碎片技术如何解决区块链扩展的问题？一个简单的解释

了解区块链中的可伸缩性问题

区块链的可伸缩性问题是指在处理每秒大量交易时Bitcoin和以太坊等传统区块链网络的限制。与可以处理每秒成千上万的交易的签证等集中式系统不同，大多数公共区块链仅在几十个方面挣扎。发生这种瓶颈是因为网络中的每个节点都必须处理和存储每笔交易，从而增加延迟和更高的存储要求。

在这种情况下，碎片技术是一种有希望的解决方案。它旨在改善吞吐量，而不会损害权力下放或安全性。碎片背后的关键思想是将网络分为称为“碎片”的较小分区，每个分区都能处理自己的一套交易和智能合约。

区块链中的碎片是什么？

Sharding是一种数据库分区技术，将大型数据库拆分为较小，更易于管理的零件。在区块链中，每个碎片处理网络交易的子集，允许多个碎片同时运行。这种并行性大大提高了网络处理交易的能力。

每个碎片都有自己的一组验证者，负责验证其碎片中的交易。这些验证者不需要处理整个区块链；他们只专注于分配的碎片。但是，在所有碎片中保持一致性和安全性仍然是一个至关重要的挑战。

碎片在实践中如何工作？

要有效地实施碎片，必须有几个组件：

• 碎片链：这些是较大的区块链网络中的单个链，每个链都负责交易负载的一部分。
• 整理和交联：碰撞器从碎片中收集交易并创建整理（类似于块）。然后将此整理链接到主链（通常称为标准链）以确保最终性。
• 随机验证分配：为了防止恶意行为，使用可验证的随机函数（VRF）将验证器随机分配给不同的碎片。

这些机制确保在每个验证器在网络的一小部分上工作时，整个系统都保持完整性和共识。

实施碎片的好处

碎片的主要优点之一是增加交易吞吐量。通过将工作量分配在多个碎片之间，网络可以同时处理许多交易。这使区块链对于数字付款，供应链跟踪和分散融资（DEFI）等现实世界应用程序更可行。

另一个好处是减少单个节点的存储要求。由于节点只需要维护与分配的碎片相关的数据，因此普通用户可以更容易运行完整的节点，从而保留权力下放。

此外，由于拥塞的减少，网络效率提高了。随着每个节点处理较少的交易，确认时间变得更快，交易费用可能会降低。

与碎片相关的挑战和风险

尽管具有潜力，但碎片仍引入了几种复杂性。一个主要问题是跨股交流。如果两次交易在单独的碎片中发生并且是相互依存的，则协调它们就会变得复杂。正在探索诸如异步消息和收据之类的解决方案以解决此问题。

安全是另一个重大挑战。较小的碎片更容易受到攻击，因为对手可以针对具有相对较少资源的单个碎片。为了减轻这种风险，采用了随机验证器旋转和加密技术，例如欺诈和数据可用性检查。

还有数据可用性问题。确保所有必要的数据在各个碎片上仍然可以访问，需要强大的协议。诸如擦除编码和默克尔树验证之类的技术有助于确保没有碎片失去关键信息。

现实世界实施：以太坊2.0和碎片

以太坊2.0是结合碎片的最著名项目之一。最初，计划是引入64片，每个碎片作为平行链发挥作用。这些碎片将处理执行和陈述，从而减轻了主要以太坊链的负担。

但是，最近的更新已转向主要用于数据可用性而不是完全执行的碎片。这种方法简化了实现，并与2层缩放解决方案（如汇总）更好地集成。

以太坊2.0中的验证器通过信标链随机分配到碎片，确保没有一个组控制足够长的碎片来操纵它。每个碎片都会定期将其状态摘要提交信标链，从而实现交叉碎片同步和共识。

常见问题

问题1：可以在任何区块链中实现碎片吗？是的，从理论上讲，碎片可以应用于任何区块链，但它需要重大的架构更改。旨在高通量和权力下放的公共区块链从碎片中受益最大。

Q2：碎片与Sidechains或第2层解决方案有何不同？碎片在基础层上运行，并涉及将主链分成多个平行链。 Sidechains和第2层解决方案（如闪电网络或汇总）在主链中运行，并依靠它来安全，但减少了链充血。

问题3：信标连锁在碎片中扮演什么角色？信标链协调碎片网络。它可以管理验证器分配，促进交叉沟通，并确保整个系统上的总体共识。

Q4：是否有用于解决区块链可伸缩性的选择？是的，其他方法包括增加块大小，采用替代共识机制，例如验证证明，以及实施诸如州渠道和汇总之类的链链解决方案。每种方法都在权力下放，安全性和复杂性方面都有权衡。