以太坊:圖文詳解以太坊的節點和分片（三）

上一講中，我們簡單提到了什么是分片。今天的文章我們會詳細介紹以太坊的分片技術。

什么是分片？

分片是數據庫系統中抽離而來的一個詞。我們先來介紹下數據庫中分片的概念。假設你的網站上有大量的數據庫存儲，這不僅會導致數據搜索速度減慢，還會影響可擴展性。這種情況下我們可以做些什么呢？

能不能把數據橫向切分成小的數據表格，并把他們存儲在不同的數據庫服務器中？

你或許會問為什么要進行橫向切分而不是垂直切分呢？這是由于數據表格本身的設計導致的。

我們現在進行垂直切分。

注意到了嗎？垂直切分后會把整個數據庫表切割成兩個完全不相干的數據表格。

但是橫向切分的話，還是同一個由A,B,AB,A-B構成的數據庫，只不過每個數據庫中的數據存量減少了。這些小的數據庫就是大的數據庫的分片。每一個分片的表格結構都相同。

數據：以太坊信標鏈質押者總量突破70萬:金色財經報道，據以太坊官方網站數據顯示，以太坊信標鏈質押者總量已突破70萬，本文撰寫時達到700,064個，信標鏈ETH總質押量達到22,263,198枚，按照現價計算約合418.5億美元，當前APR為 4.27%。[2023/7/31 16:09:41]

區塊鏈中的分片

上一講中，我們提到過以太坊共識的問題在于所有的節點都必須對同一筆交易進行計算和確認。整個計算過程又慢又繁瑣。分片技術可以如何改善這個問題呢？

現在我們來設想一下：整個以太坊區塊鏈就是一個“萬國領土”，可以分割給所有人。這個萬國領土的默克爾樹根會切分成大大小小不同的分片根，每一個分片根都擁有自己的國度。讓我們以默克爾樹的形式把這些國度表現出來：

這就是整個萬國領土切分成多個小國的簡單結構圖。現在讓我們來看一下內部機制。

EigenLayer將增加LST上限，第三季度將上線Operator測試網:7月1日消息，以太坊再質押協議EigenLayer宣布將增加流動性質押代幣（LST）的上限，不過相關協議參數更改還須獲得多重簽名治理系統的批準。EigenLayer操作多重簽名通過時間鎖執行例行升級和維護，對所有安全關鍵操作強制執行至少10天的延遲，這也意味著，7月10日之后Operations多簽可以取消上限。EigenLayer預計將在7月10日當周提高LST上限。屆時，LST上限（包括rETH、stETH和cbETH）將增加到15,000個代幣（每類LST），沒有個人存款限制。一旦所有LST存款的總和達到3萬枚代幣，將啟動暫停LST再質押。

EigenLayer表示，隨著LST上限的增加，將探索EigenLayer路線圖的下一步。重點仍然是增強再質押體驗，同時確保安全性和去中心化。具體計劃是，第三季度上線Operator測試網，第四季度上線主動驗證服務（AVS）測試網，預計2024年第一季度上線AVS主網。[2023/7/1 22:12:06]

分片啟動后會發生什么呢？

美股三大股指集體高開，道指漲約130點:金色財經報道，美股三大股指集體高開，道瓊斯指數3月3日（周五）開盤上漲112.32點，漲幅0.34%，報33115.89點；標普500指數3月3日（周五）開盤上漲15.79點，漲幅0.40%，報3997.14點；納斯達克綜合指數3月3日（周五）開盤上漲54.42點，漲幅0.47%，報11517.41點。[2023/3/4 12:41:32]

*萬國領土被分割成多個分片*每一個獨特的賬戶都代表著一個分片*只有同一個分片里的賬戶能相互轉賬。

在以太坊的開發者大會中，Vitalik是這樣解釋分片的：

假設以太坊被分割成成千上萬個小的島嶼。每個島嶼都是自治的。每個島嶼都有自己的特色，島嶼上的每個人都可以跟其他島民互動，并且隨意享用這個島嶼的特色。如果你想跟其他島嶼互動，就必須使用某種特定的協議。

MEXC為戰略合作伙伴推出2000萬美元生態系統基金:金色財經報道，數字資產交易平臺 MEXC 已建立戰略合作伙伴關系，以支持推出受比特幣網絡保護的匯總解決方案。Rollux OPv1 是 Syscoin 在由比特幣的 PoW 網絡保護的一系列計劃匯總實施中的第一個。MEXC 已撥款 2000 萬美元用于啟動項目，以利用最近在公共測試網上發布的新 Syscoin 第二層。

Syscoin 是一個模塊化區塊鏈，它通過激勵比特幣礦工，繼承了如今比特幣大約 30% 的哈希率。（businesswire）[2022/10/1 18:36:38]

那么問題來了，這種分片技術對區塊鏈有什么影響呢？我們先來看一下比特幣和以太坊中一個正常的區塊長什么樣子？

一個區塊中由區塊頭和包含所有交易的區塊主體構成。所有交易的默克爾根都存在在區塊頭中。

韓國資本市場研究院：有必要制定披露、禁止不公平交易等數字資產相關法案:9月22日消息，韓國資本市場研究院高級委員金甲來表示，有必要建立數字資產市場的交易秩序，有必要制定披露、禁止不公平交易等多種規則法案，與資本市場類似的監管框架必須立法化。此外他還強調了數字資產協會的必要性，表示應該組織由數字資產企業組成的協會，利用業界的專業性，提高參與意識，這樣可以處理遵守營業法規、與使用者的糾紛、委托業務等。（韓國經濟日報）[2022/9/22 7:14:00]

現在讓我們來自問一下：比特幣真的需要區塊嗎？真的需要區塊鏈嗎？中本聰本可以把上一筆交易的哈希記錄在一筆新的交易之中，用這種簡單的方式就可以構成一條交易鏈。

把交易都記錄在區塊中的目的是為了創造一層交互，讓整個過程更加可擴展。以太坊想做的是實現兩層交互。

第一層

第一層是交易組。每一個分片都有自己的交易群。交易群包括交易群頭和交易群主體。

交易群頭包括左右兩個部分。左側包含的信息如下：

*分片ID：交易組所屬的分片ID*前狀態根：這是交易執行前分片43的根狀態。*后狀態根：交易執行后分片43的根狀態。

右側信息如下：

*右側是隨機選取的需要在分片內確認交易的確認者。*交易組主體*包含了分片中所有交易的ID。

第一層的特征

*每一筆交易對應著它所屬分片的ID。*某特定分片中的一筆交易表明這筆交易的發起和接收賬戶都在這個特定的分片中。*交易群組中的交易只存在于分片ID之中，具有特定的前后狀態根。

現在我們來看一下第二層交互

別跑！其實非常簡單。

這就是一般的區塊鏈結構，只不過現在包括兩個主要的根：

*狀態根(stateroot)*交易群根

狀態根代表了整個以太系統的根。我們之前提到過，這個系統被切分成大大小小的分片，對應著它們各自的分國度。

交易群根包含了某特定區塊里所有的交易群。

第二層的特征

第二層是一個簡單的區塊鏈，記錄交易群而不是交易本身。交易群合法的唯一條件是：

*前狀態根與整個系統的分片根相符。*交易群組中的所有簽名都已經得到了確認。

交易群進入區塊后，整個系統的根就變成了特定分片ID的后狀態根。

那么跨分片通信是怎么實現的呢？還記得之前的島嶼比喻嗎？

分片就相當于島嶼。它們如何互相聯系呢？記住，分片的目的是讓很多平行交易同時發生來提高性能。如果以太坊允許任意的跨分片交流，那么整個分片就毫無意義了。

因此以太坊協議要如何設計來允許跨分片通信呢？以太坊使用收據實現跨分片通信。

如你所見，每筆交易的收據只需通過這個交易群的多個默克爾根就可以輕松訪問。分片中的每一筆交易都會做兩件事情：

*改變所屬分片的狀態*產生收據

數據存儲在分布式共享內存中，其他分片可以看到，但是無法修改。通過數據跨分片交流如下：

實行分片技術的挑戰有哪些？

*我們需要一種機制來知道每個節點執行了哪個分片，這種機制還要能保證系統安全又高效。*根據以太坊研究員VladZamfir的說法，在實現分片之前需要以太坊需要先轉到POS算法。節點之間可以互不信任，但是也需要能夠達成共識。如果某筆交易分割成多個分片，并分配給節點A和節點B，節點A和B需要利用某種機制來證明自己完成了分片中各自對應的工作量。

總結

隨著以太坊的進一步崛起，大都會和寧靜階段的到來，分片對以太坊越來越重要。如果以太坊想要演化成新一代的互聯網，必須要解決可拓展性問題。采用分片后的以太坊會如何發展，讓我們拭目以待。

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