分片技術研究?摘要： 對于區塊鍊來說，去中心化的本質是要達成安全因此，去中心化是其根本屬性，是不能被妥協的一個屬性 ，下面我們就來說一說關于分片技術研究?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!

分片技術研究

摘要： 對于區塊鍊來說，去中心化的本質是要達成安全。因此，去中心化是其根本屬性，是不能被妥協的一個屬性。

前言：如何在不犧牲安全的情況下實現擴展？目前來看，分片是一條少有的能夠兼顧安全和擴展性的道路。本文作者Romi Kumar以Elrond為例，框架性地分析了兼顧安全的分片擴展路徑。本文由“藍狐筆記”社群的“Cipher”翻譯。

當你将一個大型數據庫劃分為許多更小、更快且更易于管理的部分時, 它在外行術語中被稱為 "分片"。這隻是意味着你有一個大數據庫, 你分解成許多小型的數據庫, 可以在許多服務器上擴散。

關于區塊鍊驗證機制的實現問題，人們有些過度擔心了。通過分片, 驗證過程隻會得到加強。通過這一過程, 隻有相當小的一組節點(又名分片，而不是整個網絡節點) 将對每個交易進行驗證。

在區塊鍊的情況下, 場景并沒有那麼複雜。區塊鍊網絡在邏輯上被劃分為多個較小的節點或分片。當用戶創建交易時, 分片的驗證将由分片組中的節點執行。然而，有些比普通的分片更聰明更有潛力的東西, 它的名字叫自适應狀态分片。

使用自适應狀态分片技術，每個分片每秒能夠進行3750筆以上的交易，如Elrond。

為什麼叫自适應？

當吞吐量增加時, 新的分片會自行激活, 這都得益于其自适應特性, 在區塊鍊中實現線性的可伸縮性。

該網絡已開發近兩年。與此同時, 人們對區塊鍊的興趣也在增加, 因此投入的資源也在增加;因此, 在現有的基礎設施上, 特别是以太坊已經有了令人難以置信的發展。網絡基礎架構的第三個支柱是互操作性。

其區塊鍊服從以太虛拟機(EVM)。由于以太坊一直是許多獨立區塊鍊開發人員的基礎, 因此對于試圖尋求擴展性的已有項目來說，該網絡将是最具吸引力的解決方案。為了進一步簡化項目利用以太坊網絡的流程, Elrond 區塊鍊提供了與以太坊ERC-20 代币标準的反向兼容性。（藍狐筆記注：反向兼容是說向下兼容，向後兼容，新的可以兼容舊的。）

該網絡在真正去中心化的網絡中提供可擴展性、安全性和互操作性。該項目的測試網絡将很快上線, 開發者将有一個早期的構建機會, 可以說, 在迄今為止先進的區塊鍊的基礎上更上一層樓。

下面是對該區塊鍊的多層構成進行詳細的闡述。

加密層

任何區塊鍊的最底層基礎都是加密層。這本質上是區塊鍊的DNA, 因為這一層是交易和區塊驗證條件的設計層。

該網絡利用Schnorr 方案進行交易簽名和驗證;使用 Schnorr 簽名占用的數據空間更小。Schnorr 方案不僅簡單高效, 還采用了經過充分研究和久經實戰的算法。這種創建數字簽名的方法已經存在于各種加密貨币中,也有人建議将其集成到比特币網絡中。

由于區塊驗證需要來自多個驗證者的聚合簽名, 因此需要多重簽名方案。這樣，該網絡将使用Boneh-lynn-shacham (BLS) 多重簽名方案進行區塊簽名和驗證。

核心和執行層

在區塊鍊中, 區塊、交易和帳戶都以數據的形式存在;所有這些數據都集中在區塊鍊的核心中。網絡核心中的數據模型可以實現臨時或永久存儲。

交易和地址以數據的形式存在; 通過将數據模型與接入點分離, 核心先緩沖(Buffer)交易, 然後才能将它們打包進區塊。

這一層的執行方面是确保一旦數據輸入得到驗證, 區塊鍊就會寫入交易。執行層處理交易, 然後将它們打包進區塊;然後在所有節點上維護執行的交易和區塊, 以确保一緻性。因此, 執行層還在所有分片上并行維持節點同步;分片之間的同步是在元鍊(Metachain)上完成的。

通信層

該網絡是去中心化的協議, 因此節點之間的有效通信至關重要。通信層的目的是用于消息傳遞和廣播, 也是用于通信的通道。

出于安全目的, 網絡從各種分片中随機重組節點。此外, 所有節點都必須在交易吞吐量上保持同步。網絡必須能夠在分片的節點内和網絡中的所有分片内中繼通信, 通信層可以實現這一點。使用分片内和跨分片通信通道還可确保網絡正确處理複合交易。

簡單地說, 當核心層和執行層處理數據和傳輸時, 在其處理完成後，通信層提供數據移動通道。

通信層确保節點連接, 中繼網絡内數據的來回傳輸, 為信息請求的提供通道, 并處理在單個分片節點和跨網絡中所有分片的區塊、交易和收據的廣播。通信基于來自IPFS中經高度優化的libp2p。網絡分片可确保通信僅限于其在需要的地方使用。具體來說, 分片内通信僅發生在感興趣的節點之間。這就實現鍊之間的互操作性, 而不會導緻數據流瓶頸。

共識層

區塊鍊能夠通過維持共識, 作為安全和去中心化的網絡運作。這是任何具有魯棒性的區塊鍊的基本屬性。在核心層和執行層處理了網絡功能并将其中繼到分片後, 共識層充當一種這樣的機制, 它可以确保吞吐量僅驗證誠實數據。

網絡的安全權益證明(SPOS)共識算法基于實用拜占庭容錯(pBFT)。拜占庭錯誤是去中心化網絡上的錯誤或不誠實的數據。顧名思義, pBFT 的存在是為了确保共識層能夠承受上述的錯誤。pBFT 共識假定網絡中不超過1/3的節點是惡意的。因此, 在 Elrond 網絡中, 隻有當2/3 1個驗證者節點聚合簽名時, 區塊才能被驗證。

在SPOS 機制中, 每個分片都由驗證者組成, 驗證者的資格是通過權益确定的, 該權益在智能合約中持有, 并有評級。較低的評級會降低驗證者被選中的概率。對于每個區塊, 通過輪盤賭選擇(roulette-wheel selection)随機選擇一組新的驗證者。随機選擇的去中心化性質确保了攻擊向量永遠無法預測驗證者是誰, 因此他們無法知道占據哪些節點來發動攻擊。

基于pBFT 的領導者-跟随者模型(leader-follower model), SPOS将驗證者組中的第一個節點指定為區塊提出者。因此, 提出者和驗證者都是随機選擇的, 從而使共識層能夠為網絡提供最佳的安全性。

SPOS 的優點是, 與pow不同, 它是環保的。由于節點是根據權益和評級選擇的, 因此不用擔心網絡算力會集中到兩個或三個礦場中。相反, 任何人都可以成為一個節點, 由于這個網絡隻需最少的資源來讓活躍節點參與, 區塊鍊仍然是真正去中心化的。

自适應狀态分片

自适應狀态分片包括網絡/通信、交易/計算和狀态/存儲的分片。要想對自适應狀态分片所包含的内容有深入了解, 了解每種分片形式的目的是很重要的。

交易/計算分片:交易分片這種機制被許多項目所追求。它解決了PoW 的不足——每個節點都必須批準每個交易。在交易分片中, 節點被拆分為不同的組(分片)并行處理交易。

網絡/通信分片:數據(消息) 是跨分片分區的。

狀态/存儲分片:區塊鍊必須存儲它們處理的交易的整個曆史記錄。狀态/存儲分片不是讓每個節點存儲所有數據的副本, 而是将存儲負擔分配到不同的節點組 (分片) 之中。

Elrond 網絡集成了所有三種形式的分片, 這使得網絡擴展可以跟驗證者和分片的數量成正比（藍狐筆記注：它的意思說，随着分片和驗證者的增加，其網絡也會得到線性的擴展。）。

元鍊(Metachain)協調分片, 并确保在更多節點加入網絡時激活新的分片。分片可以被無縫添加, 因為錢包通過分層二叉樹模型在分片之間進行劃分。添加分片會将父分片的一半地址空間傳遞給兄弟分片。同時, 删除後續分片會将地址空間從兄弟分片合并回父分片。

跨分片交易

Elrond 網絡允許将交易從一個分片發送到另一個分片。由于網絡使用異步模型, 驗證和處理首先在發送方分片中進行, 然後在接收方分片中進行。當交易被調度時, 元鍊通過創建和提出新的元區塊(元鍊上創建的區塊), 并公證從發送分片中來的區塊确保它的安全。

元區塊包含有關每個分片區快的以下信息: 發送方分片 ID、接收方分片 ID 和分片區塊哈希。（藍狐筆記注：是不是跟以太坊和Harmony的信标鍊有似曾相識的感覺？）

在跨分片交易中, 接收分片從元區塊中獲取交易的相關分片區塊的哈希(在分片中創建的區塊, 而不是元鍊中創建的區塊哈希）, 請求發送分片中的分片區塊, 分析交易列表, 請求缺少交易 (如果有), 然後最終在本地分片中執行相同的分片區塊, 并将此分片區塊發送到元鍊中成為元區塊。一旦這一點被元鍊公證, 交易就最終完成。

結語

Elrond 網絡是高度專注的研究和開發的成果, 也是各種新型區塊鍊基礎設施解決方案實施的結果。每一層都發揮着至關重要的作用——從處理網絡吞吐量到通信或驗證網絡交易。該網絡能夠通過其本地使用自适應狀态分片來增加新的分片, 從而擴大某些層的容量。安全權益證明 (SPOS) 共識确保：在（1）區塊鍊具有去中心化的性質, （2）實施區塊驗證資格的權益和評級系統, （3）以及區塊提出者和驗證者的可證明地随機選取，三種方法結合的情況下, 網絡仍然是安全的。

Elrond 網絡堅持可擴展性、去中心化和互操作性的原則。由于每個分片能夠每秒處理3750 筆交易, 并确保即使是一台簡單的筆記本電腦也能運行一個節點, 因此網絡符合可擴展性和去中心化的原則。此外，其虛拟機與EVM 的兼容性提供了互操作性, 确保在需要更高吞吐量的行業和應用場景中，可輕松将其網絡轉移到Elrond。

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風險警示：藍狐筆記所有文章都不構成投資推薦，投資有風險，投資應該考慮個人風險承受能力，建議對項目進行深入考察，慎重做好自己的投資決策。

（作者：藍狐筆記，内容來自鍊得得内容開放平台“得得号”；本文僅代表作者觀點，不代表鍊得得官方立場）

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