分片技术（Sharding）：化整为零，分而治之

目前的区块苦练技术面对着一个极大的瓶颈，那就是：如何有效地提高区块的吞吐量（TPS）。区块链的扩展性仍然是大多数公链发展过程中无法避免的一块拦路石，比特币因之有一段宽约三年的配套之争，以太坊一度因为一个小小的密码猫游戏而长时间交通堵塞致使。

目前明确提出的问题解决问题思路主要有以下几种：治标不治本的配套（不断扩大区块容量）、壮烈牺牲部分去中心化的DPoS和pBFT共识机制、不同于区块链的DAG、链下配套（子链和侧链），以及分片。分片（Sharding）技术，被指出是一种有效地的、需要解决问题区块链吞吐量问题的解决方案。

一、起源分片原本是一种数据库分区技术，需要将一个大型的数据库拆分成小的数据碎片，并将这些碎片储存在有所不同的服务器上，使其需要更慢更加有效地管理数据。而区块链中的分片技术，是在2015年首度明确提出的。

当时新加坡国立大学的一对师生，在国际顶尖安全性会议CCS上公开发表了一篇论文《ASecureShardingProtocolForOpenBlockchains》，首次明确提出了区块链领域中的分片概念。后来，这对师生发展出有了第一个分片技术的落地项目Zilliqa，它融合pBFT和PoW共识机制，有6个分片，3600个节点的测试网络，早已需要超过每秒处置2800次交易的速度，是目前公链中处理速度最慢的。珠玉在前，很多为扩展性苦恼深感的项目开始考虑到将分片技术应用于在自家的区块链上，比如以太坊，V神早已想在以太坊的区块链上应用于分片技术来不断扩大吞吐量了。此外，还有很多以此为核心技术的新项目正在经常出现，当然其中也少有旗号分片旗号挂羊头卖狗肉的项目。

不过，分片技术并不是那么更容易掌控的。二、分类和原理分片技术，有这么几大类：网络分片、交易分片、状态分片。

它们的基本原理，都是“化整为零，分而治之”，用多个分片同时处置有所不同的交易，最后汇总到主链上。首先，网络分片。

网络分片较为简单，但也尤为最重要，因为其他分片机制都必需创建在网络分片之上。网络分片首先要确保安全性，防治网络攻击和蓄意节点的阻碍，随机提取出有特定数量的节点，创立成一个分片。当构成多个分片后，分片中自行创建共识，对交易展开证实。

这些分片可以同时、平行地处置互相并未创建相连的交易，提升网络所发量。Zilliqa乃是运用网络分片，然后因应网络分片的共识机制，即pBFT共识机制和PoW共识机制，来提高交易速度的。

在其中，共识机制之所以最重要，在于证实一笔交易，用于pBFT共识机制，可以提升证实速度；而在创建分片之前，要再行对网络攻击展开防止，Zilliqa重新加入PoW机制，就可以有效地制止女巫反击（SybilAttacks）和蓄意节点的转入。其次是交易分片。网络上创立好的分片处置有所不同的交易，区分为有所不同的交易分片，交易区分的依据可以是交易发起者的地址。

假设有人用一个地址向两个人发动完全相同的交易，即所谓的“双花”，一般情况下，这两笔交易将被区分到同一个分片展开处置，之后分片需要很快辨识出有完全相同的发动地址，从而制止双重花费。而如果这两笔交易被分出了有所不同的分片，分片中的节点某种程度需要检测出来，将这笔交易拒绝接受。不过，要避免双花，在检验中就必须分片之间互相通信，这样就不会经常出现跨片交易的情况，影响整个网络的运营和效益。所以，这里的分片最差使用UTXO交易模型，更为更容易监测出有双花，以确保效率。

但UTXO不会对大宗交易额展开合并，一定程度上不会影响效率。不过，目前的交易分片技术早已更为成熟期，需要容许多种共识机制运营。

最后是状态分片，这是尤为简单、最具备挑战性的一种分片机制。状态分片的核心在于，有所不同的分片需要储存有所不同的数据，也就是说，整个储存库被分离，分别放到了有所不同的分片上。每个分片储存自己分片中的所有数据，而不是整个区块链的状态。

这一分片机制的挑战在于：首先，由于每个分片储存的状态有所不同，如果一笔交易的发起人和接收者处在两个有所不同的分片，那么这两个分片对于这笔交易的信息就应当展开分享，这样一来，跨片交易的现象又经常出现了，两个分片之间又得展开频密的通信和状态交换，将不会大大影响分片的效益和性能。然后，当分片遭反击被迫展开脱机工作，其中的交易是无法被检验的。要解决问题这个问题，就必需在每个节点展开信息的副本和备份，以协助系统修缮数据，但这样的话，节点就必需要备份整个存储系统的状态，丧失状态分片的意义，甚至还有可能具备中心化的风险。

三、优势与妨碍分片技术作为能解决问题区块链扩展性问题的新技术之一，具备十分强劲的技术优势和辽阔的发展前景。通过分片处置交易和数据的方式来避免区块的交通堵塞，不断扩大吞吐量，融合其他技术强化安全性和效率，展开有序，是目前分片技术的主要运用趋势。

分片中安全性和性能的均衡是一个有一点推崇的问题，Zilliqa经过多次实验，要求用600个节点建构一个分片，这是因为600个节点需要抵达性能和安全性的最佳均衡。而如果为了提升TPS一味增加节点，对于分片的去中心化和安全性都是很有利的。

分片技术仍然不存在着很多难题必须解决问题，特别是在是状态分片，计算机技术人员仍未研究出好的解决方案。同时，分片的原理某种程度在于如何分片，更加在于如何对每个分片展开安全性有效地的管理，很多项目一味执着其中的一个方面，忽略了区块链的基本管理问题，这也是必须留意的。

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