區塊鏈擴容方案——分片技術(sharding)

區塊鏈目前發展的一大瓶頸是可擴展性,即如何才能提升每秒的交易速度。比特幣網絡目前的交易速度是每秒8筆,而PayPal和Visa信用卡的交易速度分別是每秒180和 2000筆。去年6月ICO融資項目火爆,造成以太坊上的交易大規模堵塞,數以萬計的用戶交易失敗,或不得不支付平時十倍甚至百倍的交易費用(gas price);去年底的鏈上養貓遊戲風靡一時,但也嚴重遲滯了鏈上的交易速度。因此,以太坊選擇

分片技術(sharding)進行擴容,提升交易速度。

區塊鏈擴容方案——分片技術(sharding)

分片技術(sharding)

分片的概念

分片技術(Sharding)是以太坊網絡的一種增強本身性能的改進方案,你可以把它理解為比特幣中的“擴容”,目的很直接就是提升交易速度,只是兩者實現的途徑不太相同。

Vitalik Buterin認為當前主流區塊鏈網絡之所以慢,是因為每一個節點(礦工)要處理全網的每一筆交易,這種低效率的方式必然會造成低下的性能。分片技術的構想是,一筆交易不必發動全網都去處理,只要讓網絡中的一部分節點(礦工)處理就好了。於是,以太坊網絡被劃分成很多片,同一時間每一分片都可以處理不同的交易,這樣性能將直線提升。要理解分片的實用性和侷限性,最好對共識算法有一個總體的瞭解。PoW算法主要用於安全,一般來說,PoW與PoS相比攻擊成本更高。然而,PoW的一個重大缺陷是其技術設計通常使得區塊鏈在及時完成交易時非常低效。

區塊鏈擴容方案——分片技術(sharding)

分片技術-思維導圖

已知限制

至少在2018年,在100%PoW算法中使用分片似乎很困難(或基本上不可能)。但是一些項目已經表明PoS可以進行分片,特別是對於必須驗證大量事務的區塊鏈,由於每個節點只需傳送一部分數據以完成事務,因此分區提議大大提高可擴展性。

雖然分片技術的效率大大降低了交易完成時間,但是分片實際實施的最大障礙是其潛在的安全隱患。另一個要考慮的因素是,2018年市場上的許多頂級區塊鏈項目仍在使用PoW。對於任何項目而言,改變共識算法的過程可能相當困難,並且需要一些時間。創建分片區塊鏈的目標是以太坊項目正在向更多采用PoS算法過渡的主要原因之一。

當前實施

目前,有幾個關鍵項目正在研究分片技術,以太坊是最顯著的項目(就市場排名而言)。正如Vitalik Buterin 在2018年4月30日的推文中暗示的,“Sharding即將到來”。以太坊在2018年早些時候發佈了一個概念證明,Buterin指出項目團隊在開發該技術方面取得了很大進展。

目前問題

目前還不清楚分割多少會提高每秒可能的事務數量。V神和其他區塊鏈專家表示,儘管大量數據被拋出,但每秒100萬筆交易(tps)很可能發生。

分片技術理念非常簡單,但實現起來卻不容易。首先,在分片的環境中需要有機制來確定哪個節點實施了哪個分片,從而保證安全性和並行運算。其次,分片在權益證明的環境中更容易被實施,而現在的很多平臺依舊採用工作量證明。再者,如果有一筆交易發生在了兩個分片上,那就需要有額外的機制來保證不同分片上的節點可以在無須信任的情況下依舊達成共識。這有些類似跨鏈交易,到目前為止還沒有成熟落地的解決方案。

區塊鏈擴容方案——分片技術(sharding)

分片技術模型圖

考察市場排名,還有一些其他高排名項目正在尋求通過分片技術為更大的可擴展性創建基礎。例如,Zilliqa 在2018年4月的testnet版本中使用3600個節點演示了2400 tps,並計劃在2018年第三季度發佈其主要網絡。

其他可擴展性解決方案

分片並不是許多重大項目實現的唯一可擴展性技術。此外,實施分片並不意味著拒絕其他新興技術。例如,Lightning和Plasma等離線協議以及Loom Network提出的旁鏈協議也是提高吞吐量效率的重大舉措之一。

Sharding對於區塊鏈的技術進步以及加密貨幣的採用都是有希望的。目前,分片間通信和分片區塊鏈整體安全性等複雜問題似乎還難以解決。


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