碎片技術如何解決區塊鏈擴展的問題？一個簡單的解釋

了解區塊鏈中的可伸縮性問題

區塊鏈的可伸縮性問題是指在處理每秒大量交易時Bitcoin和以太坊等傳統區塊鍊網絡的限制。與可以處理每秒成千上萬的交易的簽證等集中式系統不同，大多數公共區塊鏈僅在幾十個方面掙扎。發生這種瓶頸是因為網絡中的每個節點都必須處理和存儲每筆交易，從而增加延遲和更高的存儲要求。

在這種情況下，碎片技術是一種有希望的解決方案。它旨在改善吞吐量，而不會損害權力下放或安全性。碎片背後的關鍵思想是將網絡分為稱為“碎片”的較小分區，每個分區都能處理自己的一套交易和智能合約。

區塊鏈中的碎片是什麼？

Sharding是一種數據庫分區技術，將大型數據庫拆分為較小，更易於管理的零件。在區塊鏈中，每個碎片處理網絡交易的子集，允許多個碎片同時運行。這種並行性大大提高了網絡處理交易的能力。

每個碎片都有自己的一組驗證者，負責驗證其碎片中的交易。這些驗證者不需要處理整個區塊鏈；他們只專注於分配的碎片。但是，在所有碎片中保持一致性和安全性仍然是一個至關重要的挑戰。

碎片在實踐中如何工作？

要有效地實施碎片，必須有幾個組件：

• 碎片鏈：這些是較大的區塊鍊網絡中的單個鏈，每個鏈都負責交易負載的一部分。
• 整理和交聯：碰撞器從碎片中收集交易並創建整理（類似於塊）。然後將此整理鏈接到主鏈（通常稱為標準鏈）以確保最終性。
• 隨機驗證分配：為了防止惡意行為，使用可驗證的隨機函數（VRF）將驗證器隨機分配給不同的碎片。

這些機制確保在每個驗證器在網絡的一小部分上工作時，整個系統都保持完整性和共識。

實施碎片的好處

碎片的主要優點之一是增加交易吞吐量。通過將工作量分配在多個碎片之間，網絡可以同時處理許多交易。這使區塊鏈對於數字付款，供應鏈跟踪和分散融資（DEFI）等現實世界應用程序更可行。

另一個好處是減少單個節點的存儲要求。由於節點只需要維護與分配的碎片相關的數據，因此普通用戶可以更容易運行完整的節點，從而保留權力下放。

此外，由於擁塞的減少，網絡效率提高了。隨著每個節點處理較少的交易，確認時間變得更快，交易費用可能會降低。

與碎片相關的挑戰和風險

儘管具有潛力，但碎片仍引入了幾種複雜性。一個主要問題是跨股交流。如果兩次交易在單獨的碎片中發生並且是相互依存的，則協調它們就會變得複雜。正在探索諸如異步消息和收據之類的解決方案以解決此問題。

安全是另一個重大挑戰。較小的碎片更容易受到攻擊，因為對手可以針對具有相對較少資源的單個碎片。為了減輕這種風險，採用了隨機驗證器旋轉和加密技術，例如欺詐和數據可用性檢查。

還有數據可用性問題。確保所有必要的數據在各個碎片上仍然可以訪問，需要強大的協議。諸如擦除編碼和默克爾樹驗證之類的技術有助於確保沒有碎片失去關鍵信息。

現實世界實施：以太坊2.0和碎片

以太坊2.0是結合碎片的最著名項目之一。最初，計劃是引入64片，每個碎片作為平行鏈發揮作用。這些碎片將處理執行和陳述，從而減輕了主要以太坊鏈的負擔。

但是，最近的更新已轉向主要用於數據可用性而不是完全執行的碎片。這種方法簡化了實現，並與2層縮放解決方案（如匯總）更好地集成。

以太坊2.0中的驗證器通過信標鏈隨機分配到碎片，確保沒有一個組控制足夠長的碎片來操縱它。每個碎片都會定期將其狀態摘要提交信標鏈，從而實現交叉碎片同步和共識。

常見問題

問題1：可以在任何區塊鏈中實現碎片嗎？是的，從理論上講，碎片可以應用於任何區塊鏈，但它需要重大的架構更改。旨在高通量和權力下放的公共區塊鏈從碎片中受益最大。

Q2：碎片與Sidechains或第2層解決方案有何不同？碎片在基礎層上運行，並涉及將主鏈分成多個平行鏈。 Sidechains和第2層解決方案（如閃電網絡或匯總）在主鏈中運行，並依靠它來安全，但減少了鏈充血。

問題3：信標連鎖在碎片中扮演什麼角色？信標鏈協調碎片網絡。它可以管理驗證器分配，促進交叉溝通，並確保整個系統上的總體共識。

Q4：是否有用於解決區塊鏈可伸縮性的選擇？是的，其他方法包括增加塊大小，採用替代共識機制，例如驗證證明，以及實施諸如州渠道和匯總之類的鍊鍊解決方案。每種方法都在權力下放，安全性和復雜性方面都有權衡。