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Sharding
Sharding
分片是一个术语，用于描述将区块链分割成更小的、分区的区块链的过程，这些区块链被称为分片，以便更容易地进行数据段管理、提高可扩展性和提高交易速度。[1][2][3]
概述
分片是一种区块链技术，源于传统数据库，目的是提高可扩展性，使其能够每秒处理更多的交易。分片起源于一种称为数据库分区的技术，也称为水平分区。该过程包括将大型数据库分成更小的单元，称为“分片”。这种划分有助于提高对数据库信息的访问。[2]
每个分片都包含自己的数据，与其他分片相比，它具有独特性和独立性。数据库分片，或简称为分片，是数据库或搜索引擎中数据的水平分区。每个分片都保存在单独的数据库服务器实例上，以分散负载。数据库中的某些数据仍然存在于所有分片中，但有些数据仅出现在单个分片中。每个分片都充当该数据子集的唯一来源。
分片可以帮助减少网络的延迟或缓慢，因为它将区块链网络分成单独的分片。但是，分片也存在一些安全问题，分片可能会受到攻击。[7]
分片减轻了单个链处理区块链网络上所有交互和交易的压力。每个分片都有自己的账本，可以处理自己的交易，并拥有独特的智能合约集。[1][3]
优势
- 可扩展性：分片非常适合大型分布式企业应用程序。它允许快速执行命令或查询。存储分段是分片模式的关键特性，它使物理基础设施能够以受控方式扩展。[8]
- **去中心化：**除了对区块链可扩展性的积极影响外，分片还对去中心化具有重要意义。分片有助于更多节点参与网络，使它们能够处理交易。因此，这增加了网络中的去中心化程度和公平的权力分配。这种安排可能会提高安全性，因为在高度去中心化的网络中，不存在单一的中心漏洞点，这有助于提高安全级别。[5]
- 性能：通过将数据分布在多台机器上，分片数据库可以处理比单台机器更多的请求。分片是一种称为水平扩展或横向扩展的扩展形式，因为会引入额外的节点来分担负载。[8]
劣势
虽然分片似乎是解决区块链可扩展性问题的潜在解决方案，但其实现也面临一些挑战。与分片区块链相关的两个主要缺点是：复杂性和安全性。
- 复杂性：由于网络分区的复杂过程以及状态的必要重新分配，将分片引入现有区块链网络是一项艰巨的任务。分片大大增加了软件开发项目的复杂性。需要额外的逻辑来对数据库进行分片，并将查询正确地定向到正确的分片。这增加了开发时间和成本。[3][4]
- 安全问题：围绕分片的安全问题包括黑客攻击或分片接管，其中一个分片攻击另一个分片，导致信息丢失。实施不当可能导致双重支付的风险，从而严重影响网络的整体安全性。此外，分段的区块链可能容易受到攻击，因为黑客可能会发现更容易控制单个分片，因为操纵单个分段所需的哈希算力减少了。如果某个分段受到攻击，恶意交易可能会传播到更广泛的网络，从而扰乱整个系统。[3][6][7]
- 基础设施成本：通常需要更精细的网络网格，这会导致实验室和基础设施成本的增加。[9]
- 所需的专业知识：分片模式要求 DBA 具有特定的领域专业知识和数据库技术的最佳实践经验，以便有效地管理分片分段。[8]
- 网络流量：分布在大量地理位置上的分片可能容易因过多的网络流量而导致性能下降。[8]
以太坊分片
以太坊最初由Vitalik Buterin开发为以太坊经典，作为一个统一的区块链系统运行。尽管它能够容纳越来越多的去中心化应用程序和用户，但所有交易都必须通过有限的一组矿工。因此，这种集中式处理可能会导致网络拥塞。[2]
2018 年，Vitalik 在一篇关于以太坊区块链分片更新的概念验证的出版物中添加了一条评论：[17]
“一个尚未完全解决的挑战是确定如何激励以及何时允许交叉链接。”
以太坊分片是一种增加以太坊网络可以处理的交易数量的方法。该概念涉及将整个以太坊网络分成多个部分，称为“分片”。每个分片都包含其自己的独立状态，这意味着一组独特的帐户余额和智能合约。[14]
在他 2021 年的一篇文章中，Vitalik 强调了分片的重要性：[15]
“分片是以太坊可扩展性的未来，它将是帮助生态系统支持每秒数千笔交易并允许世界上大部分地区以可承受的成本定期使用该平台的关键。”
此外，在 2018 年 12 月，Buterin 发推文说：[16]
“具有分片的权益证明区块链在未来将“高效数千倍”。
Danksharding
Danksharding 是一种增加 以太坊 网络可以处理的交易数量的方法。这就是以太坊如何成为真正可扩展的 区块链。Danksharding 将为以太坊带来大量的空间，供汇总转储其压缩的交易数据。
该概念涉及将整个以太坊网络分成多个部分，称为“分片”。每个分片都包含其自己的独立状态，这意味着一组独特的帐户余额和智能合约。
以太坊的路线图包括一个名为 Danksharding 的协议升级。此升级旨在使用户在 第 2 层 上的交易尽可能便宜，并且应将以太坊扩展到每秒 >100,000 笔交易。Proto-Danksharding，也称为 EIP-4844，是实现这一目标的一个中间步骤。
Proto-Danksharding 引入了可以发送并附加到区块的数据 blob。这些 blob 中的数据无法访问 EVM，并且会在固定时间段（1-3 个月）后自动删除。这意味着汇总可以更便宜地发送其数据，并将节省的费用以更便宜的交易的形式传递给最终用户。
必须验证汇总提交的数据 blob，以确保汇总没有不当行为。这涉及证明者重新执行 blob 中的交易，以检查承诺是否有效。这在概念上与执行客户端使用 Merkle 证明检查 以太坊 交易在第 1 层上的有效性的方式相同。[13]
Zilliqa 分片
Zilliqa 是一个高性能、高安全的 区块链 平台，它使用分片进行扩展。Zilliqa 中的分片有多种形式：网络分片、交易分片和计算分片。
- **网络分片：**这是一种机制，允许将 Zilliqa 网络划分为更小的节点组，每个节点组称为分片。例如，假设一个由 1,000 个节点组成的网络，那么可以将网络划分为 10 个分片，每个分片由 100 个节点组成。这些分片可以并行处理交易。如果每个分片能够每秒处理 10 笔交易，那么所有分片加起来可以每秒处理 100 笔交易。
- **交易分片：**每当交易到达网络时，它都会被分配给特定的分片。分配由交易发送地址的前几位决定。但是，这种分配策略仅适用于支付交易。为了正确处理支付交易和智能合约交易，Zilliqa 采用了一种不同的解决方案，即对交易进行分类，以便我们可以为每个类别采用单独的分配策略。
- **计算分片：**Zilliqa 在计算分片方面选择的方法是，每个节点都将拥有当前状态的副本，但随后交易历史记录将被分成几部分，因此并非每个人都必须拥有完整的副本。
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