什麼是分片？ （網路分割區）

定義和核心概念

1. 分片是一種水平分區技術，它將單一邏輯資料集分割成多個較小的、獨立的子集（稱為分片）。

2. 每個分片包含整體資料的不同部分，並在其自己的專用基礎設施節點上運作。

3. 分發遵循確定性路由邏輯（通常基於分片鍵），確保跨分片的記錄放置一致。

4. 與垂直分區不同，分片不會分隔列；它分隔行，同時在所有分片中保留相同的模式。

5.它體現了無共享架構：分片不共享記憶體、磁碟或CPU資源，也不維護直接的分片間狀態同步。

區塊鏈系統中的應用

1. 在區塊鏈網絡中，分片將整個網絡劃分為平行的子網絡，每個子網絡負責處理一部分交易並維護部分全局狀態。

2. Zilliqa 率先在實際實施中部署了六個網路分片和一個目錄服務分片，從而在每個分片內透過 pBFT 實現並發共識。

3. 以太坊計畫的分片升級旨在透過將驗證器集和狀態儲存拆分到 64 個分片來實現可擴展性，從而減少每個節點的儲存負擔並提高吞吐量。

4. 跨分片通訊仍受到嚴格限制－影響多個分片的交易需要非同步最終性證明和基於收據的驗證機制。

5. 狀態分片引入了帳戶餘額追蹤和智慧合約執行的複雜性，因為合約程式碼可能駐留在一個分片中，而其呼叫者駐留在另一個分片中。

技術實現層

1. 網路分片將驗證者群組隔離為不相交的子集，並透過加密隨機性將它們分配到特定的分片，以減輕共謀風險。

2. 交易分片根據發送者或接收者位址雜湊將傳入操作路由到適當的分片，確保局部感知處理。

3. 狀態分片跨分片劃分帳戶狀態和合約存儲，要求每個分片有 Merkleized 狀態根和跨分片狀態承諾。

4. 資料可用性採樣使輕客戶端能夠機率性地驗證完整分片區塊是否已發布，而無需下載整個有效負載。

5. 分片重新配置協定處理節點流失和負載重新平衡，通常使用基於紀元的輪換和信標鏈協調。

安全影響和權衡

1. 單一分片中的惡意多數可能會破壞本地狀態，因此分片級拜占庭容錯至關重要。

2. 自適應對手模型假設攻擊者可以針對防禦不足的分片，從而需要動態權益加權採樣和削減條件。

3. 由於涉及源分片和目標分片的多步驟確認路徑，跨分片傳輸的最終性延遲會增加。

4. 與整體鏈相比，分片層面的重組阻力減弱，要求對分叉選擇規則和證明有更嚴格的限制。

5. 在許多分片設計中，密碼抽籤取代了基於 PoW 的輸入，使用可驗證的隨機函數將節點安全地分配給分片。

常見問題解答

Q1：分片是否消除了對全節點的需求？不會。每個分片仍然存在完整節點，但它們的範圍僅限於僅驗證該分片的狀態轉換和共識歷史。

Q2：智能合約可以與儲存在另一個分片中的資料互動嗎？是的，但這種交互作用是異步的，需要明確的跨分片訊息傳遞和延遲執行保證。

Q3：如何防止跨分片的雙花？透過強制執行嚴格的發送者分片錨定：每筆交易都必須源自發送者帳戶所在的分片，從而防止並行衝突支出。

Q4：資料庫分片可以直接遷移到區塊鏈分片嗎？不。資料庫分片假設可信任基礎設施和集中協調，而區塊鏈分片必須在對抗條件下強制執行不可信的一致性和活躍性。