區塊鏈技術的碎片是什麼？

碎片通過將網絡分為較小的段來提高區塊鏈的可擴展性，從而實現並行事務處理並減少節點工作負載。

2025/07/19 11:35

了解碎片的基礎知識

Sharding是一種用於提高可擴展性和交易處理速度的區塊鏈技術中使用的方法。它涉及將網絡分為較小，更易於管理的零件稱為碎片。每個碎片都包含其自己的數據，交易歷史記錄和智能合約，可以並行處理多個碎片的交易。這種方法與傳統區塊鏈形成鮮明對比，每個節點都必須處理每項交易，隨著網絡的增長而導致瓶頸。

碎片的概念是從數據庫管理系統藉用的，該系統用於在多個服務器上水平分區數據。在區塊鏈的背景下，碎片允許不同的節點處理網絡的不同子集，從而減少了單個節點的負擔並提高了整體效率。這對於旨在支持每秒數千筆交易的公共區塊鏈尤其重要。

碎片如何在區塊鏈中起作用

碎片通過將區塊鍊網絡拆分為多個獨立段來運行。每個碎片處理總交易的一部分，其節點僅負責驗證該碎片內的交易。這意味著，僅需要一個子集來驗證特定的事務集，而不是每個節點驗證每個事務。

為了確保跨碎片的安全性和一致性，引入了一種協調機制，通常是由信標鍊或類似結構管理的。該中央鏈有助於管理跨碎片的交叉溝通，驗證分配和共識。將驗證者隨機分配給不同的碎片，以防止惡意行為者針對特定的碎片。

碎片的關鍵方面之一是如何在碎片之間選擇和旋轉節點以維持權力下放和安全性。此過程通常涉及一種隨機化算法，該算法確保沒有單個實體可以在長時間內控制碎片。

區塊鏈系統中的碎片類型

有幾種方法可以根據其功能和實現來對碎片進行分類。州碎片負責存儲區塊鏈州的一部分，例如帳戶餘額和合同存儲。交易碎片專注於處理交易，而執行碎片處理智能合約執行。

一些系統實現網絡碎片，將通信層劃分以減少延遲和帶寬的用法。計算碎片是另一種類型，在其中，分配了特定的碎片來執行複雜的計算，例如加密證明或數據索引。

每種類型的碎片在復雜性，安全性和性能方面都有其權衡。例如，狀態碎片可以導致更快的交易驗證，但如果未正確實施，則可能會使交叉交易變得複雜。

碎片實施方面的挑戰和風險

儘管具有潛在的好處，但Sharding還是引入了一些挑戰，尤其是在保持網絡安全方面。由於每個碎片都可以半獨立地運行，因此惡意演員可能會瞄準一個較少節點的單個碎片。通過隨機驗證分配和跨碎片驗證等技術來減輕這種風險。

跨分斷是另一個重大挑戰。當交易涉及多個碎片時，需要協調以確保一致性並防止雙重支出。這通常涉及兩階提案協議或基於收據的機制，其中一個碎片會產生證據證明另一個碎片可以驗證。

在碎片系統中，數據可用性和最終性也變得更加複雜。確保所有節點都可以訪問必要的數據以進行驗證，而無需下載整個區塊鏈需要創新的解決方案，例如擦除編碼和證明欺詐。

在區塊鏈項目中碎片的現實世界應用

幾個區塊鏈平台已經實施或正在探索碎片以提高可擴展性。以太坊2.0是最突出的例子之一，計劃使用信標鏈來協調多個碎片鏈。這些碎片將處理交易處理和數據可用性，從而使網絡與原始設計相比大大擴展。

Zilliqa是另一個使用碎片進行交易吞吐量的區塊鏈平台。它將其網絡劃分為並行處理交易的碎片，然後將結果匯總以最終確定塊。這種方法允許Zilliqa每秒實現數千筆交易。

近協議還利用碎片，但具有動態的重新設備。這使網絡可以根據負載調整碎片尺寸，從而提高效率和對不斷變化的網絡條件的響應能力。

在區塊鍊網絡中實現碎片的步驟

• 定義碎片模型：確定網絡是否將根據項目的要求使用狀態，交易或執行碎片。
• 設計碎片結構：確定將存在多少碎片以及如何管理它們，包括驗證器任務和碎片職責。
• 實施協調機制：開發一個用於跨脫落通信和共識的系統，例如信標鍊或繼電器系統。
• 集成隨機和安全協議：使用加密隨機性來分配和旋轉跨碎片的驗證器以防止攻擊。
• 廣泛測試系統：模擬各種網絡條件並攻擊向量以確保穩健性和可靠性。

常見問題

問：現有區塊鏈可以實現碎片嗎？

答：是的，但是通常需要進行主要協議升級。以太坊向以太坊2.0的過渡是將碎片改造成現有區塊鏈的一個例子。

問：碎片如何影響權力下放？

答：正確實現的碎片可以通過確保節點只需要存儲和驗證一部分網絡來維持權力下放化。

問：碎片的大小相同嗎？

答：不一定。一些系統使用動態碎片，其中碎片大小可以根據網絡負載和節點參與而更改。

問：數據如何存儲在碎片鏈中？

答：每個碎片存儲區塊鏈數據的子集。碎片中的節點只需要存儲和驗證與該碎片相關的數據。