從跨境金融交易到供應鏈管理，區塊鏈在越來越多的試點專案中得到推廣，但一個長期存在的問題是: 缺乏可伸縮性。隨著越來越多的計算機加入對等網路，整個系統的效率通常會下降。可伸縮性已經被認為是比特幣和以太幣等加密貨幣的一個重大問題。如果分散式分類賬技術要被金融技術公司採用，並以數百倍的速度與支付網路競爭，那麼它必須找到一種方法來提高可伸縮性和吞吐量，並解決延遲問題。進入“分片”。分片是開發人員正在研究的幾種提高事務吞吐量的流行方法之一。簡單地說，分片是一種將計算和儲存工作負載分散到對等網路的分割槽方式，這樣每個節點就不必負責處理整個網路的事務負載。相反，每個節點只維護與其分割槽或分片相關的資訊。分片中包含的資訊仍然可以在其他節點之間共享，這使得分類帳分散和安全，因為每個人仍然可以看到所有分類帳條目;它們只是不處理和儲存所有的資訊。共識的難題公共區塊鏈最持久的問題之一是圍繞著共識協議——如何從使用者那裡獲得協議，以確定擬議的交易是否真實，是否應該被新增到分散式分類賬中;共識協議中如最流行的工作量證明(PoW)機制，可以說是高度計算密集型的。在基於POW的區塊鏈中，每個身份驗證計算機或節點都記錄鏈上的所有資料，這是協商共識過程的一部分。在比特幣等大型區塊鏈中，大多數參與交易的節點必須對新交易進行身份驗證，並記錄這些資訊，才能將其新增到分類賬中;這使得完成每個事務變得緩慢而艱鉅。正因為如此，基於POW的比特幣每秒只能處理3.3到7筆交易，而一筆交易完成需要10分鐘。以太坊是另一種流行的區塊鏈分類賬和加密貨幣，每秒只能處理12到30筆交易。而Visa的VisaNet平均每秒處理1700筆交易。將每個節點記錄的新資訊新增到區塊鏈的優點是無可爭議的，不可更改的。基於POW的區塊鏈是寫一次，附加許多應用;因此，它們是不可變的。以太坊和Hyperledger是全球領先的區塊鏈平臺，也是無數應用程式的基礎，從以太坊的以太幣等加密貨幣，到“智慧”或自動執行的線上合約。以太坊正在探索分片，而Hyperledger則沒有。分片是一個起源於水平資料庫分割槽的概念，以太坊正在採用它。因此，不是每個節點都必須處理所有事務，從而提高了可伸縮性，”Gartner副總裁、著名分析師阿維娃·利坦(Avivah Litan)說。去年，在區塊鏈分類賬和加密貨幣達到每天100多萬筆交易之後，以太坊開始探索提高效能的方法。以太坊解決了兩個提議的解決方案。一種是“第二層”機制——在標準資料庫中處理鏈外事務，只在分類賬上記錄永久性條目;另一個解決方案是分片，允許同時並行處理更多事務。第二層協議將大多數事務傳送到鏈外，僅與底層區塊鏈互動，以便進入和退出第2層系統。第2層協議在LAN或相鄰WAN中的節點之間傳輸資料，減輕了P2P區塊鏈網路的負擔。在分片被啟用之後，區塊鏈的“狀態”被分割成分片或分割槽。Litan解釋說，每個獨特的使用者帳戶相當於一個分片，帳戶只能與同一分片中的其他帳戶進行交易。她說:“這使得許多並行事務可以同時發生。”“由以太坊選擇的單獨協議允許跨分片通訊。”分片安全嗎?以太坊的建立者維塔利克·布特林(Vitalik Buterin)當時在一篇部落格文章中寫道，除了解決可伸縮性問題，一些人認為分片還能維護區塊鏈的本機安全性，因為它保留了“區塊鏈所需的大部分分散式和安全特性”。從理論上講，事務吞吐量的增加與分片的數量成線性關係。Linux基金會的Hyperledger區塊鏈專案的安全專家David Huseby說：為了維護區塊鏈的安全性，必須防止分片收購。根據康奈爾大學(Cornell University)發表的一篇研究論文，破壞給定分片中的節點將導致相應資料部分的永久丟失。例如，在以太坊網路模型中，節點必須隨機分配給一個分片，並在隨機時間裡重新分配給另一個分片。這個想法是為了讓攻擊者很難預測或強制他們的(惡意)節點被分配到哪個分片。這使得拜占庭式地接管任何一個分片都變得更加困難。Huseby解釋說，用Hyperledger區塊鏈進行分片並非如此簡單。“我們的區塊鏈通常不像加密貨幣那樣處理‘地址’。 Hyperledger區塊鏈專注於維護一個全域性狀態(想想資料庫)，共識機制調節狀態的更新，而區塊鏈安全地儲存狀態更新，”Huseby說。Hyperledger網路可以像以太坊那樣垂直切分，但由於它不分割地址空間，因此可以嘗試不同的分片技術。Huseby表示:"如果我必須對Hyperledger網路進行切分，我會首先利用交易驗證和區塊構造之間的區別。"“事務驗證比塊構造要慢得多，所以我的第一個步驟是大幅增加事務驗證器節點的數量。”第二個挑戰是處理“瘦”客戶端(也稱為SPV(簡化支付驗證)錢包)，以確保這些節點在分片時擁有區塊鏈狀態的全貌。為了解決與分片相關的可見性問題，瘦客戶機透過單獨的網路進行通訊，併為每個分片維護本地狀態副本。最後，分片間通訊提出了一個挑戰，因為每個分片都作為一個單獨的區塊鏈網路出現。解決通訊問題本月早些時候，初創公司Devvio宣佈，它已經建立了一種基於分片、第2層協議和有效協商機制的高效分散式賬本協議，可以解決區塊鏈網路面臨的所有主要問題。Devvio表示，它的協議每秒可執行多達800萬筆交易，這將擴大全球金融業務的規模。
在Devvio的“Devv”協議中，每個分片代表一個單獨的區塊鏈分類賬;該公司聲稱，隨著時間的推移，可以將數千個分片新增到全球公共區塊鏈中，最終每秒處理數千萬次交易。例如，每個分片都是Devv分散式分類賬上的獨立區塊鏈節點，可以處理多達3000個事務。Devvio執行長湯姆·安德森表示，新增另一個節點將使能夠處理的事務數量增加一倍。
每個分片(也是一個加密貨幣錢包)成為一個更大網路上的輸入，Devvio將其稱為T1網路;單個分片可以透過稱為T2的獨立事務網路與其他分片通訊。
Forrester Research的首席分析師瑪莎•班尼特(Martha Bennett)指出，目前使用或計劃使用分片的區塊鏈框架，其功能幾乎都不一樣。
在安全性、儲存效率和計算效率方面實現最佳保證。關鍵的直覺是節點不應該儲存複製的資料;相反，它們應該儲存編碼的資料線性組合。
例如，在瑞士非盈利組織分散式技術研究基金會(DTR)的支援下，7所大學剛剛宣佈他們正在開發一個數字貨幣網路，透過分片來解決區塊鏈的可伸縮性和效能問題。
DTR基金會理事會成員喬伊•克魯格(Joey Krug)表示:“缺乏可伸縮性阻礙了加密貨幣的採用，(我們的)開創性研究正在解決這個問題。”“開發人員正在將這項研究轉化為真正的可伸縮效能，這將使大量分散的金融應用程式受益。”
Unit-e正在使用“全新的分片方式”，稱為“PolyShard”，這是一種儲存和計算解決方案，在不犧牲安全性的前提下，隨著使用者的增加而變得更高效。關鍵是，PolyShard協議將來自不同使用者和事務的資料混合在一起，仍然允許精確的資料恢復，類似於伺服器和儲存系統上的虛擬化。
然而，到目前為止，分片機制仍然處於開發和測試階段(從某種意義上講是理論階段)，並且建立的標準化方法不僅解決了可伸縮性問題，而且解決了安全性問題。在考慮分片解決方案之前，必須解決這個挑戰。
Husebuy說:“對於可伸縮性來說，分片並不是一個簡單的解決方案。”“有很多細節需要考慮，我們需要一些實證實驗來支援這個理論，然後我們才能稱之為安全。”實現必須小心假設，這樣攻擊者就不會有漏洞可鑽。
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