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目前區(qū)塊鏈的擴(kuò)容方案主要分為三個(gè)不同的Layer。分片和DAG (有向無(wú)環(huán)圖)同屬對(duì)區(qū)塊鏈本身架構(gòu)進(jìn)行改變的Layer 1。分片目前被關(guān)注的熱度很高，主打分片技術(shù)的公鏈被投資機(jī)構(gòu)熱捧, 分片也和Layer 2的側(cè)鏈、子鏈、狀態(tài)通道等方向一起被列入以太坊官方的擴(kuò)容方案。

1.2分片的原理

分片其實(shí)是一種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，它將大型數(shù)據(jù)庫(kù)分成更小、更快、更容易管理的部分，這些部分叫做數(shù)據(jù)碎片。在公鏈中，它是通過(guò)使用多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)獲得平行處理轉(zhuǎn)賬的功能，從而分散那些轉(zhuǎn)賬驗(yàn)證的工作量。這樣會(huì)自動(dòng)地把網(wǎng)絡(luò)分成很多更小的部分，或者說(shuō)進(jìn)行“分片”處理，從而每一個(gè)小網(wǎng)絡(luò)只需要運(yùn)行一個(gè)更小范圍的共識(shí)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)上的交易將被分成不同的碎片，其由網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點(diǎn)組成。因此，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需處理一小部分傳入的交易，并且通過(guò)與網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)并行處理就能完成大量的驗(yàn)證工作。將網(wǎng)絡(luò)分割為碎片會(huì)使得更多的交易同時(shí)被處理和驗(yàn)證。所以，分片技術(shù)使用的是平行處理的方式，有越多的節(jié)點(diǎn)加入，網(wǎng)絡(luò)中批準(zhǔn)的速度也會(huì)加快。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，分片的就是將一個(gè)大任務(wù)拆分為多個(gè)可以并行處理的小任務(wù)，從而提升性能。

圖中，我們把以太坊的網(wǎng)絡(luò)分為兩部分，左邊一部分L1為現(xiàn)有的以太坊主鏈，右邊一部分L2為各個(gè)分片，他們各自是一個(gè)獨(dú)立的賬戶空間。每個(gè)分片有專門的節(jié)點(diǎn)來(lái)維護(hù)，就相當(dāng)于一個(gè)個(gè)獨(dú)立的區(qū)塊鏈，每個(gè)分片將自己的記錄匯總發(fā)給主鏈。主鏈?zhǔn)占鱾€(gè)分片的摘要，然后生成主鏈區(qū)塊（N 1）。但是主鏈?zhǔn)占氖钦皇蔷唧w的交易細(xì)節(jié)。

分片方案帶來(lái)的主要好處是，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的冗余計(jì)算量大大減少，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需對(duì)自己分片內(nèi)的交易進(jìn)行驗(yàn)證，不需要驗(yàn)證分片外的交易。如此可節(jié)約大量的時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)而完成更多的交易的處理。

02 .區(qū)塊鏈與分片技術(shù)

2.1分片技術(shù)的層級(jí)

1．網(wǎng)絡(luò)分片

利用隨機(jī)性，網(wǎng)絡(luò)可以用VRF方法隨機(jī)抽取節(jié)點(diǎn)形成分片，用以防止惡意節(jié)點(diǎn)占據(jù)某個(gè)分片。分片內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的共識(shí)可以通過(guò)pBFT等共識(shí)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2．交易分片

1）賬本分片：在一個(gè)基于UTXO的系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)可以根據(jù)發(fā)送者的地址分配一個(gè)分片。這確保了兩筆雙花交易將在相同的分片中得到驗(yàn)證，因此系統(tǒng)可以很容易地檢測(cè)到雙花交易，而不需要進(jìn)行任何跨片的通信。

2）跨賬本分片：在一個(gè)非UTXO的系統(tǒng)里，為了防止雙花問(wèn)題，在驗(yàn)證過(guò)程中，分片間將不得不進(jìn)行相互通信。事實(shí)上，由于雙花交易可能會(huì)在任何分片中出現(xiàn)，因此特定分片所接收到的交易將不得不與其它的所有分片進(jìn)行通信。這種相互之間的高昂通信成本可能會(huì)破壞交易分片的最初目的。

3．狀態(tài)分片

這一技術(shù)的關(guān)鍵是將整個(gè)存儲(chǔ)區(qū)分開，讓不同的碎片存儲(chǔ)不同的部分；每個(gè)節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)托管自己的分片數(shù)據(jù)，而不是存儲(chǔ)完整的區(qū)塊鏈狀態(tài)。狀態(tài)分片一經(jīng)提出，就伴隨著挑戰(zhàn)。

在一個(gè)狀態(tài)分片的區(qū)塊鏈中，一個(gè)特定的分片只會(huì)保留一部分狀態(tài)。假設(shè)其中一個(gè)賬戶創(chuàng)建了一筆交易，它將支付另一個(gè)賬戶一筆錢。這筆交易將由第一個(gè)分片進(jìn)行處理，一旦該筆交易被驗(yàn)證，關(guān)于第一個(gè)賬戶的新余額的信息就必須與它所在的分片進(jìn)行共享。如果兩個(gè)帳戶由不同的分片進(jìn)行處理，那么這可能需要進(jìn)行頻繁的跨片通信和狀態(tài)交換。確保跨片通信不會(huì)超過(guò)狀態(tài)分片的性能收益仍然是一個(gè)值得公開的研究問(wèn)題。

狀態(tài)分片的第二個(gè)挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)的可用性。比如由于某種原因，一些特定的分片遭到了攻擊而導(dǎo)致其脫機(jī)。由于分片并沒(méi)有復(fù)制系統(tǒng)的全部狀態(tài)，所以網(wǎng)絡(luò)不能再驗(yàn)證那些依賴于脫機(jī)分片的交易。因此，在這樣的情況下區(qū)塊鏈基本上是無(wú)法使用的。解決此問(wèn)題的方法是維護(hù)存檔或進(jìn)行節(jié)點(diǎn)備份，這樣就能幫助系統(tǒng)進(jìn)行故障修復(fù)以及恢復(fù)那些不可用的數(shù)據(jù)。但是，這樣就使得節(jié)點(diǎn)將不得不存儲(chǔ)系統(tǒng)的整個(gè)狀態(tài)，因此這還可能會(huì)引發(fā)一些中心化的風(fēng)險(xiǎn)。

任何分片機(jī)制需要確保分片在抵御攻擊和失敗時(shí)是具有彈性的；網(wǎng)絡(luò)必須接受新的節(jié)點(diǎn)并以隨機(jī)的方式將這些分配給不同的分片。然而，在狀態(tài)分片的情況下，重新分配節(jié)點(diǎn)是非常棘手的。在一次重新調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，在同步完成前可能會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致使整個(gè)系統(tǒng)失效的問(wèn)題。為了防止系統(tǒng)的中斷，我們必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行逐步調(diào)整，以確保每個(gè)分片在所有節(jié)點(diǎn)被清空前仍有足夠多的舊節(jié)點(diǎn)。類似地，一旦一個(gè)新節(jié)點(diǎn)加入了一個(gè)分片中，系統(tǒng)就必須確保該節(jié)點(diǎn)有足夠的時(shí)間與分片狀態(tài)進(jìn)行同步。

2.2 分片技術(shù)的進(jìn)展

03 .分片項(xiàng)目分析

3.1分片項(xiàng)目一覽

3.2重點(diǎn)項(xiàng)目對(duì)比分析

 04 .分片項(xiàng)目的投資邏輯

4.1 技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的可能性

4.2 與其它擴(kuò)容技術(shù)的結(jié)合

分片可以與DAG、狀態(tài)通道等互補(bǔ)，各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體擴(kuò)容。

4.3服務(wù)質(zhì)量是否能達(dá)到商業(yè)級(jí)別

擴(kuò)容性是否提高最終都需要經(jīng)過(guò)市場(chǎng)的檢驗(yàn)。目前大部分分片項(xiàng)目和應(yīng)用離商業(yè)可用性還有很大距離，怎樣解決分片項(xiàng)目之間不同區(qū)塊之間的相互聯(lián)系，如何制定合理的智能合約。如果能在這些方面設(shè)計(jì)出比較好的解決方案，即能成為這個(gè)行業(yè)里具有強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的項(xiàng)目。

4.4 項(xiàng)目的創(chuàng)新性和嚴(yán)謹(jǐn)性

嚴(yán)謹(jǐn)性指的就是要有已發(fā)表的學(xué)術(shù)論文驗(yàn)證，在理論上能通過(guò)。如果沒(méi)有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撐膩?lái)證明，系統(tǒng)最起碼要有一千個(gè)節(jié)點(diǎn)以上的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，代碼也是公開的，這樣才會(huì)比較有說(shuō)服力。

05 .分片技術(shù)的未來(lái)展望

5.2發(fā)展阻礙

由于分片技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的從業(yè)者開始關(guān)注和支持分片技術(shù)。這一方面推動(dòng)了分片技術(shù)的優(yōu)化同時(shí)也帶來(lái)了一定的問(wèn)題。

一方面，分片技術(shù)著眼于解決性能問(wèn)題，而部分參與者卻過(guò)于執(zhí)著TPS的競(jìng)爭(zhēng)，卻忽視了其安全性的保證。

另一方面由于分片技術(shù)的大火，致使很多人盲目的參與到分片技術(shù)的創(chuàng)業(yè)之中，但是很多人沒(méi)有搞清楚分片的治與分的平衡關(guān)系，很簡(jiǎn)單的認(rèn)為分片的邏輯就是分，這種不嚴(yán)謹(jǐn)不僅會(huì)阻礙技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也會(huì)傷害到市場(chǎng)對(duì)技術(shù)的信心，甚至?xí)a(chǎn)生更加嚴(yán)重的后果。

分片技術(shù)還處于初級(jí)階段，而市場(chǎng)的浮躁也為技術(shù)的發(fā)展和落地帶來(lái)了一定阻礙，技術(shù)完善與市場(chǎng)教育依然任重而道遠(yuǎn)。