在區(qū)塊鏈行業(yè)，我們經(jīng)常能聽到“區(qū)塊擁堵”“交易速度太慢”等詞匯，事實確實如此，近年來爆發(fā)式增長的用戶需求已經(jīng)給底層公鏈帶來了越來越多的挑戰(zhàn)，比特幣社區(qū)曾為了這一問題的解決方案發(fā)生過長達數(shù)年的爭執(zhí)，甚至導(dǎo)致社區(qū)分裂；而以太坊也一度因為一個掛在公鏈上的小小游戲“加密貓”而長時間擁堵不堪。

區(qū)塊鏈技術(shù)面臨著一個巨大的瓶頸，那就是——公鏈的可擴展性不夠。為此，開發(fā)者們絞盡腦汁地提出了各種各樣的方案來試圖有效提升區(qū)塊的吞吐量（TPS），我們稱這一過程為“擴容”。

“擴容”又分為“鏈上”和“鏈下”兩種，如果我們把區(qū)塊鏈比作一條公路，“鏈上擴容”就好比對公路本身進行重建，比如拓寬道路；“鏈下擴容”則選擇另外的途徑減輕公路負擔，比如建造輔路。而“分片技術(shù)”就是“鏈上擴容”的方案之一，它被認為是能夠有效解決區(qū)塊鏈吞吐量問題的解決方案。

所以，今天小K君就給大家講一下，到底什么是“分片技術(shù)”。

什么是分片技術(shù)？

首先，分片技術(shù)是基于傳統(tǒng)的“數(shù)據(jù)庫分片”這一概念而產(chǎn)生的一種擴容技術(shù)。傳統(tǒng)的“數(shù)據(jù)庫分片”是把數(shù)據(jù)庫分割成多個碎片，并經(jīng)這些碎片儲存在不同的服務(wù)器上，使系統(tǒng)能夠更快更有效地管理數(shù)據(jù)。它給公共區(qū)塊鏈帶來的啟發(fā)是，可以將網(wǎng)絡(luò)上的交易分成不同的碎片，由網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點組成。當有大量交易需要處理時，不同碎片上的節(jié)點能夠同時并行處理不一樣的交易，每個節(jié)點只需處理自己所接收到的一部分交易，就能在短時間內(nèi)完成大量的驗證工作。

為了更好地理解它，我們再次引入剛剛所講的“公路”的例子：我們把區(qū)塊鏈比作高速公路，把待驗證的交易比作汽車，把驗證交易的節(jié)點比作收費口。原本繁忙的高速公路上只有一個收費站，收費站里只有一個收費口，車輛排著長隊等待通過，結(jié)果就是越積越多，交通堵塞幾近癱瘓。而分片技術(shù)就好比把收費站重修，增加了十個收費口，極大提高了汽車通過的速度。以這樣的思路，分片技術(shù)能夠顯著提高區(qū)塊鏈的交易速度。

這一創(chuàng)造性的思路，首次被提出是在2015年。它是由一對來自新加坡國立大學(xué)的師生，在國際頂尖安全會議CCS上發(fā)表的一篇論文《A Secure Sharding Protocol For Open Blockchains》中發(fā)布的。而這一對師生，后來也將這一理論付諸了行動，發(fā)展出了第一個分片技術(shù)落地項目，名為“Zilliqa”。它的測試網(wǎng)絡(luò)中存在6個分片、3600個節(jié)點，其處理交易的速度能夠達到每秒2800個，是目前公鏈中的NO.1。分片技術(shù)也得到了以太坊創(chuàng)始人V神的認可，他甚至已經(jīng)打算在以太坊的區(qū)塊鏈上應(yīng)用分片技術(shù)來擴大吞吐量了。

將網(wǎng)絡(luò)分割為碎片可以允許更多的交易同時被處理和驗證，并且隨著網(wǎng)絡(luò)的增長，越來越多的節(jié)點加入，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)也被期待能夠處理越來越多的交易，這就實現(xiàn)了它“無限大”的可擴展性。

雖然我們大概講了分片技術(shù)的整體思路，但具體的實施，卻并不如想象中的那樣容易。下面，小K君再給大家講講分片技術(shù)的具體技術(shù)原理。

分片技術(shù)的具體原理

目前我們分片技術(shù)主要有三大類：網(wǎng)絡(luò)分片、交易分片、狀態(tài)分片。它們的基本原理都是“分流”，用多個分片同時處理不同的交易，再匯集到總鏈上。

網(wǎng)絡(luò)分片：

網(wǎng)絡(luò)分片較為簡單，但也非常重要，它是被提出的最早的分片策略。它通過隨機抽取特定數(shù)量的節(jié)點創(chuàng)建一個分片，當形成多個分片后，分片內(nèi)部的節(jié)點就會自行建立共識，對各自接收到的交易進行確認。

在此過程中需要注意安全性，分片會導(dǎo)致確認同一筆交易的節(jié)點數(shù)量減少，因此更加容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊和惡意節(jié)點的干擾。分片形成后，就可以實現(xiàn)同時處理不同的交易，提高區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的效率。最早的分片技術(shù)項目“Zilliqa”就運用了網(wǎng)絡(luò)分片。

交易分片：

網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)創(chuàng)建好了分片，這些分片會處理不同的交易，按照一定的依據(jù)（比如交易發(fā)起者的地址）將這些分片劃分成不同的交易分片。它解決了如何將一個交易分配到某個分片的問題，就好像把收費站的收費口劃分成“大型貨車收費口”和“家用小車收費口”一樣。

試想有人用一個地址向兩個人發(fā)起相同的交易，這兩筆交易被分配到同一個分片進行處理，之后分片就會識別出相同的交易發(fā)起地址，從而阻止雙重花費。如果這兩個交易被分到了不同的分片，分片中的節(jié)點也同樣能檢測出來，將這筆交易拒絕。目前這種技術(shù)已經(jīng)很成熟，能夠適應(yīng)多種共識機制。

狀態(tài)分片：

狀態(tài)分片是目前最復(fù)雜、最具挑戰(zhàn)性的一種分片技術(shù)提案。它又提出，不同的分片需要儲存不同的數(shù)據(jù)，真正做到將數(shù)據(jù)庫分開，數(shù)據(jù)都分散放在了不同的分片上。而每一個狀態(tài)分片中的節(jié)點都儲存著自己分片中的所有數(shù)據(jù)，而不是整個區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)。

例如我們有兩個分片，有兩個用戶信息，那么每個分片就保留著其中之一的用戶的交易信息，而不是把兩者的交易信息都保留。

它目前面對的問題有兩個，首先，不是每個節(jié)點都儲存全網(wǎng)的每一筆交易信息，那么如果一筆交易的發(fā)起人和接受者處在兩個不同的分片上，交易信息就必須在兩個碎片之間進行共享，兩個分片之間又進行信息和狀態(tài)互換，更加降低了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的效率。

第二，如果某個分片遭受攻擊，其中的交易就會遭到中斷，別的分片的節(jié)點無法代替工作，只能從遭受攻擊的分片內(nèi)部節(jié)點開始修復(fù)。也就是它的容錯性和抗風險能力就會降低，甚至還有過度中心化的風險。

總結(jié)

總來的說，目前分片技術(shù)還有不少挑戰(zhàn)在，但確實能夠?qū)湹目蓴U展性起到很大幫助。

首先，區(qū)塊鏈能夠使交易的處理速度迅速提升，如果我們將加密貨幣的未來與支付手段聯(lián)系在一起，以更低的費用搭配更高的處理能力，加密貨幣逐漸走向支付手段的路就能越走越寬。

其次，改善交易效率也會給區(qū)塊鏈帶來越來越多的用戶，更多基于區(qū)塊鏈而生的應(yīng)用程序可以大展身手。公鏈將變得越來越有吸引力，能夠吸引更多加入到公共網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點，從而形成一個良性循環(huán)。這些積極的趨勢所持續(xù)的時間越長，我們就會越能看到主流的加密技術(shù)和落地應(yīng)用的出現(xiàn)。

當然，分片技術(shù)依然存在著很多難題需要解決，尤其是狀態(tài)分片，雖然原理已經(jīng)被提出，但目前卻還未有最合適的解決途徑。

當然，分片的原理不僅僅在于如何分片，更在于如何對每個分片進行安全有效的治理，對于公鏈來說，可擴展性、安全性和去中心化缺一不可。相信不久的將來，我們就能得到一條“三角齊全”的理想公鏈。