V神：分片是以太币扩展性的将来 解开分片的神密面具_跨链

V神：分片是以太币扩展性的将来 解开分片的神密面具

非常感谢Dankrad Feist和Aditya Asgaonkar对文中內容的审批。

分片（sharding）是以太币扩展性的将来，它将是协助以太币生态体系每秒钟适用千余笔买卖并容许全世界绝大多数地域以可承担的成本费常常应用该服务平台的重要。可是，分片也是以太币生态体系和更普遍的区块链生态体系中非常容易误解的定义之一。分片指的是一组具备十分特殊属性的十分特殊的念头，可是它经常与具备十分不一样且一般弱得多的安全性属性的技术性混为一谈。本文的目地是准确表述分片出示的特殊属性，它与沒有分片的别的技术性有什么不一样，及其为完成这种属性而务必作出的放弃。

叙述分片的最好方式就是以营造和启迪解决方法的难题阐述逐渐：扩展性三角。

扩展性三角觉得，区块链尝试另外有着三个属性，假如坚持不懈技术性“简易性”，那麼你只有得到这三个属性中的2个，即区块链“不可能三角”。 这三个属性是：

扩展性：区块链能够 解决的成交量比单独基本节点（比如：消費级笔记本）能够 验证的成交量大量。

区块链技术：区块链能够 在没有依靠来源于一部分大中型去中心化参加者的一切信赖的状况下运作。 这一般代表着，您不可以把信赖交到一工作组节点（即便假定他们大部分是诚信的）（你没法根据消費级笔记本电脑添加变成这种节点之一）。

安全系数：区块链能够 抵御来源于非常大一部分参加节点已经对其进行的进攻。（针对进攻取得成功所必须的节点，理想化状况下50%，25%之上还可以，5%肯定不好）

要想得到扩展性三角中的2个，大家如今看来一下三类“简易的解决方法”：

传统式的区块链——包含BTC，预PoS /分片的以太币，莱特币和别的相近的链。这种区块链都取决于这些运作详细节点的每一个参加者来验证每单买卖，因而他们具备区块链技术和安全系数，但沒有扩展性。

高TPS区块链——包含DPoS系列产品，也包含很多别的商品。这种取决于为数不多节点（一般为10-一百个）中间维持的共识，而客户务必信赖这种节点中的大部分。它是可拓展的和安全性的（从上边的界定而言），可是它并不是区块链技术的。

多链生态体系——它是指“横着拓展”的一般定义，根据在不一样的链上开发设计不一样的运用，并应用跨链通讯协议在他们中间开展会话。它是区块链技术的，也是可拓展的，可是并不是安全性的，由于网络攻击仅必须在好几个链中的一个（一般低于全部生态体系的1％节点）中得到的共识节点的大部分，就可以摆脱该链并很有可能造成链式反应，进而造成 对别的链中的运用导致了巨大的危害。

分片是一种能够 让您另外有着所有三个属性的技术性。 分片区块链具有：

可拓展：与单独节点对比，它能够 解决大量的买卖

区块链技术：它能够 彻底在家庭装笔记本上应用，而不依赖于一切“非常节点”

安全性：网络攻击没法应用小量資源来看准系统软件的一小部分开展进攻； 她们只有尝试执政和进攻全部区块链系统软件

本文章内容的一部分将叙述分片区块链怎样保证这一点。

分片最非常容易了解的版本号是根据任意取样开展分片。与我们在以太币生态体系中创建的分片方式对比，根据任意取样开展分片具备较差的信赖属性，但它应用的技术性更简易。

核心内容以下。假定您有一个具备很多（比如10000个）验证者的PoS链，而且您有很多（比如一百个）必须验证的区块。在发生下一组区块产出率以前，单一一台电子计算机不具备足够验证全部这种区块的工作能力。

因而，我们要做的是任意分派开展验证的工作中。大家任意地对验证者目录开展混洗，并在混洗后的目录中分派前一百个验证者以验证第一个区块，在混洗后的目录中分派后一百个验证者以验证第二个区块，以此类推。这种任意分派用以验证区块（或实行别的每日任务）的验证者们称之为联合会（committee）。

验证者验证区块时，她们会公布签字，以证实她们已那样做。 有别于任何人都验证这一百个区块，取代它的的是任何人验证10000个签字——那么做的劳动量要小得多，尤其是应用BLS签字汇聚‌时。 替代根据同样的P2P网络广播节目每一个区块，只是在不一样的子网掩码（sub-network）上广播节目每一个区块，而且节点仅必须添加他们承担（或出自于别的缘故而很感兴趣）的区块所属的子网掩码。

请考虑一下，假如每一个节点的数学计算提升2倍，会产生什么原因。 因为每一个节点现在可以安全性地验证2倍之上的签字，因而您能够 降低最少的质押贷款储蓄尺寸以适用2倍的验证者，因而，您能够 构成200个联合会而不是一百个联合会。因而，您能够 每一个扩展槽验证200个区块而不是一百个。 除此之外，每一个独立的区块还可以扩张2倍。 因而，您有2倍总数的2倍尺寸区块，也就是说区块链容积一共提升了4倍。

我们可以根据一些数学术语来表明。 应用Big O表示法‌，大家应用“ O（C）”来代指单独节点的数学计算。 传统式的区块链能够 解决O（C）个区块。 如上所述的分片区块链能够 并行计算O（C）个区块（请记牢，每一个节点间接性验证每一个区块的成本费为O（1），由于每一个节点只必须验证固定不动总数的签字就可以），每一个区块具备O（C）容积，因而分片区块链的总容积为O（C2）。 这就是为何大家将这类分片称之为“二次分片”，而且这类危害是大家觉得从长久看来分片是拓展区块链的最好方式的重要缘故。

疑难问题：拆分成一百个联合会与拆分成一百个单独的链有什么不一样？

有二点不一样：

任意取样可避免 网络攻击将能量集中化在一个分片上。在一个有着100条链的多链生态体系中，网络攻击只必须约0.5％的质押贷款就可导致受到破坏：她们能够 致力于对一条链进行51％进攻。在分片的区块链中，网络攻击务必有着所有质押贷款的约30-40％才可以做一样的事儿（也就是说，全部链具备共享资源的安全系数）。自然，网络攻击能够 等候，虽然其拥有的质押贷款低于所有质押贷款的50％，但能够 根据得到任意机遇得到单独分片开展51％进攻的机遇，可是针对低于51％的网络攻击，这将进攻难度系数成倍增加。假如网络攻击的财产低于〜30％，则基本上是不太可能的进攻取得成功的。

密切藕合：即便一个分片碰到坏块，全部链也会资产重组以防止这一区块。这儿有一个社会发展合同（在本文本文档的事后一部分中，大家叙述了一些在技术上执行这类合同的方法），即便一条链在一个分片中只有一个坏块，这也是不能接纳的，一旦发觉，就应当废料。那样能够 保证 从链上运用的视角看来，它具备极致的安全系数：合同A能够 依靠合同B，由于假如合同B因为对链的进攻而个人行为不善，那麼全部历史数据都将复原，包含其因为合同B的常见故障而个人行为不善的合同A买卖。

这二种差别保证 分片为运用建立了一个自然环境，该自然环境保存了多肽链自然环境的重要安全性属性，而多链生态体系则压根沒有这类方法。

BTC小区的一种广泛观点就是我表示同意的，那便是像BTC（或以太币）那样的区块链并不彻底依靠一种诚信大部分假定。假如对那样的区块链进行51％进攻，则网络攻击能够 做一些令人厌恶的事儿，比如复原或核查买卖，但她们不可以插进失效的买卖。并且即便开展复原或核查买卖，运作基本节点的客户还可以轻轻松松检验到该个人行为，因而，假如小区期待根据分岔来清除网络攻击的能量来融洽处理该进攻，她们能够 快速付诸行动。

欠缺这类附加的安全系数是更去中心化的高TPS链所遭遇的关键缺点。那样的链沒有，也不太可能具备运作节点的基本客户文化艺术，因而关键节点和生态体系参加者能够 更轻轻松松地聚在一起，并执行小区十分讨厌的协议书变更。更槽糕的是，客户的节点默认设置状况下能接纳它。一段时间后，客户会发觉，可是到那时候，这一强制性协议书变更早已变成既成事实：这一融洽压力将由客户担负来回绝变更，她们将迫不得已作出痛楚的决策来反转这一天在区块链上造成的使用价值，或撤消大量每一个人都认为早已进行的主题活动。

理想化状况下，大家期待选用一种分片方式，防止51％信赖假定，并保存传统式区块链从全方位验证中得到的强劲安全堡垒。而这恰好是大家以往两年的绝大多数科研成果。

我们可以将抗51％进攻的可拓展验证难题分成二种状况：

验证测算：查验一些测算是不是恰当进行，假定您有着该测算的全部键入

验证数据信息易用性：查验测算自身的键入是不是以某类方式储存，假如的确必须，可以下载他们；实行此查验时，请不要具体免费下载全部键入自身（由于数据信息很有可能很大，没法每一个区块都免费下载）

验证区块链中的区块涉及到测算和数据信息易用性查验：您必须相信区块中的买卖合理，而且区块中申明的新情况根hach是实行这种买卖的恰当結果，可是您还必须必须相信来源于该区块的充足数据信息事实上早已公布，便于免费下载该数据信息的客户能够 测算情况并再次解决区块链。第二一部分是一个十分细微但关键的定义，称之为数据信息易用性难题‌。稍候再探讨。

拓展验证测算相对性非常容易；有二种技术性：证实（fraud proofs）和ZK-SNARK。

证实是一种可拓展地验证测算的方式。

这二种技术性能够 简易地叙述，以下：

证实是一个接纳数值的系统软件，您必须有开展过质押贷款的人签定下列方式的信息：“我证实，假如应用键入X开展测算C，则会获得輸出Y”。您默认设置状况下能信赖这种信息，可是会给开展过质押贷款的别人出示挑戰結果的机遇（她们能够 签字信息，说“我反对，輸出結果应当为Z，而不是Y”）。仅当有些人挑戰結果时，全部节点才运作测算。这双方中的任何一方打错都是会丧失其质押贷款，而且将再次测算全部取决于该数值的测算。

ZK-SNARK是一种数据加密证实方式，能够 也有力证明“在键入X上实行测算C会得出輸出Y”的认为。该证实在登陆密码上是“有效的”：假如C（x）并不等于Y，则在预估上不太可能作出合理的证实。即便运作C自身耗费很多時间，该证实还可以迅速地开展验证。相关ZK-SNARK的大量数学课详细资料，请参照此文章内容。

根据证实的测算是可拓展的，由于在“一般状况下”，您将根据验证单独签字来替代运作繁杂的测算。在特殊情况下，因为存有挑戰，您务必在链上验证测算，可是在特殊情况下却非常少见，由于开启它的成本十分价格昂贵（最开始的声明者或挑战者都是会很有可能丧失很多担保金）。 ZK-SNARK在定义上更简易——他们仅仅用划算得多的证实验证来替代测算——但其原理身后的数学课却要繁杂得多。

有一种半可拓展系统软件，它只有拓展地验证测算，另外依然必须每一个节点验证全部数据信息。根据应用一组缩小方法将绝大多数数据信息更换为测算，能够 使此方式十分合理。它是Rollup‌的行业。

证实不可以用以验证数据信息的易用性。测算的证实取决于那样的客观事实，即测算的键入在最开始声明者递交后即在链上公布，因而，假如有些人挑戰，则挑戰实行将在与初始实行完全一致的“自然环境”中开展。在检查程序易用性的状况下，您不可以实行此实际操作，由于难题刚好是存有过多数据信息必须查验才可以在链上公布的客观事实。因而，用以数据信息易用性的防欺诈计划方案碰到了一个至关重要的问题：有些人能够 宣称“数据信息X可以用”但并不公布它，等候遭受挑戰，随后仅有在挑战者发生在互联网的一部分而且不正确的情况下才公布数据信息X。

这在“fisherman窘境‌”中获得了拓展：

核心内容是，这两个“全球”，一个是V1是一个邪惡的上传者，V2是一个诚信的挑战者，而另一个“全球”是V1是一个诚信的上传者，V2是一个邪惡的挑战者。二种状况针对那时候未试着免费下载该特殊数据信息的所有人而言也没有差别。 自然，在可拓展的区块链技术区块链中，每一个独立的节点只有期待免费下载一小部分数据信息，因而仅有一小部分节点会见到发生什么事事儿，除开存有矛盾的客观事实。

分辨谁对到底是谁的错是不太可能的，这一客观事实促使不太可能有一个合理的证实体制来确保数据的易用性。

疑难问题：假如一些数据信息不能用该怎么办？应用ZK-SNARK，您能够 保证 一切都合理，这还不够吗？

悲剧的是，只是实效性还不能保证 区块链恰当运作。这是由于，假如区块链合理，但全部数据信息均不能用，则客户将没法升级其转化成一切将来区块合理的证实需要的数据信息。转化成合理但不能用的区块随后消退的网络攻击能够 合理地让区块链深陷停滞不前。有些人还能够保存特殊客户的账号数据信息，直至该客户付款保释金截止，因而难题不仅取决于存活难题。

有一些强大的信息内容基础理论论点论据觉得这个问题是压根的，而且沒有能够 处理的聪慧方法（比如，涉及到登陆密码累加器‌）。相关详细资料，请参照文中（https://eprint.iacr.org/2009/612.pdf‌）。

那麼，怎样在不具体免费下载的状况下查验1 MB数据是不是可以用？听起来是不太可能的！

这儿的关键是一项称之为数据可用性取样‌的技术性。数据可用性取样的工作方式以下：

应用称之为擦掉编号（erasure coding）的专用工具将具备N个区块的数据拓展为具备2N个区块的数据，以使这种区块中的一切N个都能够修复全部数据。

为了更好地查验可用性，客户不用试着免费下载所有数据，而仅仅任意地挑选区块中稳定总数的部位（比如30个部位），而且仅当她们在全部选中部位的块中取得成功寻找块时，才接纳这一区块。

擦掉编号将“查验100％可用性”（每条数据可以用）难题变换为“查验50％可用性”（最少一半数据可以用）难题。简单随机抽样解决了50％可用性难题。假如低于50％的数据可以用，那麼最少有一项查验基本上能够 毫无疑问会不成功，而且假如最少50％的数据可以用，那麼，虽然一些节点很有可能没法将某一区块鉴别为可以用，但这只必须一个诚信节点就能运作擦掉编号复建程序流程，以带到剩下的50％区块。因而，您无需下载1 MB来查验1 MB区块的可用性，而只需免费下载几KB。这促使在每一个区块上运作数据可用性查验越来越行得通。相关怎么使用点对点子网合理地实行此查验的信息内容，请参照本文（https://hackmd.io/@vbuterin/sharding_proposal#Blob-publication-process‌）。

能够 应用ZK-SNARK来验证对一条数据的擦掉编号是不是恰当进行，随后能够 应用Merkle支系来验证每个区块。或是，您能够 应用代数式服务承诺（比如Kate（别名KZG）服务承诺‌），该服务承诺实质上是在一个简易的部件中开展擦掉编号并证实单独原素和准确性验证——这就是以太币分片所应用的。

回望：大家怎样保证 一切都恰当？

假定您有一百个区块，而且您想不借助联合会就合理地验证全部区块的准确性。大家必须实行下列实际操作：

每一个手机客户端在每一个区块上实行数据可用性取样，以验证每一个区块中的数据是不是可以用，另外每一个区块仅免费下载几KB，即便区块的总体尺寸为MB或更高。手机客户端仅在恰当回应了其可用性挑戰的全部数据后才接纳区块。

即然大家早已验证了数据的可用性，那麼验证准确性将越来越更为非常容易。有二种技术性：

我们可以应用证实：一些质押贷款储蓄的参加者能够 对每一个区块的准确性开展签字。别的称之为挑战者（或fisherman）的节点任意查验并试着彻底解决区块。由于大家早已查验了数据可用性，因此 自始至终可以下载数据并彻底解决一切特殊的块。假如她们发觉一个失效的区块，她们将公布一个任何人都能够验证的挑戰。假如该块被证实是坏的，则必须再次测算该块及其全部取决于该块的将来区块。

我们可以应用ZK-SNARK。每一个区块都含有一个ZK-SNARK证实准确性。

在之上二种状况下，每一个手机客户端仅必须对每一个区块开展小量验证工作中，不管区块有多大。就直接证据来讲，有时候必须在链上对区块开展充足验证，但这应当十分罕见，由于即便仅开启一个挑戰也是十分价格昂贵的。

这就是所有！ 在以太币分片中，短期计划是使分片的区块仅变成数据（data only）。 换句话说，这种分片单纯是一个“数据可用性模块”，应用该安全性数据室内空间及其证实或ZK-SNARK来完成高货运量安全性买卖解决作用是Layer Rollup的工作中。 可是，彻底有可能建立那样一个内嵌系统软件来加上“该设备”高货运量实行。

分片的关键总体目标是尽量地拷贝传统式（非分片）区块链最重要的安全性特性，而不用每一个节点亲自验证每单买卖。

分片已经十分贴近来临。 在传统式的区块链中：

失效的区块没法根据，由于验证节点会注意到他们失效并忽视他们。

不能用的区块没法根据，由于验证节点无法打开他们并忽视他们。

在具备高級安全性作用的分片区块链中：

失效的区块没法根据，由于：

证实会快速将其捕捉，并告之全部互联网该区块的不准确性，并比较严重处罚创始人，或是

ZK-SNARK证实是准确性，而且您不可以为失效区块制做合理的ZK-SNARK。

不能用的区块没法根据，由于：

假如仅有不上50％的数据区块可以用，则基本上能够 毫无疑问每一个手机客户端都是会开展最少一次数据可用性样版查验，进而造成 手机客户端回绝该数据块，

假如最少有50％的区块数据可以用，那麼事实上全部区块全是可以用的，由于仅需一个诚信节点就可以复建其他区块。

沒有分片的传统式高TPS链没法出示这种确保。 多链生态体系没法防止网络攻击挑选一条链开展进攻并随便对接的难题（这种链能够 共享资源安全系数，可是假如做得不太好，它将变为实际上的传统式高TPS链 ，这种全是缺陷，而且假如做的好，将仅仅以上分片技术性的一种更繁杂的完成）。

主链高宽比取决于完成，可是他们一般非常容易遭遇传统式高TPS链的缺点（它是假如他们共享资源挖矿/验证者）或多链生态体系的缺点（即，假如他们不共享资源挖矿/验证者） ）。 分片链防止了这种难题。

可是，分片系统软件中有一些安全隐患。特别是在：

仅取决于联合会的分片链非常容易遭受适应能力敌人的进攻，而且问责制度也较差。换句话说，假如敌人可以即时侵入（或关掉）她们挑选的一切节点结合，那麼她们只必须进攻小量节点就可以毁坏一个联合会。除此之外，假如敌人（不论是适应能力敌人或是占质押贷款数量的50％的网络攻击）的确毁坏了一个联合会，则只有公布确定她们的极少数节点（该联合会中的节点）参加这一进攻，因而仅有小量质押贷款会遭受惩罚。这是为什么数据可用性取样与证实或ZK-SNARK一起变成任意取样技术性的关键填补的另一个重要缘故。

仅当有充足总数的线上手机客户端团体搜集充足的数据可用性取样要求时，数据可用性取样才算是安全性的，这种回应基本上一直重合以组成最少50％区块。结合实际，这代表着务必有几十个手机客户端线上（而且此总数越大，系统软件容积与单独节点容积的比例就越高）。这是一个few-to-N信赖实体模型‌——一般十分可信赖，自然，它比不上非分片链中的节点具备可用性的N-of-N信赖那麼强劲。

假如分片链取决于证实，那麼它取决于时钟频率假定；假如网络太慢，则在证实表明它是不正确的以前，节点很有可能会接纳某一个区块具备最后性。幸运的是，假如您遵照严苛的标准，一旦发觉了失效性，便会复原全部失效块，此阀值是客户设定的主要参数：每一个客户都挑选等候做到最后情况需要的時间，假如她们不愿等候充足长的時间，则会遭到损害，但更慎重的客户是安全性的。即便如此，这仍在消弱客户体验。应用ZK-SNARK验证实效性能够 处理此难题。

必须传送很多的初始数据，进而提升了极端化互联网标准下产生常见故障的风险性。与很多数据对比，小量数据更非常容易推送（假如强劲的政府部门尝试核查链，也更非常容易安全性掩藏）。假如区块链电脑浏览器要想保存全部链，则必须储存大量数据。

分片的区块链取决于分片的点对点网络，而且每一个独立的p2p“子网掩码”因为具备较少的节点而更非常容易遭受进攻。用以数据可用性取样的子网掩码实体模型‌能够 减轻这类状况，由于子网掩码中间存有一些沉余，但依然存有风险性。

这种是合理的侧重点，虽然在大家来看，根据容许大量应用软件在链上运作而不是根据集中型第二层服务项目来完成的客户等级集中的降低，远远地超出了他们。换句话说，这种难题，尤其是最终2个难题，事实上是对提升分片链的货运量超出特殊点的真实限定。二次分片的二次性是有程度的。

顺带说一句，假如货运量过高，则分片区块链的安全隐患将日益扩大，这也是非常大水平上放弃了拓展至超二次分片的勤奋的关键缘故。仿佛维持二次分片仅仅二次真的是开心的媒体。

常常明确提出的一种取代分片的方式是，应用类似去中心化高TPS链的构造，除开它在顶端应用数据可用性取样和分片以验证实效性和可用性以外。

现如今，去中心化高TPS链在这些方面明显改善，但仍比分片系统软件弱得多。 它是出自于下列好多个缘故：

在高TPS链中，要检验区块经营者的核查要艰难得多。 核查查验必须（i）可以查询每单买卖并验证沒有显著非常值得添加的买卖，而该买卖无缘无故地没法进到，或是（ii）在区块经营者中具备N分之一的信赖实体模型，而且在去中心化高TPS链中，（i）是不太可能的，而（ii）则更艰难，由于节点数小，乃至1of N信赖实体模型都更非常容易被毁坏，而且 假如该链的区块時间针对DAS而言太快（如同大部分去中心化高TPS链那般），则难以证实节点的区块不容易只是由于他们的公布速率很慢而被拒绝。

假如大部分区块经营者和生态体系组员尝试申请强制执行不火爆的协议书变更，则客户的顾客毫无疑问会检验到它，可是小区抵抗和分岔的难度系数要大很多，由于她们必须转动一套新的价格昂贵的高货运量节点，以保持遵循旧标准的传动链条。

去中心化系统架构更非常容易遭受外界参加者的核查。区块生产制造节点的高货运量使其十分便于检验，而且更便于关掉。核查专用型的大数据处理理念和后勤管理上比在单独客户的笔记本上开展核查要非常容易得多。

大数据处理向去中心化云服务器迁移的工作压力更高，提升了全部链将在1-3家企业的云服务器中运作的风险性，因而，因为很多区块经营者另外不成功，造成 链奔溃的风险性更高。这些在自身的硬件配置上运作的验证者的分片链不容易那麼非常容易遭受这类进攻。

适度分片的系统软件最好是做为基本层。针对一个分片的基本层，您能够 将其搭建为Rollup，自始至终可以建立一个去中心化生产系统（比如，您要想一个用以DeFi的具备同歩可组成性的高货运量网站域名‌）。可是，假如您有一个取决于去中心化区块生产制造的基本层，则不可以在上面搭建一个更为区块链技术的Layer2。

文中创作者：以太币创办人Vitalik Buterin

英语全文：https://vitalik.ca/general/2021/04/07/sharding.html

非常感谢Dankrad Feist和Aditya Asgaonkar对文中內容的审批。

V神：目前两者之间明确提出新的自主创新 比不上完成目前艺术创意:V神发推称：“以太币生态体系（乃至全部数字货币生态体系）正处在那样一个环节：完成目前念头要比明确提出新的、更强的念头至关重要。三年前并不是那样的。”[2020/5/10]

响声 | V神：2016年选购MKR并不会太难，我绝大多数钱便是那么来的:今日，V神在twiter上回应网民称：“最开始在2016年，在公开市场操作上（即oasisdex）选购MKR是很有可能的，并且并不会太难。我明白是由于我绝大多数的钱便是那么来的。她们那时候仍未拉升MKR。”[2019/3/31]

响声 | V神：将BCH区块尺寸拓展到128MB是一个灾祸:对于最近互联网上提议将BCH区块容积限制由如今的32MB拓展到128MB的观点，有网民评价称，尽管现阶段的容积限制为32MB，但目前为止较大 的区块容积才为8MB。如今彻底沒有必需拓展到128MB容积限制，这类更改十分风险。V神也评价称，将BCH区块容积限制拓展到128MB是一个灾祸。[2018/8/2

标签：

区块链热门资讯