圖文詳解以太坊的節點和分片（三）_SOL:SOLA

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。

Uranium Finance攻擊者將498,583枚USDC從BNBChain轉移到以太坊:金色財經報道，據PeckShield監測，Uranium Finance攻擊者已經將498,583枚USDC從BNBChain轉移到以太坊。[2023/7/24 15:55:07]

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：

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。

Polygon聯創：解決區塊重組問題的下一個版本將在3月左右發布:2月24日消息，Uniswap創始人Hayden Adams發推文稱，Polygon需要公開采取行動來解決其重組問題，昨天157個區塊重組(5分鐘的歷史)和12月120個區塊重組是糟糕的，并且可能還會破壞橋和CEX等。也許是共識算法的改變？或者基于社會共識的硬分叉來削減驗證者？

Polygon聯合創始人Mihailo Bjelic對此回復稱，你說得對，重組必須解決。但這次是由于一個正在修復的錯誤。我們正在探索用具有即時終結性的單個（基于Polygon Edge的）客戶端替換Bor/Heimdall。

Polygon聯合創始人Jaynti Kanani回復稱，（解決重組問題）這分兩部分進行。第一個已經在1月份進入主網（減少sprint大小），下一個版本將在3月左右，支持幾秒鐘內完成。昨天的重組是由于一個錯誤引起的，很快就會被修復。對于第二次更新，我們將很快發布。現在正在嚴格測試。

此前消息，昨日凌晨，Polygon出現一次“異常大”的區塊重組，規模為157個區塊，導致一些節點失去同步，且PolygonScan數據中斷近兩個小時。不過官方稱區塊生產從未停止。[2023/2/24 12:27:19]

分片啟動后會發生什么呢？

FTX稱其欠50名最大債權人近31億美元:金色財經報道，近期宣布破產的加密貨幣交易平臺FTX在一份法庭文件中表示，其欠50名最大債權人近31億美元，欠前十大債權人約14.5億美元，但沒有指明這些債權人的名字。（路透社）[2022/11/21 7:50:29]

*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。

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？

Solana 將在紐約開設實體店和 Web3“大使館”:金色財經報道，以Solana為主題的線下實體商店Solana Spaces將在紐約市開業，該店位于 Hudson Yards，與同名區塊鏈網絡背后的組織 Solana Foundation 合作推出。Solana Spaces在推特表示：在商店內，您將了解 Solana 的工作原理，以及 Web3 是什么。我們將為您設置一個錢包和您的第一個 NFT，并指導您完成您的第一個鏈上交易，我們將這個空間設計為Solana 的‘文化中心’和‘大使館’。除了 NFT 和Phantom 錢包教程之外，該商店還將為消費者提供互動藝術裝置，以及大量出售 Solana 品牌商品，包括限量版Blanksoles運動鞋。[2022/7/28 2:42:30]

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。

以太坊Layer2總鎖倉量回升至40億美元附近:金色財經消息，7月18日，據L2BEAT數據顯示，當前以太坊Layer2總鎖倉量回升至40億美元附近，暫報39.9億美元，7日漲幅5.25%。其中，鎖倉量前五分別為Arbitrum（21.5億美元，7日漲幅8.31%）、Optimism（7.61億美元，7日漲幅6.90%）、dYdX（5.43億美元，7日跌幅6.24%）、Loopring（1.75億美元，7日漲幅2.33%）、Metis Andromeda（1億美元，7日漲幅5.37%）。[2022/7/18 2:20:10]

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

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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