區(qū)塊鏈系統(tǒng)的可伸縮性問題現(xiàn)在有什么技術(shù)可以解決嗎

區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用可能將改變組織存儲數(shù)據(jù)和執(zhí)行分布式事務(wù)的方式。即使在公共網(wǎng)絡(luò)上，區(qū)塊鏈也可以保證所有參與者都以安全、可靠和可驗證的方式訪問記錄。但是區(qū)塊鏈有一個非常明顯的限制：可伸縮性。隨著交易數(shù)量的增長，區(qū)塊鏈系統(tǒng)將變得更慢、更昂貴，從長期來看也不具備可持續(xù)性。

解決可伸縮性問題的一種方法是分片，這是一個將數(shù)據(jù)分割成可管理的塊分布在不同節(jié)點(diǎn)上的過程。區(qū)塊鏈分片技術(shù)已經(jīng)用于私有區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。但是對于公共網(wǎng)絡(luò)來說，分片帶來了一些挑戰(zhàn)，在公共系統(tǒng)能夠有效擴(kuò)展之前，必須解決這些挑戰(zhàn)。

區(qū)塊鏈的困境

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式分類賬技術(shù)，用于記錄一個或多個參與者之間的交易。在傳統(tǒng)配置中，分類帳分布在多個節(jié)點(diǎn)上，每個節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個完整的副本。區(qū)塊鏈按時間順序?qū)⒚抗P交易記錄到分類賬中，然后對這些交易進(jìn)行同步和驗證，這些交易在所有節(jié)點(diǎn)上都是透明的且可驗證的。

隨著交易數(shù)量的增加，分類帳的大小也隨之增加，從而導(dǎo)致在每個節(jié)點(diǎn)上處理和存儲更多的數(shù)據(jù)。部署額外的節(jié)點(diǎn)會使問題變得更嚴(yán)重，因為驗證需要更多的時間。由于每個節(jié)點(diǎn)都必須處理每個事務(wù)，隨著延遲的增加、吞吐量的降低和存儲成本的增加，用戶不可避免地將面臨性能和可靠性問題。

顯然，我們需要一種更好的方法來擴(kuò)展公共網(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)。區(qū)塊鏈分片是最流行的方法之一。它提供了一種擴(kuò)展工作負(fù)載運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲的方法，因此沒有一個節(jié)點(diǎn)會被迫處理整個事務(wù)負(fù)載。相反，數(shù)據(jù)會被劃分到單獨(dú)的區(qū)域中，每個節(jié)點(diǎn)被分配到一個特定的分區(qū)。通過這種方式，節(jié)點(diǎn)只處理和存儲與節(jié)點(diǎn)所屬的分區(qū)（或切分）相關(guān)聯(lián)的事務(wù)。

區(qū)塊鏈分片策略

分片的概念起源于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)跨多個服務(wù)器進(jìn)行分區(qū)，以改進(jìn)事務(wù)處理。以類似的方式，可以跨多個節(jié)點(diǎn)對區(qū)塊鏈處理進(jìn)行分區(qū)，從而啟用一個并行執(zhí)行模型，該模型可以提高性能，同時減少每個節(jié)點(diǎn)必須處理和存儲的數(shù)據(jù)量。雖然必須修改用于驗證事務(wù)數(shù)據(jù)塊的方法，但同時可以帶來更大的吞吐量和更低的延遲。

切分?jǐn)?shù)據(jù)的確切方法因應(yīng)用程序的不同而不同，并沒有哪一種辦法是最好的。但盡管如此，基本概念都是相同的。每個節(jié)點(diǎn)被分配給一個單獨(dú)的分片，并負(fù)責(zé)驗證該分片中的事務(wù)，而不是驗證整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的每個事務(wù)。

同時，分片包含事務(wù)冗余，以確保數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。將數(shù)據(jù)劃分為多個切片之后，每個切片將分布在多個節(jié)點(diǎn)上。例如，如果區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)支持1，000個節(jié)點(diǎn)，那么數(shù)據(jù)可能被劃分為10個分片，每個分片分配給100個節(jié)點(diǎn)。通過這種方式，每個節(jié)點(diǎn)只處理和存儲十分之一的數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)仍然跨100個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗證。

區(qū)塊鏈分片的優(yōu)勢是顯而易見的。事務(wù)可以并行處理，每秒可以處理更多事務(wù)——是傳統(tǒng)區(qū)塊鏈方法的10倍。與此同時，處理和存儲成本要低得多，因為每個節(jié)點(diǎn)只處理十分之一的數(shù)據(jù)。

分片的四個挑戰(zhàn)

對于企業(yè)私有區(qū)塊鏈部署來說，分片可能是一種有效的策略，但是在公共區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中使用區(qū)塊鏈分片并不容易。最大的挑戰(zhàn)之一是分片間的通信。

當(dāng)將節(jié)點(diǎn)分配給分片時，與該節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的用戶和應(yīng)用程序?qū)⒃摲制暈楠?dú)立的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，而不是較大系統(tǒng)的一部分。分片之間的通信很難建立，需要特殊的開發(fā)工作來實(shí)現(xiàn)通信機(jī)制。而且即便使用這種機(jī)制，分片之間的通信也會帶來更大的開銷，從而抵消掉分片的一些優(yōu)勢。

分片還會破壞一些更傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈方法帶來的制衡。使用分片，用戶不再下載和驗證整個事務(wù)歷史，因此他們不能確定數(shù)據(jù)的可靠性和不可變性——這是由事務(wù)塊的鏈接序列決定的。如果沒有這些安全措施，黑客就更容易操縱或控制分片，這種情況稱為單分片接管，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或泄露。

區(qū)塊鏈分片的另一個挑戰(zhàn)是一致性和驗證。不同的區(qū)塊鏈方法依賴于不同的算法來實(shí)現(xiàn)跨節(jié)點(diǎn)的一致。兩種常用的算法是工作證明（PoW）和利害關(guān)系證明（PoS）。兩者都決定了如何在分布式網(wǎng)絡(luò)上驗證事務(wù)，但是它們的驗證方式有所不同。

雖然對這些算法的比較超出了本文的范圍，但值得關(guān)注的是它們都可能影響分片的實(shí)現(xiàn)方式。一般來說，PoS被認(rèn)為比PoW更適合分片，大家認(rèn)為PoW不適合分片是因為它驗證事務(wù)的方式。不幸的是，許多區(qū)塊鏈平臺都依賴PoW來交付服務(wù)。

算法上的差異指向了另一個挑戰(zhàn)：對于如何實(shí)現(xiàn)分片，目前仍缺乏標(biāo)準(zhǔn)化。分片有幾種不同的方法，而且許多方法仍在研究、開發(fā)或測試中，以滿足涉眾對各種挑戰(zhàn)的需求。每一種分片方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，這使得行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更難被接受。

分片的未來

可伸縮性仍然是公共區(qū)塊鏈應(yīng)用實(shí)現(xiàn)所面臨的一個重大挑戰(zhàn)，分片是解決這個問題的主要方法之一。但是分片必須謹(jǐn)慎處理，以確保它不會對區(qū)塊鏈進(jìn)程產(chǎn)生負(fù)面影響或?qū)?shù)據(jù)置于危險之中。

事實(shí)可能會證明，區(qū)塊鏈分片將需要與其他技術(shù)（例如用于跨分片邊界通信的新協(xié)議）一起實(shí)現(xiàn)，以提供必要的可伸縮性。在那之前，公共區(qū)塊鏈存儲可能仍將是今天的狀態(tài)——隨著數(shù)據(jù)的增加，性能會下降。

來源：搜狐