什么是分片？

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什么是分片？

分片是一种拆分和存储多个数据库形式的单个逻辑数据集的方法。分片的另一个定义是数据的水平分离。

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何时以及谁发明了分片？

自1990年代后期以来，分片的概念已用于管理传统的集中式数据库。 “碎片”（shard）（碎片）一词的出现是由于最早的多用户角色扮演在线游戏之一《创世纪》（Ultima Online），开发人员在其中将玩家分配到不同的服务器（游戏中的不同“世界”）以应对流量。

在业务中使用分片的一种常见方案是按地理位置划分用户数据库。属于同一地理位置的用户被合并为一组，并放置在唯一的服务器上。

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在区块链环境中分片是什么？

区块链是一个数据库，其节点代表各个服务器。关于区块链，分片是指将区块链网络分成各个段（分片）。每个分片包含一组独特的智能合约和帐户余额。

与每个节点负责验证整个网络中每个事务的方案相反，每个分片都分配有一个验证事务和操作的节点。

将区块链划分为更易于管理的部分，可以提高交易吞吐量，从而解决大多数现代区块链面临的可扩展性问题。

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分片如何工作？

以太坊示例的说明：

以太坊区块链由数千台计算机或节点组成，每台计算机或节点都“借用”网络一定量的哈希率。正是这种哈希值使以太坊虚拟机（EVM）能够运行-执行智能合约并管理去中心化应用程序（DApp）。

以太坊当前是按顺序运行的，其中每个节点必须计算每个操作并处理每个事务。因此，通过验证过程的交易需要相当长的时间：以太坊每秒执行大约10笔交易，而以Visa为例，这个数字约为24,000。

将计算机添加到网络不一定会提高效率，因为整个注册表都存储在每个设备上，并且验证链只会变得更长。

分片的想法是放弃每个节点必须计算每个操作的模型，而转向并行执行模型，在该模型中节点仅处理某些计算。这使您可以并行处理多个事务。

区块链分为单独的碎片（子域或分段）。节点仅控制它们所连接的注册表部分（它们执行过程并确认事务），而不支持整个注册表。

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分片可以解决哪些问题？

分片是扩展问题的潜在解决方案。

区块链越流行，用户越会发起交易，启动去中心化应用程序和网络上的其他流程。结果，交易速度下降，从长远来看阻止了区块链的扩展。交易活动的增长要求节点加强交易验证过程。这些区块链可能会被堵塞，就像以太坊在CryptoKitties繁荣时期那样，当时游戏占网络交易的11％。

如果节点组负责各个段，则每个节点不需要维护整个注册表即可执行每个操作。因此，可以并行而不是线性方式执行事务验证，这可以提高网络速度。因此，解决了缩放问题。

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分片的缺点是什么？

分片的主要挑战是通信和安全性。如果将区块链分为孤立的段，则每个分片将成为一个单独的网络。如果不使用特殊的通信机制，则一个子域的用户和应用程序将无法与另一子域的用户和应用程序进行通信。

分段的区块链也引发了安全性问题，因为黑客更容易捕获一个分片-由于控制单个分段所需的哈希值较低（所谓的1％攻击）。

捕获网段后，攻击者可以将无效交易转发到主网络。同样，此特定段中的数据可能变得无效，并且可能会不可避免地丢失。以太坊提供了一种随机抽样解决方案-分片协议被随机分配给不同的部分以确认区块认证。

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分片有哪些替代方法？

开发人员提出了两种解决方案来提高区块链交易的性能和速度。

第一种解决方案是增加块大小。关键思想是块大小越大，可以在其中放置更多的事务，因此，每秒的事务数量就越大。

但是，单位越大，验证它就需要更多的处理能力。如果块大小显着增加，则只有功能最强大的计算机才能控制作为节点运行所需的处理能力。

这种计算机设备的高昂成本意味着节点池将不可避免地变得更小，更集中，这使遭受攻击的风险增加了51％。增加区块大小还需要硬分叉，这有可能分裂社区：如果不是所有用户都接受更新，那么将出现两个使用不同硬币的不同链。增加块大小可能不是一个长期的解决方案。

第二个建议是使用山寨币，以便使用自己的硬币在自己的网络上实现各种功能和应用程序。

这种模型将提高生产率，因为单个区块链不会超载，但也会增加安全风险，因为计算能力将分布在多个区块链上。同样，网络黑客攻击的风险将增加，因为进行51％攻击所需的计算能力将大大降低。

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谁使用分片？

Zilliqa是第一个实现分片的平台。在测试网阶段，她设法达到每秒2828笔交易。

Near Blockchain生态系统允许开发人员创建和实施去中心化应用程序。 Near称自己为“ PoS上的防碎片区块链”，并声称他的碎片技术使节点保持足够小，可以在低性能设备上运行，甚至在手机上也可以运行。

以太坊为基于智能合约的DApp实施提供了一个区块链生态系统。以太坊基金会计划将分片包括在以太坊2.0协议的更新版本中。

其他适用于分片的项目包括Cardano，QuarkChain和PChain。

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分片的未来是什么？

分片技术在数字货币Libra的白皮书中有介绍。鉴于该发布，Facebook收购了Chainspace，Chainspace的开发团队专门从事分片。具体细节尚不清楚，但是可以假定将在Libra区块链中引入一种分片。

从理论上讲，分片可以解决所谓的区块链难题。

正如Vitalik Buterin解释的那样，区块链的三难困境是，区块链的三个关键特征中的两个只能同时保存-安全性，分散性和可扩展性。如果您克服了分片时遇到的困难，则可以在不牺牲分散性或安全性的情况下扩展分布式网络。

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原文链接：https://forklog.com/chto-takoe-sharding/

原文作者：Nick

编译者/作者：wanbizu AI

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