分片技術(shù)是如何解決區(qū)塊鏈性能問題的

你或許也知道，限制目前區(qū)塊鏈技術(shù)大規(guī)模落地應(yīng)用的一個很重要因素就是性能，這也是為什么很多傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者不太看好區(qū)塊鏈技術(shù)的一個原因。

那么，如何解決區(qū)塊鏈的性能問題呢？其中的一個解決方案就是——分片技術(shù)（Sharding）。

1、什么是分片？

分片是數(shù)據(jù)庫分區(qū)的一種形式，也稱為水平分區(qū)，即將一個大的數(shù)據(jù)庫切分成很多小的、可處理的部分，從而提高性能，縮短響應(yīng)時間。

分片并不是一個新的概念，早在 90 年代后期就出現(xiàn)在了傳統(tǒng)的中心化數(shù)據(jù)庫管理中。這個概念的流行，要歸功于一個多玩家同時在線玩的角色扮演游戲 Ultima Online。在這個游戲中，開發(fā)者將玩家分配到不同的服務(wù)器來緩解流量壓力（這意味著有很多個平行的“游戲世界”）。

商業(yè)上，一個普遍的分片案例就是將用戶信息的數(shù)據(jù)庫按照地理位置劃分，同一個區(qū)域的用戶信息放在一起，存到單獨的服務(wù)器中。

2、什么是區(qū)塊鏈領(lǐng)域里的分片？

區(qū)塊鏈就相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)庫，每一個節(jié)點都相當(dāng)于一個獨立的服務(wù)器。正常情況下，這些節(jié)點每次只有一個節(jié)點能獲得記賬出塊的權(quán)利，剩下沒獲得出塊權(quán)的節(jié)點相當(dāng)于做了“無用功”，白白浪費了算力。

如果將分片技術(shù)運用到區(qū)塊鏈中，就相當(dāng)于將區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)里的所有待處理任務(wù)（比如確認(rèn)交易、運行 DApp 等）進(jìn)行分解，全網(wǎng)的節(jié)點也進(jìn)行分組，每一組同時處理一個分解后的任務(wù)（比如 150 筆待確認(rèn)交易），這樣就從原先單一節(jié)點處理全網(wǎng)的所有任務(wù)變成了多組節(jié)點同時并行處理。

舉個例子，假設(shè)目前以太坊上有 8，000 個節(jié)點（礦工），全網(wǎng)待確認(rèn)的交易是 15，000 筆。以太坊每秒能處理 7-15 筆交易，正常情況下至少需要 1000 秒才能處理完這些待確認(rèn)的交易，當(dāng)然處理的過程中又會有新的待確認(rèn)交易產(chǎn)生。

如果采用分片技術(shù)，將 8，000 個節(jié)點分成 100 組，每組 80 個節(jié)點，這 15，000 筆待確認(rèn)交易分成 100 個分區(qū)，每個分區(qū) 150 筆，那么，每組節(jié)點（80 個）可以并行處理各自分區(qū)里的待確認(rèn)交易（150 筆），這樣最快 10 秒鐘就可以全部處理完那 15，000 筆待確認(rèn)交易。

從這個例子中，我們可以看到，分片技術(shù)可以大幅提高區(qū)塊鏈的性能。

那么，分片技術(shù)有沒有缺陷呢？答案是肯定的。

3、分片技術(shù)潛在的風(fēng)險

分片技術(shù)雖然能在一定程度上解決區(qū)塊鏈的性能問題，讓區(qū)塊鏈更具有可擴(kuò)展性，但也存在兩個缺陷。

一個是分區(qū)后，不同區(qū)的通信問題。上面的例子，將以太坊網(wǎng)絡(luò)分成 100 個分區(qū)，每個分區(qū)都是獨立的，相當(dāng)于有 100 條獨立的、平行的以太坊區(qū)塊鏈，每條都由一組礦工（80 個節(jié)點）維護(hù)和確認(rèn)交易。這 100 條獨立的以太坊區(qū)塊鏈并不能相互通信，如果要通信，勢必要增加跨分區(qū)的通信機(jī)制（類似垮鏈），這會增加區(qū)塊鏈的復(fù)雜性，開發(fā)難度也會提高。

第二個是區(qū)塊鏈的安全性。還是上面的例子，在未分片之前，以太坊網(wǎng)絡(luò)是 8，000 個節(jié)點組成的算力，分成 100 個分區(qū)后，每個分區(qū)相當(dāng)于一條獨立的以太坊區(qū)塊鏈，算力下降到 80 個節(jié)點組成的算力。此時，對其中一個分區(qū)進(jìn)行 51% 算力攻擊就容易很多?？刂屏艘粋€分區(qū)，攻擊者就可以在這個分區(qū)內(nèi)做惡，篡改交易。

以太坊基金會計劃將分片技術(shù)作為以太坊 2.0 的升級內(nèi)容之一。以太坊如何解決分片技術(shù)的上述 2 個缺陷，我們拭目以待。