區塊鏈:以太坊2.0的分片是如何工作的？

什么是分片？

分片(Sharding)指的是將整個以太坊網絡分成許多個小部分(Shards)。每個分片都包含獨立的狀態、完整的賬戶系統和智能合約。

分片絕對是最復雜的以太坊擴展解決方案，因此它也被放在了以太坊2.0路線圖中的最后一階段，給開發者充足的時間開發和在生產環境中測試。

在進入分片的技術細節之前，我們首先需要了解節點在以太坊網絡中扮演的角色。節點負責驗證鏈上交易并確保交易都遵守區塊鏈共識規則。要做到這一點，最好的方法就是讓每個節點都保留一份以太坊交易賬本的完整副本，用以驗證交易的真實性和完整性。但是以太坊的鏈上數據一直在快速增長，目前的數據大小已經超過1TB，對于普通人來說保存完整的數據副本是不切實際的。

以太坊上借貸協議存款量逼近500億美元:據歐科云鏈OKLink數據顯示，截至今日10時，以太坊上借貸協議存款總量為499.3億美元，年內增幅達366%。其中Compound、Aave V2以及Maker的存款量分別為179.8億美元、110.6億美元以及162.1億美元，存款量均超過百億美元。[2021/5/6 21:28:09]

以太坊的瓶頸

動態 | 以太坊總交易額為215.75萬ETH 較昨日下降20.41%:根據amberdata.io數據顯示，過去24小時內以太坊總交易額達到215.75萬ETH，較此前數據下降了20.41%；日活躍用戶量135555，用戶活躍下降了4.82%；新增合約8021個，較此前數據下降了0.41%；平均交易費用達15.79 GWEI，上升87.78%；通證代幣交易總額為344519，較此前數據相比上升了2.1%。[2019/2/21]

這就導致了一個大問題：如果以太坊全節點的運營成本過高，運營全節點的人數就會越來越少，網絡將更容易受到中心化的影響。

聲音 | 以太坊在線社區成員：?2019年將成為以太坊第2層擴容的一年:據bitcoinexchangeguide報道，分析師、以太坊在線社區成員Eric Coner發布推文稱，?2019年將成為以太坊第2層擴容的一年。他認為，以太坊區塊鏈網絡上的大多數活動都將關注第2層擴容解決方案。[2019/1/9]

同時，如果每筆交易都需要通過所有節點驗證，那以太坊也將難以實現可拓展性，分片將是這些問題的終極解法。

分片與狀態通道和plasma等拓展解決方案不同的是，分片不會將任何交易數據放到鏈下處理。分片只是將鏈上數據分成很多個部分，節點就不需要處理網絡上的所有交易，而只要處理某一個片區的交易。分片也引發了一個討論，分片后還能保障區塊鏈的安全嗎？

SEC正討論是否將以太坊歸為證券:據紐約時報報道，第二大加密貨幣以太坊也在SEC加密貨幣豁免情況的討論范圍內。根據該報道，風險投資工作組的提案認為，以太坊“已經變得非常分散，不應該被視為一種證券”，盡管它在美國法律下具有許多證券的標志。[2018/4/23]

分片的優勢

迄今為止，還沒有任何區塊鏈網絡可以同時實現以下三個特性：去中心化、可擴展性、安全，這被稱為區塊鏈不可能三角。所以，分片可以看做是在這個三難困境前提下，相對犧牲了一部分安全性的情況下，解決以太坊可拓展性的解決方案。

在每一個分片中，將會周期性地隨機挑選出一批公證人(Notaries)用于驗證區塊，相當于PoW鏈中礦工的角色。然后以太坊主鏈上將會有一個委員二次檢驗這些區塊的真實性(Validity)。每個分片的出塊方式和塊之間的排列方式與主鏈是完全一樣的。

每個分片都以默克爾樹的形式與以太坊主鏈相關聯，兩者之間的鏈接也是加密的。每個分片都可以充當獨立的區塊鏈。每個分片上的用戶都有自己的賬戶余額，與以太坊主鏈無關，只能用于與用一個分片上用戶間交易。

對于以太坊分片最簡單的理解方式就是，想象以太坊鏈被分裂成數千座島嶼，每個島嶼有自己的特色，也是主權獨立的。如果他們想聯系其他島嶼，將需要使用某種特定協議。每個分片獨立存儲了該分片上的交易信息，但是在需要時又可以隨時返回主鏈。

分片的挑戰

雖然分片在理論上聽起來很不錯，但也存在許多潛在的攻擊途徑。一種特定的攻擊是單分片接管攻擊(Single-shardtakeoverattack)。這種攻擊的方式是，攻擊者接管了某一分片中的大多數出塊者，創建了一個提交不實交易信息的惡意分片。

以太坊核心開發人員提出了隨機抽樣檢查的應對方法，這個解決方案目前還在積極開發中。

分片在權益證明鏈上比在工作量證明鏈上更容易實現。因為權益證明鏈上本來就已經有活躍的驗證者，這些驗證者可以被進一步隨機指派到不同的分片中去。而在工作量證明中則無法阻止礦工向特定分片貢獻算力。如果礦工可以選擇他們想要驗證的分片，他們就可以聯合起來共謀作惡。

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作者|district0x

翻譯&校對|林芒果

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