Alexander Skidanov：区块链分片技术指南

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以太坊吞吐量低的主要原因，是所有节点都需要验证每一笔交易。所以，开发者提出，把一个区块链变成多个子区块链同时运行和处理交易，以此大幅提高单位时间内处理的交易量。

近日Near Protocol联合创始人Alexander Skidanov在Meduim发表了一篇分片技术指南，以科普的方式简单介绍了什么是分片技术。

那么什么是分片技术？

大家都知道以太坊主链的交易速度现在只有20 TPS，这严重限制了以太坊的发展，为了解决这个问题，以太坊核心团队提出了所谓的分片技术（sharding）。

以太坊吞吐量低的主要原因，是所有节点都需要验证每一笔交易。所以，开发者提出，把一个区块链变成多个子区块链同时运行和处理交易，以此大幅提高单位时间内处理的交易量。

这个子区块链就叫做分片（sharding）。每个分片都有自己的验证者（validator），即验证交易和产生区块的节点。

这个技术方案面临的第一个挑战是，安全性会降低。

如果一条拥有X个验证者的区块链经过硬分叉进行分片，分裂成拥有X个验证者的10个分片，每个分片现在有X/10个验证者。那么只要控制同一个分片里5.1%的验证者，就能控制这个分片。

但是，如果验证者是随机分配的话，那么控制同一个分片里的5.1%验证者的可能性就会大大降低，从而降低重组风险。

因此，分片的其中一个重要机制是，如何在链上生成随机数。

除了要生成随机数，分配验证者到各个分片外，还需要有一个独立的区块链负责处理一些维护整个网络的事务，例如，接收分片的更新并进行快照，处理权益证明等等，这样的一条链，我们叫做Beacon chain（信标链），相当于Cosmos里的Cosmos Hub。

理解Beacon chain后，我们就可以更好理解分片的巨大潜力：二次方分片。如果，网络里（包括Beacon chain里的节点）处理能力提高4倍，那么每个分片所能处理的交易量增长4倍，每个Beacon chain所能维护的分片增长4倍，全网的吞吐量将增长4X4=16倍。

分片还有一个很重要的问题，如何实现分片之间的通信，跨分片交易该如何执行。

例如，分片1上的爱丽丝想要发送资金给分片2的鲍勃，该如何完成交易。这里有两种情况，分别是同步和不同步执行，因为篇幅原因，作者并未展开。作者后面还提到了恶意分叉以及审查无效块的问题，感兴趣可以点击原文阅读查看。

在扩容的问题上，比特币和以太坊选择了两条截然不同的路。比特币通过硬分叉，从协议层上进行扩容。以太坊2.0则计划部署分片技术，实现Visa级别的规模。

以太坊这条扩容之路将通向何方，让我们拭目以待。

来源：闪电HSL公众号

作者：闪电 黄世亮