解析 | 分片技術將如何實現區塊鏈擴容_以太坊:LEOS

在本文中，我們將以以太坊區塊鏈上的分片技術為例，分析分片技術將如何實現區塊鏈擴容。

在本文中，我們將以以太坊區塊鏈上的分片技術為例，分析分片技術將如何實現區塊鏈擴容。

眾所周知，目前最常用的區塊鏈是以太網，所以理解為什么以太坊開發者社區希望在以太坊上采用分片技術，將有助于理解分片技術是什么，以及分片技術為什么是一個受歡迎的擴容解決方案。

ETHGasStation表示，在以太坊網絡中，將交易添加到以太坊區塊鏈大約需要1.78分鐘，生成一個新區塊需要32秒，平均每秒處理15-20筆交易。可以看出，以太坊生態系統是一個對礦工有利，而非對用戶有利的環境，如果用戶想要優先處理他們的交易，就必須提高該筆交易的gas費用。

WalletConnect 發布錢包開源解決方案 Web3Modal v2.0 版本，新增 ENS 域名解析等功能:9月17日消息，Web3 基礎設施 WalletConnect 發布錢包開源解決方案Web3Modal v2.0版本，新功能包括可自定義的UI、支持上百個錢包、最終用戶登陸、可定制的條款和條件、ENS域名解析，未來幾周內也計劃添加和增強更多功能，包括支持React和Vanilla等多種框架、為賬戶地址和實時余額等功能預建組件、支持非EVM鏈等。[2022/9/17 7:02:59]

低吞吐量、高延遲和高交易費用是當前以太坊面臨的主要問題，一些對擴展性有要求的服務和應用不太適合采用以太坊網絡。以太坊吞吐量低的主要原因是每個節點都要處理系統中的所有交易。

分片技術是什么？

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簡單地說，分片是一種分區方法，將計算工作量和存儲工作量分布到P2P網絡上，這樣每個節點就不負責處理整個網絡的所有交易，而是只處理自己本分區的信息。

為了進一步了解分片，我們從實現分片最簡單的方式開始講，V神在他的文章中將這種方式稱為“scalingbyathousandaltcoins”。

在這個分片方式中，我們不會只運行單條區塊鏈，而是運行多條區塊鏈，并且不是將每條鏈稱為區塊鏈，而是稱為shard。每個分片都會擁有獨立的驗證者或節點網絡，即通過PoW機制挖礦或者質押投票機制來驗證交易和生成區塊的網絡參與者。

動態 | 基于共治鏈的共治根域名解析架構發布:據光明網消息，在日前由國家互聯網信息辦公室指導、中國互聯網絡信息中心（CNNIC）主辦的中國互聯網基礎資源大會上，中國互聯網絡信息中心主任曾宇發布了基于共治鏈的共治根域名解析架構。中國互聯網絡信息中心（CNNIC）作為我國國家頂級域名注冊管理機構，負責國家網絡基礎資源的運行管理和服務，從2016年開始，開展區塊鏈技術在域名領域應用的研究，驗證了運用區塊鏈技術進行域名數據管理的可行性。在此基礎上，聯合多家單位設計了基于共治鏈的共治根新型域名解析系統架構。[2019/7/3]

分片技術面臨的一些主要挑戰

在嘗試使用分片技術中，我們發現的第一個問題是，由于每個分片都有自己的驗證者，單個片區的安全性就會比整條鏈更差。例如，一條有X個驗證者且沒有分片的區塊鏈，決定硬分叉成一條有分片的鏈，并將X個驗證者分攤到10個片區中，那單個片區中的驗證者數量就是X/10個，因此只需要控制總驗證者數量的5.1%就可能破壞一個分片。

動態 | EOS疑似將推出基于EOS的HandShake DNS解析服務:EOS疑似將推出基于EOS 的 HandShake DNS解析服務，一位開發者的Github顯示正在開發EOS-handshake服務。Cosmos社區總監Chjango Unchained4月30日發推表示發現EOS開發者正在復用 Handshake 的開源代碼。EOS或許會加入域名解析服務，生態會進一步擴大。（IMEOS）[2019/4/30]

我們遇到的第二個問題是:“由誰來為每個分片選擇驗證者？”對于一個壞的參與者來說，如果所有5.1％的驗證者都在同一個分片中，則控制5.1％的驗證者會造成不好的情況。如果驗證者無法選擇驗證哪個分片，則控制5.1％驗證者的參與者極不可能在同一分片中獲得所有驗證者，從而大大降低了它們破壞系統的能力。

實際上，幾乎所有的分片設計都依賴于某種隨機性來為分片分配節點，且隨機性和驗證者分配都需要不針對任何特定分片的計算。為了實現這種計算，幾乎所有現有的設計都包含一條單獨的區塊鏈，負責執行維護整個網絡所需的操作。

這個鏈在以太坊中稱為信標鏈，負責生成隨機數、為分片分配節點、接收分片的信息更新、處理權益證明和其他各種功能。

信標鏈也有一些不足之處。因為信標鏈需要做一些記賬計算工作,且這些計算量是與系統中分片的數量成正比的，所以分片數量越多，信標鏈的計算工作量就越大。這就出現了與沒有使用分片網絡時的同樣問題：低吞吐量和高延遲，所以分片網絡存在一個與生俱來的可擴展性限制的問題。

但是，分片網絡的結構確實對節點的任何改進都具有乘法效應。因為任何提高節點效率的提升都會使節點能更快地處理交易，如果運行網絡的所有節點處理交易的速度都變成4倍，那每個分片能夠處理的交易量將是之前的4倍，且信標鏈能夠維持的分片數量也將是之前的4倍。由此來看，整個系統的吞吐量將變成之前的4x4=16倍。

如何將數據分割為碎片?

讓我們先看看節點在區塊鏈上主要執行那些事務：

1.處理/驗證交易

2.將經過驗證的交易和已完成的區塊傳播給其他節點

3.存儲所有交易的歷史

隨著網絡的發展，節點需要能夠跟上網絡的需求，從而隨著網絡的發展而增長；

1.隨著需要處理的交易的數量不斷增長，要求每個節點增加更多的計算能力

2.隨著需要中繼的交易的數量不斷增長，節點在中繼交易和區塊時需要更多的網絡帶寬；

3.隨著狀態的增多，節點在存儲數據時需要更多的存儲空間。

從這三點可看出，無論每秒的交易量和中繼的交易量是否增加，數據存儲都會增加。

雖然很多人提議過對存儲進行分片，而不是對交易處理進行分片，但是有一些項目已經實現了對交易處理的分片，最常見的分片類型被稱為“狀態分片”，在狀態分片中，每個分片中的節點都在搭建自己的分片鏈，這條鏈包含的交易只會影響該分片全局狀態中本地的狀態。這意味著分片中的驗證著只需要存儲本地的狀態，并且只需執行和中繼那些影響本地狀態的交易。

來源|hackernoon

作者|TiaanWolmarans

翻譯|頭等倉Annie

編譯|頭等倉AlonsoChen

文章版權屬原作者，翻譯由頭等倉提供，任何轉載請保留前言信息。

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