是讓很多平行交易同時發生來提高性能。如果以太坊允許任意的跨分片交流，那么整個分片就毫無意義了。

因此以太坊協議要如何設計來允許跨分片通信呢？以太坊使用收據實現跨分片通信。

如你所見，每筆交易的收據只需通過這個交易群的多個默克爾根就可以輕松訪問。分片中的每一筆交易都會做兩件事情：

*改變所屬分片的狀態*產生收據

數據存儲在分布式共享內存中，其他分片可以看到，但是無法修改。通過數據跨分片交流如下：

實行分片技術的挑戰有哪些？

*我們需要一種機制來知道每個節點執行了哪個分片，這種機制還要能保證系統安全又高效。*根據以太坊研究員VladZamfir的說法，在實現分片之前需要以太坊需要先轉到POS算法。節點之間可以互不信任，但是也需要能夠達成共識。如果某筆交易分割成多個分片，并分配給節點A和節點B，節點A和B需要利用某種機制來證明自己完成了分片中各自對應的工作量。

總結

隨著以太坊的進一步崛起，大都會和寧靜階段的到來，分片對以太坊越來越重要。如果以太坊想要演化成新一代的互聯網，必須要解決可拓展性問題。采用分片后的以太坊會如何發展，讓我們拭目以待。

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