您身为一位区块链开发人员，是否正在寻求针对区块链扩展和性能难题的解决方案？或许您正在探索区块链分片的相关信息。本文将为您详细阐述区块链分片的概念。

去中心化区块链及其价值

具有远大前景的区块链技术，得益于其两个核心承诺，在全球范围内备受瞩目：

分权；不可篡改的记录。

去中心化的特性能够催生全新的商业模式，例如：

比特币去中心化支付网络，它不受任何政府或中央银行的控制，人们可以通过“对等”（P2P）网络进行比特币支付。众多区块链和加密项目已在Ethereum区块链平台上创建了各自的加密代币，旨在颠覆集中式经济。例如，Storj是一个去中心化的云存储网络，未来或许能够动摇亚马逊、谷歌、微软、IBM等云计算巨头的地位。

区块链中的不可篡改记录让人们确信交易记录的安全性，这在系统中产生了信任。然而，本文将着重介绍去中心化这一技术层面。

分散式区块链如何实施？

分散式区块链的核心概念是P2P网络。“节点”，即网络上的计算机，存储着区块链中的全部信息，因此每个节点都是所有交易的账本。因此，我们也将区块链称为“分布式账本技术”。

如您所见，此P2P网络中不存在中央管理员，因此无人可进行审查或干预。因此，区块链技术消除了中间商。这允许对等交易，并在以太坊项目引入“智能合约”概念后，催生了众多新的商业模式。

此外，请考虑网络对黑客的优势。黑客可以利用“单点故障”而占得先机。集中式服务器是黑客的最爱。然而，在区块链中，存在许多节点，且每个节点都拥有整个交易账本！

即使黑客控制了一个节点，也总会有其他节点存在，黑客无法成功控制所有这些节点！同样，在此分布式网络中，黑客无法发起“51%攻击”。这些攻击涉及捕获网络中的大部分计算能力。黑客将如何击败几台计算机？

去中心化使得区块链非常安全。加密哈希函数、私钥、公钥数据加密和共识算法共同增加了安全性。

从未有网络攻击者入侵过公共无许可的分散式区块链。您所听闻的加密货币黑客入侵事件，都是针对加密货币交易所集中式服务器的实例。

甚至以太坊DAO黑客也无法攻击区块链网络。它仅利用了在以太坊区块链之上运行的以太坊DAO智能合约代码中的漏洞。在“初学者指南：什么是以太坊经典”中，您可以了解更多相关信息。

区块链去中心化网络的成本

在解释区块链分片之前，我需要先解释一下这一概念为何会进入区块链开发人员的视野。您已经看到了去中心化区块链网络的优势，但它们也有成本。

最著名的区块链网络，例如比特币和以太坊，使用一种称为“工作量证明”（POW）的共识算法。它要求所有节点都参与事务验证过程。在“PoW vs. PoS：两种区块链共识算法之间的比较”中，您将了解到更多关于POW的信息。

这要求每个节点处理所有事务验证请求，因此每个节点必须存储所有事务。比特币、以太坊和类似流行的区块链网络每天都在增长，拥有更多的用户和交易。这意味着节点必须存储不断增长的事务数量。

当新用户运行完整的比特币节点时，“初始块下载”（IBD）可能需要几天时间！您可以阅读此Bitcoin StackExchange讨论线程，以了解这一操作的耗时。

此外，这些区块链网络中的所有交易验证操作都是顺序的，即多个区块的交易验证不能同时进行。由于每个节点都必须参与验证，因此区块链网络的速度将与最慢的节点一样慢！

尽管存储所有交易的每个节点的要求确保了公共区块链网络的安全，但这也降低了这些网络的可扩展性。由于这个问题，区块链开发人员开始考虑替代方案。

数据库分片引发了区块链分片的概念

分片的概念起源于数据库管理技术，“分片”一词的意思是“整体的一小部分”。它是将大型数据库划分为较小的部分，这些部分可以存储在不同的服务器实例中。

有分片的索引机制，根据数据库查询，系统会从适当的“分片”中获取数据。它使数据库更具性能和可伸缩性。在此TechTarget的sharding定义中，您可以了解更多关于数据库分片的信息。

那么，什么是区块链分片？紧跟数据库分片概念，区块链数据库被划分为水平分区。一组节点维护一个这样的分区，而另一组节点维护另一个分片。

这消除了所有节点存储整个区块链数据库的需要。通过这种安排，即使较慢的节点现在也可以更快地运行，因为它们不需要加载整个账本。这将改善网络的可扩展性。

分片需要不同的区块链共识机制

现在，您可以看到，如果您实施了区块链分片，则节点将无法再看到整个区块链数据库。那么，POW共识算法将如何工作？它要求所有节点都参与交易验证，现在节点甚至看不到整个区块链账本！

区块链分片需要一种不同的区块链共识算法，称为“权益证明”（PoS）。在此算法中，某些节点抵押自己的加密令牌并承担交易验证责任。

节点抵押的令牌越多，抵押的时间越长，该节点承担交易验证责任的可能性就越高。我们称这些节点为“Stakers”。

由于分片的实施排除了用于交易验证的POW算法，因此网络必须为将验证交易的每个分片标识“Stakers”。因此，为了实现分片，区块链网络必须使用PoS算法。

区块链分片的缺点

在不讨论其缺点的情况下，关于什么是区块链分片的讨论将是不完整的。请记住，数据库分片概念并非易事！

您需要在项目团队中拥有非常出色的数据库专家，他们可以为您的数据库分片计划提供非常好的索引策略。尽管以不同的方式，但您需要很好地计划区块链账本的分片。

您可能偶尔还会听到分片可以改善区块链网络的可扩展性，但会牺牲安全性。但是，您需要记住什么是区块链分片——它只是一种分区技术。就其本身而言，数据库分区不能降低数据库的安全性。

实际上，PoS算法提供的分散式安全性较低，而不是分片。如果黑客购买了很多加密代币并将其抵押，那么他很可能会成为极受欢迎的抵押者。然后，他可以操纵交易。

但是，自然的经济动力为它提供了保证。任何人购买过多的加密代币都会引起很多关注，并会推高价格。除了备受关注之外，黑客还将越来越不得不花费更多的钱来最终操纵交易。

此外，为以太坊计划向PoS算法过渡的拟议的“Casper”协议计划以随机方式分配利益相关者。这将减少恶意的涉众操纵交易的可能性。Casper协议还建议锁定抵押金额并将其没收给恶意的抵押者，他们将来再也没有机会抵押。

区块链分片是一个相对较新的概念。该碎片硬币项目正在使用它。我们需要了解技术如何发展以及是否为区块链的可扩展性和性能增加可持续价值。

标签: 数字货币