區(qū)塊鏈技術(shù)徹底改變了企業(yè)存儲數(shù)據(jù)和執(zhí)行分布式交易的方式。即使在公共網(wǎng)絡(luò)，區(qū)塊鏈也可以確保所有參與者都可訪問安全、可靠和可驗證的記錄。但區(qū)塊鏈面臨的重大限制是：可擴展性。隨著交易數(shù)量的增加，系統(tǒng)會變得更慢更昂貴，并且從長期來看，可持續(xù)發(fā)展性會降低。

對于可擴展性問題，解決方法之一是分片，在分片過程中，數(shù)據(jù)被分解為可管理塊，分布在不同節(jié)點上。目前區(qū)塊鏈分片已經(jīng)應(yīng)用于私有區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。而在公共網(wǎng)絡(luò)部署分片技術(shù)會帶來挑戰(zhàn)，因此，在公共系統(tǒng)可有效擴展前我們必須解決這些挑戰(zhàn)。

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區(qū)塊鏈困境

區(qū)塊鏈是一種分布式分類帳技術(shù)，用于記錄一個或多個參與者之間的交易。在傳統(tǒng)配置中，分類帳分布在多個節(jié)點，每個節(jié)點都保持完整的副本。區(qū)塊鏈按時間順序?qū)⒚總€交易記錄到分類帳中，然后同步和驗證交易，這些交易在所有節(jié)點上都是透明且可驗證的。

隨著交易數(shù)量的增加，分類帳的大小也會增加，從而導(dǎo)致在每個節(jié)點上處理和存儲更多數(shù)據(jù)。然而，部署額外的節(jié)點會使問題變得更糟，因為驗證將需要更多時間。由于每個節(jié)點必須處理每個交易，因此，隨著延遲增加、吞吐量降低和存儲成本上升，用戶將不可避免地面臨性能和可靠性問題。

顯然，這里需要更好的方法來擴展公共區(qū)塊鏈系統(tǒng)。對于可擴展性，區(qū)塊鏈分片是最流行的方法之一，它提供了方法來分散工作負載處理和數(shù)據(jù)存儲，因而不會迫使某個節(jié)點處理整個交易負載。數(shù)據(jù)被分區(qū)為單獨的桶，而每個節(jié)點分配到特定的分區(qū)。通過這種方式，節(jié)點僅需處理和存儲與該節(jié)點所屬的分區(qū)或分片相關(guān)的交易。

區(qū)塊鏈分片戰(zhàn)略

分片的概念源于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)–將數(shù)據(jù)分割到多臺服務(wù)器以改進交易處理。通過類似的方式，區(qū)塊鏈處理可以分配到多個節(jié)點，以實現(xiàn)并行執(zhí)行模型，該模型可以提高性能，同時減少每個節(jié)點必須處理和存儲的數(shù)據(jù)量。在這種方法中，必須調(diào)整驗證交易數(shù)據(jù)塊的方法，這樣做可以實現(xiàn)更高的吞吐量和更低的延遲性。

分片數(shù)據(jù)的確切方法因應(yīng)用程序而異，并沒有相同的最佳戰(zhàn)略。即便如此，基本概念是相同的。每個節(jié)點都分配到單獨的分片，負責驗證該分片中的交易，而不是驗證整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的每個交易。

同時，分片結(jié)合交易冗余以確保數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。在將數(shù)據(jù)分割到多個分片后，每個分片將分布到多個節(jié)點。例如，如果區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)支持1,000個節(jié)點，則數(shù)據(jù)可能被劃分到10個分片，每個分片分配到100個節(jié)點。通過這種方式，每個節(jié)點僅處理和存儲十分之一的數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)仍然可以跨100個節(jié)點得以驗證。

區(qū)塊鏈分片的優(yōu)勢很快就會顯現(xiàn)出來。交易可以并行處理，并且，每秒可以處理更多交易，這是是傳統(tǒng)區(qū)塊鏈方法的10倍。并且，處理和存儲成本要低得多，因為每個節(jié)點只處理十分之一的數(shù)據(jù)。

分片面臨的4個挑戰(zhàn)

在私有企業(yè)區(qū)塊鏈部署中，分片可能是有效策略，但在公共區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)使用區(qū)塊鏈分片并不容易。最大的挑戰(zhàn)之一是分片間的通信。

當節(jié)點分配給分片時，與該節(jié)點相關(guān)的用戶和應(yīng)用程序會將分片視為獨立的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，而不是大型系統(tǒng)的一部分。分片之間的通信可能難以建立，并且需要特定的開發(fā)工作來部署通信機制。即使有這種機制，分片間通信也會導(dǎo)致更大的開銷，這會讓分片的優(yōu)勢大打折扣。

分片也可能破壞更傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈接帶來的制衡。通過分片，用戶不再下載和驗證整個交易歷史記錄，因此他們無法確定數(shù)據(jù)的可靠性和不變性–這通常是根據(jù)交易塊的鏈式序列來確定。如果沒有這些安全機制，黑客就可更容易操縱或控制分片，這種情況被稱為單一分片攻擊，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或受損。

區(qū)塊鏈分片的另一個挑戰(zhàn)是共識和驗證。不同的區(qū)塊鏈方法依賴于不同的算法來跨節(jié)點達成共識。兩種常見的算法是工作量證明(PoW)和權(quán)益證明(PoS)。這兩者都可確定如何在分布式網(wǎng)絡(luò)中驗證交易，但它們是以不同方式完成驗證。

雖然這些算法的對比不在本文討論范圍，但重點是它們都會影響分片的部署方式。一般來說，PoS被認為比PoW更適合分片，有些人認為PoW不合適是因為它驗證交易的方式。然而，很多區(qū)塊鏈平臺依靠PoW來提供服務(wù)。

這些算法的差異也帶來另一個挑戰(zhàn)：對于如何部署分片，缺乏標準化。我們通過不同的方法來進行分片，并且，很多方法仍然在研究、開發(fā)或測試中。每種分片方法都有其優(yōu)點和缺點，這使得難以確定行業(yè)標準。

分片的未來

對于公共區(qū)塊鏈部署，可擴展性仍然是重大挑戰(zhàn)，而分片正在成為解決此問題的主要方法之一。但我們必須謹慎應(yīng)用分片技術(shù)，以確保它不會對區(qū)塊鏈過程產(chǎn)生負面影響或使數(shù)據(jù)置于風險之中。

事實證明，區(qū)塊鏈分片必須與其他技術(shù)結(jié)合使用以提供必要的可擴展性，例如支持分片通信的新協(xié)議。在此之前，公共區(qū)塊鏈存儲可能仍然保持目前的整體性，直到隨著它變得越來越大，性能逐漸下降。