區塊鏈技術的應用可能將改變組織儲存資料和執行分散式事務的方式。即使在公共網路上，區塊鏈也可以保證所有參與者都以安全、可靠和可驗證的方式訪問記錄。但是區塊鏈有一個非常明顯的限制：可伸縮性。隨著交易數量的增長，區塊鏈系統將變得更慢、更昂貴，從長期來看也不具備可持續性。
解決可伸縮性問題的一種方法是分片，這是一個將資料分割成可管理的塊分佈在不同節點上的過程。區塊鏈分片技術已經用於私有區塊鏈網路。但是對於公共網路來說，分片帶來了一些挑戰，在公共系統能夠有效擴充套件之前，必須解決這些挑戰。
區塊鏈的困境
區塊鏈是一種分散式分類賬技術，用於記錄一個或多個參與者之間的交易。在傳統配置中，分類帳分佈在多個節點上，每個節點維護一個完整的副本。區塊鏈按時間順序將每筆交易記錄到分類賬中，然後對這些交易進行同步和驗證，這些交易在所有節點上都是透明的且可驗證的。
隨著交易數量的增加，分類帳的大小也隨之增加，從而導致在每個節點上處理和儲存更多的資料。部署額外的節點會使問題變得更嚴重，因為驗證需要更多的時間。由於每個節點都必須處理每個事務，隨著延遲的增加、吞吐量的降低和儲存成本的增加，使用者不可避免地將面臨效能和可靠性問題。
顯然，我們需要一種更好的方法來擴充套件公共網路的區塊鏈系統。區塊鏈分片是最流行的方法之一。它提供了一種擴充套件工作負載執行和資料儲存的方法，因此沒有一個節點會被迫處理整個事務負載。相反，資料會被劃分到單獨的區域中，每個節點被分配到一個特定的分割槽。透過這種方式，節點只處理和儲存與節點所屬的分割槽(或切分)相關聯的事務。
區塊鏈分片策略
分片的概念起源於資料庫系統，系統將資料跨多個伺服器進行分割槽，以改進事務處理。以類似的方式，可以跨多個節點對區塊鏈處理進行分割槽，從而啟用一個並行執行模型，該模型可以提高效能，同時減少每個節點必須處理和儲存的資料量。雖然必須修改用於驗證事務資料塊的方法，但同時可以帶來更大的吞吐量和更低的延遲。
切分資料的確切方法因應用程式的不同而不同，並沒有哪一種辦法是最好的。但儘管如此，基本概念都是相同的。每個節點被分配給一個單獨的分片，並負責驗證該分片中的事務，而不是驗證整個區塊鏈網路中的每個事務。
同時，分片包含事務冗餘，以確保資料的有效性和可靠性。將資料劃分為多個切片之後，每個切片將分佈在多個節點上。例如，如果區塊鏈網路支援1,000個節點，那麼資料可能被劃分為10個分片，每個分片分配給100個節點。透過這種方式，每個節點只處理和儲存十分之一的資料，但是資料仍然跨100個節點進行驗證。
區塊鏈分片的優勢是顯而易見的。事務可以並行處理，每秒可以處理更多事務——是傳統區塊鏈方法的10倍。與此同時，處理和儲存成本要低得多，因為每個節點只處理十分之一的資料。
分片的四個挑戰
對於企業私有區塊鏈部署來說，分片可能是一種有效的策略，但是在公共區塊鏈網路中使用區塊鏈分片並不容易。最大的挑戰之一是分片間的通訊。
當將節點分配給分片時，與該節點關聯的使用者和應用程式將該分片視為獨立的區塊鏈系統，而不是較大系統的一部分。分片之間的通訊很難建立，需要特殊的開發工作來實現通訊機制。而且即便使用這種機制，分片之間的通訊也會帶來更大的開銷，從而抵消掉分片的一些優勢。
分片還會破壞一些更傳統的區塊鏈方法帶來的制衡。使用分片，使用者不再下載和驗證整個事務歷史，因此他們不能確定資料的可靠性和不可變性——這是由事務塊的連結序列決定的。如果沒有這些安全措施，駭客就更容易操縱或控制分片，這種情況稱為單分片接管，可能導致資料丟失或洩露。
區塊鏈分片的另一個挑戰是一致性和驗證。不同的區塊鏈方法依賴於不同的演算法來實現跨節點的一致。兩種常用的演算法是工作證明(PoW)和利害關係證明(PoS)。兩者都決定了如何在分散式網路上驗證事務，但是它們的驗證方式有所不同。
雖然對這些演算法的比較超出了本文的範圍，但值得關注的是它們都可能影響分片的實現方式。一般來說，PoS被認為比PoW更適合分片，大家認為PoW不適合分片是因為它驗證事務的方式。不幸的是，許多區塊鏈平臺都依賴PoW來交付服務。
演算法上的差異指向了另一個挑戰：對於如何實現分片，目前仍缺乏標準化。分片有幾種不同的方法，而且許多方法仍在研究、開發或測試中，以滿足涉眾對各種挑戰的需求。每一種分片方法都有其優缺點，這使得行業標準更難被接受。
分片的未來
可伸縮性仍然是公共區塊鏈應用實現所面臨的一個重大挑戰，分片是解決這個問題的主要方法之一。但是分片必須謹慎處理，以確保它不會對區塊鏈程序產生負面影響或將資料置於危險之中。
事實可能會證明，區塊鏈分片將需要與其他技術(例如用於跨分片邊界通訊的新協議)一起實現，以提供必要的可伸縮性。在那之前，公共區塊鏈儲存可能仍將是今天的狀態——隨著資料的增加，效能會下降。
