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目前區(qū)塊鏈的擴容方案主要分為三個不同的Layer。分片和DAG (有向無環(huán)圖)同屬對區(qū)塊鏈本身架構(gòu)進行改變的Layer 1。分片目前被關(guān)注的熱度很高，主打分片技術(shù)的公鏈被投資機構(gòu)熱捧, 分片也和Layer 2的側(cè)鏈、子鏈、狀態(tài)通道等方向一起被列入以太坊官方的擴容方案。

1.2分片的原理

分片其實是一種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，它將大型數(shù)據(jù)庫分成更小、更快、更容易管理的部分，這些部分叫做數(shù)據(jù)碎片。在公鏈中，它是通過使用多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來獲得平行處理轉(zhuǎn)賬的功能，從而分散那些轉(zhuǎn)賬驗證的工作量。這樣會自動地把網(wǎng)絡(luò)分成很多更小的部分，或者說進行“分片”處理，從而每一個小網(wǎng)絡(luò)只需要運行一個更小范圍的共識協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)上的交易將被分成不同的碎片，其由網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點組成。因此，每個節(jié)點只需處理一小部分傳入的交易，并且通過與網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點并行處理就能完成大量的驗證工作。將網(wǎng)絡(luò)分割為碎片會使得更多的交易同時被處理和驗證。所以，分片技術(shù)使用的是平行處理的方式，有越多的節(jié)點加入，網(wǎng)絡(luò)中批準的速度也會加快。簡單來說，分片的就是將一個大任務(wù)拆分為多個可以并行處理的小任務(wù)，從而提升性能。

圖中，我們把以太坊的網(wǎng)絡(luò)分為兩部分，左邊一部分L1為現(xiàn)有的以太坊主鏈，右邊一部分L2為各個分片，他們各自是一個獨立的賬戶空間。每個分片有專門的節(jié)點來維護，就相當于一個個獨立的區(qū)塊鏈，每個分片將自己的記錄匯總發(fā)給主鏈。主鏈收集各個分片的摘要，然后生成主鏈區(qū)塊（N 1）。但是主鏈收集的是摘要而不是具體的交易細節(jié)。

分片方案帶來的主要好處是，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行的冗余計算量大大減少，每個節(jié)點只需對自己分片內(nèi)的交易進行驗證，不需要驗證分片外的交易。如此可節(jié)約大量的時間與網(wǎng)絡(luò)資源，進而完成更多的交易的處理。

02 .區(qū)塊鏈與分片技術(shù)

2.1分片技術(shù)的層級

1．網(wǎng)絡(luò)分片

利用隨機性，網(wǎng)絡(luò)可以用VRF方法隨機抽取節(jié)點形成分片，用以防止惡意節(jié)點占據(jù)某個分片。分片內(nèi)節(jié)點之間的共識可以通過pBFT等共識機制來實現(xiàn)。

2．交易分片

1）賬本分片：在一個基于UTXO的系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)可以根據(jù)發(fā)送者的地址分配一個分片。這確保了兩筆雙花交易將在相同的分片中得到驗證，因此系統(tǒng)可以很容易地檢測到雙花交易，而不需要進行任何跨片的通信。

2）跨賬本分片：在一個非UTXO的系統(tǒng)里，為了防止雙花問題，在驗證過程中，分片間將不得不進行相互通信。事實上，由于雙花交易可能會在任何分片中出現(xiàn)，因此特定分片所接收到的交易將不得不與其它的所有分片進行通信。這種相互之間的高昂通信成本可能會破壞交易分片的最初目的。

3．狀態(tài)分片

這一技術(shù)的關(guān)鍵是將整個存儲區(qū)分開，讓不同的碎片存儲不同的部分；每個節(jié)點只負責托管自己的分片數(shù)據(jù)，而不是存儲完整的區(qū)塊鏈狀態(tài)。狀態(tài)分片一經(jīng)提出，就伴隨著挑戰(zhàn)。

在一個狀態(tài)分片的區(qū)塊鏈中，一個特定的分片只會保留一部分狀態(tài)。假設(shè)其中一個賬戶創(chuàng)建了一筆交易，它將支付另一個賬戶一筆錢。這筆交易將由第一個分片進行處理，一旦該筆交易被驗證，關(guān)于第一個賬戶的新余額的信息就必須與它所在的分片進行共享。如果兩個帳戶由不同的分片進行處理，那么這可能需要進行頻繁的跨片通信和狀態(tài)交換。確保跨片通信不會超過狀態(tài)分片的性能收益仍然是一個值得公開的研究問題。

狀態(tài)分片的第二個挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)的可用性。比如由于某種原因，一些特定的分片遭到了攻擊而導致其脫機。由于分片并沒有復制系統(tǒng)的全部狀態(tài)，所以網(wǎng)絡(luò)不能再驗證那些依賴于脫機分片的交易。因此，在這樣的情況下區(qū)塊鏈基本上是無法使用的。解決此問題的方法是維護存檔或進行節(jié)點備份，這樣就能幫助系統(tǒng)進行故障修復以及恢復那些不可用的數(shù)據(jù)。但是，這樣就使得節(jié)點將不得不存儲系統(tǒng)的整個狀態(tài)，因此這還可能會引發(fā)一些中心化的風險。

任何分片機制需要確保分片在抵御攻擊和失敗時是具有彈性的；網(wǎng)絡(luò)必須接受新的節(jié)點并以隨機的方式將這些分配給不同的分片。然而，在狀態(tài)分片的情況下，重新分配節(jié)點是非常棘手的。在一次重新調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的過程中，在同步完成前可能會出現(xiàn)導致使整個系統(tǒng)失效的問題。為了防止系統(tǒng)的中斷，我們必須對網(wǎng)絡(luò)進行逐步調(diào)整，以確保每個分片在所有節(jié)點被清空前仍有足夠多的舊節(jié)點。類似地，一旦一個新節(jié)點加入了一個分片中，系統(tǒng)就必須確保該節(jié)點有足夠的時間與分片狀態(tài)進行同步。

2.2 分片技術(shù)的進展

03 .分片項目分析

3.1分片項目一覽

3.2重點項目對比分析

 04 .分片項目的投資邏輯

4.1 技術(shù)上實現(xiàn)的可能性

4.2 與其它擴容技術(shù)的結(jié)合

分片可以與DAG、狀態(tài)通道等互補，各自發(fā)揮優(yōu)勢，實現(xiàn)系統(tǒng)整體擴容。

4.3服務(wù)質(zhì)量是否能達到商業(yè)級別

擴容性是否提高最終都需要經(jīng)過市場的檢驗。目前大部分分片項目和應(yīng)用離商業(yè)可用性還有很大距離，怎樣解決分片項目之間不同區(qū)塊之間的相互聯(lián)系，如何制定合理的智能合約。如果能在這些方面設(shè)計出比較好的解決方案，即能成為這個行業(yè)里具有強競爭力的項目。

4.4 項目的創(chuàng)新性和嚴謹性

嚴謹性指的就是要有已發(fā)表的學術(shù)論文驗證，在理論上能通過。如果沒有嚴謹?shù)恼撐膩碜C明，系統(tǒng)最起碼要有一千個節(jié)點以上的測試網(wǎng)絡(luò)，代碼也是公開的，這樣才會比較有說服力。

05 .分片技術(shù)的未來展望

5.2發(fā)展阻礙

由于分片技術(shù)的優(yōu)勢，越來越多的從業(yè)者開始關(guān)注和支持分片技術(shù)。這一方面推動了分片技術(shù)的優(yōu)化同時也帶來了一定的問題。

一方面，分片技術(shù)著眼于解決性能問題，而部分參與者卻過于執(zhí)著TPS的競爭，卻忽視了其安全性的保證。

另一方面由于分片技術(shù)的大火，致使很多人盲目的參與到分片技術(shù)的創(chuàng)業(yè)之中，但是很多人沒有搞清楚分片的治與分的平衡關(guān)系，很簡單的認為分片的邏輯就是分，這種不嚴謹不僅會阻礙技術(shù)的發(fā)展，同時也會傷害到市場對技術(shù)的信心，甚至會產(chǎn)生更加嚴重的后果。

分片技術(shù)還處于初級階段，而市場的浮躁也為技術(shù)的發(fā)展和落地帶來了一定阻礙，技術(shù)完善與市場教育依然任重而道遠。