什么是区块链分片：区块链缩放解决方案的介绍

您是区块链开发人员，试图提出区块链扩展和性能问题的解决方案吗？您可能正在搜索有关区块链分片的信息。我在本文中解释什么是区块链分片。

去中心化的区块链及其价值

有前途的区块链技术因其“两个核心承诺”而风靡全球：

1. 权力下放;
2. 不变的记录。

权力下放可以创建全新的商业模式，例如：

1. 比特币去中心化支付网络完全不受政府和中央银行的控制，人们可以通过“点对点”（P2P）网络发送比特币支付。
2. 许多区块链和加密货币项目都在Ethreum区块链平台上建立了加密货币令牌，他们打算破坏中心化经济。对于例如Storj是一个去中心化的云存储网络，有朝一日可能会破坏像亚马逊，谷歌，微软，IBM这样的云计算巨头。

区块链中的不可变记录使人们确信他们的交易记录是防篡改的，这会在系统中产生信任。但是，出于本文的目的，我将重点关注该技术的去中心化方面。

如何实施去中心化的区块链？

去中心化区块链背后的主要概念是P2P网络。 “节点”，即该网络上的计算机具有区块链中存在的全部信息，因此，每个节点都是所有交易的分类账。因此，我们也将区块链称为“分布式分类帐技术”。

如您所见，此P2P网络中没有中央管理员，因此没有人可以审查或中间。因此，区块链技术消除了中间人。这允许点对点交易，这在以太坊项目引入“智能合约”概念之后启用了许多新的商业模式。

此外，考虑网络对黑客的优势。黑客在利用“单点故障”时享有优势。中心化服务器是黑客最喜欢的目标。但是，在区块链中，有许多节点，并且都有整个交易分类账

即使黑客超越一个节点，总会有其他节点，黑客无法设法劫持所有节点此外，在这个分布式网络中，黑客无法进行’51％的攻击’。这些攻击涉及捕获网络中的大部分计算能力。黑客会压缩多少台电脑？

权力下放使区块链非常安全。加密货币哈希函数，私钥公钥数据加密货币和一致性算法增加了安全性。

没有一个网络攻击者曾经攻击过一个公共的无权去中心化区块链。你听到的加密货币黑客攻击事件都是黑客攻击加密货币交易所中央服务器的事例。

即使是以太坊DAO黑客也无法攻击区块链网络。它只利用了在以太坊区块链上运行的以太坊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？”中阅读更多相关信息。

区块链去中心化网络的成本

在我解释什么是区块链分片之前，我需要解释这个想法甚至出现在区块链开发人员头脑中的背景。您已经看到了区块链去中心化网络的优势，但是，它也有成本。

最著名的区块链网络，例如比特币和以太坊使用称为“工作证明”（POW）的一致性算法。它要求所有节点都参与事务验证过程。在“PoW Vs”中阅读更多相关信息。 PoS：两种区块链共识算法的比较“。

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，用户和交易量也在增加。这意味着节点必须存储不断增长的交易数量。

当新用户运行完整的比特币节点时，“初始块下载”（IBD）可能需要几天时间阅读这个比特币StackExchange讨论线程，看看这个操作是多么耗时。

此外，这些区块链网络中的所有事务验证操作都是顺序的，即多个块的事务验证不能同时进行。由于每个节点都必须参与验证，因此区块链网络只能与最慢的节点一样快

虽然存储所有事务的每个节点的这种要求保护了公共区块链网络，但它也使这些网络的可扩展性降低。由于这个问题，区块链开发人员开始考虑替代方案。

数据库分片产生了区块链分片的概念

分片的概念起源于数据库管理技术，“Shard”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，可以存储在不同的服务器实例中。

存在用于分片的索引机制，并且根据数据库查询，系统从适当的“分片”中获取数据。它使数据库更具性能和可扩展性。在此TechTarget分片定义中阅读有关数据库分片的更多信息。

那么，什么是区块链分片？紧跟数据库分片概念后，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分类帐。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

到目前为止，您可以看到，如果实现区块链分片，节点将无法再查看整个区块链数据库。那么POW一致性算法将如何运作呢？它要求所有节点都参与事务验证，现在节点甚至看不到整个区块链分类账

区块链分片需要不同的区块链一致性算法，称为“股权证明”（PoS）。在该算法中，一些节点使用它们自己的加密货币令牌并承担事务验证责任。

节点质押的令牌越多，质押的持续时间越长，该节点获得交易验证责任的可能性就越高。我们称之为’Stakers’。

由于实现了分片规则，POW算法用于事务验证，因此网络必须为将验证事务的每个分片识别“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

关于什么是区块链分片的讨论将是不完整的，而不讨论其缺点。请记住，数据库分片概念并不容易

您需要在项目团队中拥有非常优秀的数据库专家，他们可以为您的数据库分片规划一个非常好的索引策略。虽然以不同的方式，您需要很好地规划区块链分类帐的分片。

您可能偶尔也会听到分片可能会提高区块链网络的可扩展性，但代价是安全性。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，数据库的分区不会降低数据库的安全性。

实际上，PoS算法提供的去中心化安全性较低，而不是分片。如果一个黑客购买了大量的加密货币令牌并将其质押，那么他很可能会成为一个非常受欢迎的赌徒。然后他可以操纵交易。

然而，自然经济动态为它提供了保险。购买太多加密货币令牌的任何一个人都会吸引很多关注，这会抬高价格。除了聚光灯之外，黑客还将不得不花费更多的钱来最终操纵交易。

此外，拟议的以太坊计划过渡到PoS算法的’Casper’协议计划以随机方式分配stakers。这将降低恶意staker操纵事务的可能性。 Casper协议还建议锁定质押金额并将其没收，以供恶意博彩者使用，他们将来永远不会有机会参与其中。

区块链分片是一个相对较新的概念。 SHARD Coin项目使用它。我们需要了解技术如何发展，以及它是否为区块链的可扩展性和性能增加了可持续价值。