关于分片 | 以太坊：双向八车道，畅通无阻的高架桥，分片，开得更快

关于扩展的讨论是加密社区的前沿和中心。 以太坊猫游戏大事件的发生，整个以太坊网络被封了好几天，让我们知道，最大的公链在目前的状态下是无法扩容的。

那么社区决定采取什么方法呢？ 有两种解决方法。 第一个是通过链下（也称为第二层扩展）提高可扩展性，允许其中一些交易在链下处理，并且只在必要时与区块链交互。 另一种方法是通过彻底改造协议设计来解决区块链面临的并行性这一根本问题。 不幸的是，我们中的许多协议开发人员经常看到这些问题，并对他们面临的问题感到头疼。

虽然我们仍处于以太坊的早期阶段，但社区中有很多具有技术头脑的人，而且如此多的创新正在以令人难以置信的速度发生。 人们很容易认为有更聪明的开发人员可能更有资格解决扩展等大问题，但这种感觉阻碍了我们。 事实上，社区愿意并准备帮助任何想参与其中的人，是的以太坊第二层以太坊第二层，包括你！ 本文将分析以太坊核心团队目前采用的分片方法，并揭示当前的局限性和改进途径。 到本文结束时，您将了解足够多的知识来自己探索这个问题，谁知道呢，也许您将成为构建第一个分片客户端的人！

什么是分片？

今天，运行以太坊网络的每个节点都必须处理通过网络传输的每一笔交易。 由于每个区块有很多验证，这使得区块链高度安全，但同时这意味着整个区块链只能与其单个节点一样快，而不是这些节点的总和。 目前，EVM 上的交易不是并行化的，每笔交易都是全局串行执行的。 解决可扩展性问题必须面对这样的想法，即区块链最多只能具有以下 3 个属性中的 2 个：

我们如何打破这种三难困境，将可扩展性纳入当前模型？ 我们不能通过增加块大小来增加吞吐量，或者在以太坊的情况下，通过增加气体使用限制来增加吞吐量吗？ 这在理论上是正确的做法，但我们增加的越多，区块生产就越集中在运行在超级计算机上的节点上，从而为进入系统创造了更高的门槛。

一种更明智的方法是区块链分片的概念，我们将网络的整个状态划分为一系列称为分片的分区，其中包含自己独立的状态切片和交易历史。 在这样的系统中，特定的节点只为特定的分片处理交易，使得在所有分片中处理的交易吞吐量比在单个分片（如当前的主链）中处理所有交易高很多。

在我们深入研究分片区块链的实际工作原理之前，让我们回顾一些重要的术语：

有了这些，让我们看看分片系统的结构。 首先，特定分片上称为整理器的节点的任务是创建整理，这是一种包含有关所涉及分片的重要信息的特定结构。

这些整理块就像是对特定分片的状态和交易的简短描述。 每个排序规则块都有一个排序规则头（Collat​​ion Header），它是一个包含以下信息的数据片：

然后，超级节点会将来自所有分片的证明块放入要添加到以太坊区块链中的块中。 他们的职责是处理所有证明块中的交易，并通过聚合其证明标头来维护所有分片的状态。

在这个新的区块链中，区块在满足以下条件时才有效：

如果跨分片进行交易怎么办？ 比如我从分片1的地址汇款到分片10的地址，怎么办？ 这个系统最重要的部分之一是跨分片通信的能力，否则我们就没有什么创新了。 这是收据发挥作用的地方，以及它如何使上述场景起作用：

Raul（分片 1 上的地址）想要发送 100 个以太币给 Jim（分片 10 上的地址）

发送到分片 1 的交易从 Raul 的余额中扣除 100 ETH，系统等待交易完成

然后创建一个易于验证的交易收据，不是存储在状态中而是存储在 Merkle 树中

包含 merkle 收据作为数据的交易被发送到分片 10。分片 10 检查此收据是否尚未花费

分片 10 处理此交易并将 100 以太币添加到 Jim 的余额中。 从分片 1 发送的收据已被花费的事实也会被保存。

分片 10 生成新收据，可用于后续交易。

这听起来很酷，但是有什么陷阱吗？

一旦我们考虑到对网络的可能攻击，分片区块链的问题就会变得更加明显。 一个主要问题是单分片控制攻击的概念，其中攻击者控制单个分片上的大多数整理器，以创建可以提交无效整理块的恶意分片。 我们如何解决这个问题？