分片技术将如何实现区块链扩容

 新闻资讯     |      2019-10-04 14:30

在本文中,咱们将以以太坊区块链上的分片技能为例,剖析分片技能将怎么完结区块链扩容。

在本文中,咱们将以以太坊区块链上的分片技能为例,剖析分片技能将怎么完结区块链扩容。

众所周知,现在最常用的区块链是以太网,所以了解为什么以太坊开发者社区期望在以太坊上选用分片技能,将有助于了解分片技能是什么,以及分片技能为什么是一个受欢迎的扩容解决方案。

ETH Gas Station表明,在以太坊网络中,将买卖添加到以太坊区块链大约需求1.78分钟,生成一个新区块需求32秒,均匀每秒处理15-20笔买卖。可以看出,以太坊生态体系是一个对矿工有利,而非对用户有利的环境,假如用户想要优先处理他们的买卖,就必须进步该笔买卖的gas(手续)费用。

低吞吐量、高推迟和高买卖费用是当时以太坊面对的首要问题,一些对扩展性有要求的服务和运用不太合适选用以太坊网络。以太坊吞吐量低的首要原因是每个节点都要处理体系中的一切买卖。

分片技能是什么?

简略地说,分片是一种分区办法,将核算作业量和存储作业量散布到P2P网络上,这样每个节点就不担任处理整个网络的一切买卖,而是只处理自己本分区(或分片)的信息。

为了进一步了解分片,咱们从完结分片最简略的方法开端讲,V神在他的文章中将这种方法称为“scaling by a thousand altcoins(通过上千种山寨币来进行扩展)”。

在这个分片方法中,咱们不会只运转单条区块链,而是运转多条区块链,而且不是将每条链称为区块链,而是称为shard(分片)。每个分片都会具有独立的验证者或节点网络,即通过 PoW 机制挖矿或许质押投票机制来验证买卖和生成区块的网络参与者。

分片技能面对的一些首要应战

在测验运用分片技能中,咱们发现的第一个问题是,由于每个分片都有自己的验证者,单个片区的安全性就会比整条链更差。例如,一条有 X 个验证者且没有分片的区块链,决议硬分叉成一条有分片的链,并将 X 个验证者分摊到10个片区中,那单个片区中的验证者数量便是 X/10个,因而只需求操控总验证者数量的 5.1%(51%/10)就可能损坏一个分片。

咱们遇到的第二个问题是:“由谁来为每个分片挑选验证者?”关于一个坏的参与者来说,假如一切5.1%的验证者都在同一个分片中,则操控5.1%的验证者会形成欠好的状况。假如验证者无法挑选验证哪个分片,则操控5.1%验证者的参与者极不可能在同一分片中取得一切验证者,然后大大降低了它们损坏体系的才能。

实际上,简直一切的分片规划都依赖于某种随机性(randomness)来为分片分配节点,且随机性和验证者分配都需求不针对任何特定分片的核算。为了完结这种核算,简直一切现有的规划都包括一条独自的区块链,担任履行保护整个网络所需的操作。

这个链在以太坊中称为信标链(Beacon Chain),担任生成随机数、为分片分配节点、接纳分片的信息更新(并创立快照)、处理权益证明(PoS)和其他各种功用。

信标链也有一些不足之处。由于信标链需求做一些记账核算作业,且这些核算量是与体系中分片的数量成正比的,所以分片数量越多,信标链的核算作业量就越大。这就呈现了与没有运用分片网络时的相同问题:低吞吐量和高推迟,所以分片网络存在一个与生俱来的可扩展性约束的问题。

可是,分片网络的结构的确对节点的任何改善都具有乘法效应。由于任何进步节点功率的提高都会使节点能更快地处理买卖,假如运转网络的一切节点处理买卖的速度都变成 4 倍,那每个分片可以处理的买卖量将是之前的4倍,且信标链可以保持的分片数量也将是之前的4倍。由此来看,整个体系的吞吐量将变成之前的 4x4=16 倍。

怎么将数据分割为碎片?

让咱们先看看节点在区块链上首要履行那些业务:

1.处理/验证买卖

2.将通过验证的买卖和已完结的区块传播给其他节点

3.存储一切买卖的前史

跟着网络的开展,节点需求可以跟上网络的需求,然后跟着网络的开展而添加;

1.跟着需求处理的买卖的数量不断添加,要求每个节点添加更多的核算才能

2.跟着需求中继的买卖的数量不断添加,节点在中继买卖和区块时需求更多的网络带宽;

3.跟着状况的增多,节点在存储数据时需求更多的存储空间。

从这三点可看出,不管每秒的买卖量和中继的买卖量是否添加,数据存储都会添加。

尽管很多人提议过对存储进行分片,而不是对买卖处理进行分片,可是有一些项目现已完结了对买卖处理的分片(而非对存储分片),最常见的分片类型被称为“状况分片”,在状况分片中,每个分片中的节点都在建立自己的分片链,这条链包括的买卖只会影响该分片大局状况中本地的状况。这意味着分片中的验证着只需求存储本地的状况,而且只需履行和中继那些影响本地状况的买卖。

来历|hackernoon

作者|Tiaan Wolmarans

翻译|头号仓Annie

编译|头号仓Alonso Chen

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