区块链分片如何解决区块链可扩展性问题

区块链困境

区块链是一个分布式分类技术用于记录一个或多个参与者之间的事务。在传统配置中，分类帐分布在多个节点上，每个节点维护一个完整的副本。区块链按时间顺序将每笔交易记录到分类帐中，然后同步和验证交易，这些交易在所有节点上都是透明和可验证的。

随着交易数量的增加，分类帐的规模也在增长，导致更多的数据被处理并存储在每个节点上。部署额外的节点会使问题变得更糟，因为需要更多的时间进行验证。由于每个节点都必须处理每一个事务，随着延迟的增加、吞吐量的降低和存储成本的增加，用户将不可避免地面临性能和可靠性问题。

显然，我们需要更好的方法扩展公共区块链系统．区块链分片是最流行的方法之一。它提供了一种分散工作负载处理和数据存储的方法，这样就不会有任何节点被迫处理整个事务负载。相反，数据被划分到不同的桶中，每个节点分配到特定的分区。通过这种方式，节点只处理和存储与该节点所属的分区或分片相关的事务。

区块链分片策略

分片的概念起源于数据库系统，该系统将数据划分到多个服务器上进行改进事务处理．以类似的方式，区块链处理可以跨多个节点进行分区，以支持并行执行模型，提高性能，同时减少每个节点必须处理和存储的数据量。尽管必须修改用于验证事务性数据块的方法，但结果是更高的吞吐量和更低的延迟。

切分必须谨慎处理，以确保它不会对区块链进程产生负面影响或使数据处于风险中。

用于分片数据的确切方法因应用程序而异，对于最佳策略没有明确的共识。即便如此，潜在的概念是相同的。每个节点被分配到一个单独的分片，并负责验证该分片内的交易，而不是验证整个区块链网络上的每一笔交易。

同时，分片采用事务性冗余，保证数据的有效性和可靠性。数据被划分为多个分片后，每个分片分布在多个节点上。例如，如果区块链网络支持1000个节点，数据可能被划分为10个分片，每个分片分配给100个节点。这样，每个节点只处理和存储十分之一的数据，但数据仍然在100个节点上进行验证。

区块链分片的优势显而易见。事务可以并行处理，每秒可以处理更多事务——是传统区块链方法速率的10倍。同时，处理和存储成本也大大降低，因为每个节点只处理十分之一的数据。

分片的四个挑战

分片对于私有企业的区块链部署来说是一种有效的策略，但是在公共区块链网络上使用区块链分片并不容易。最大的挑战之一是片间通信。

当节点被分配给一个分片时，与该节点关联的用户和应用程序将分片视为一个独立的区块链系统，而不是更大系统的一个片段。碎片之间的通信可能很难建立，需要特别的开发工作来实现通信机制。即使使用这样的机制，分片间通信也会导致更大的开销，从而降低分片的一些优势。

分片也会破坏一些制衡机制传统的区块链的方法。使用分片，用户不再下载和验证整个事务历史，因此他们不能确定数据的可靠性和不可变性，这是由事务块的链顺序决定的。没有这些保护措施，黑客就更容易操纵或控制一个分片，这种情况被称为单分片接管，可能会导致数据丢失或泄露。

区块链分片的另一个挑战是共识和验证。不同的区块链方法依赖于不同的算法来跨节点达成共识。两个常见的算法是工作证明(PoW)和权益证明(PoS)。两者都确定如何在分布式网络中验证事务，但它们的方法不同。

虽然对这些算法的比较超出了本文的范围，但重要的是它们都可以影响分片的实现方式。一般来说，PoS被认为比PoW更适合分片，一些人认为PoW不适合分片，因为它验证事务的方式不同。不幸的是，许多区块链平台依赖于PoW提供服务。

算法上的差异指向了另一个挑战:如何实现分片缺乏标准化。有几种不同的分片方法，许多方法仍在研究、开发或测试中，因为涉众要解决各种挑战。每一种分片方法都有其优缺点，这使得行业标准更难确立。

分片的未来

可伸缩性仍然是公共区块链实现的一个重大挑战，而分片正成为解决这个问题的主要方法之一。但是必须谨慎对待分片，以确保它不会对区块链进程产生负面影响或使数据处于风险中。

区块链分片可能必须与其他技术一起实现——比如跨分片边界通信的新协议——以提供必要的可伸缩性。在那之前，公共区块链存储可能会保持今天的整体状态，但性能会随着容量的增大而降低。