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分片,大规模采用区块链的道路

可以将区块链环境中的可伸缩性问题与宗教战争相比。 一个阵营绕过它(第二层脱链支票交易,闪电网络),另一个阵营忽略它(增加区块大小,比特币SV),最后一个阵营分片(以太坊2.0),试图在整个网络上传播区块链的内容。

分片是一种扩展区块链和其他DLT结构的方法,而从长远来看,这些结构目前尚不可持续。 可伸缩性问题是DLT尚未被公众广泛采用的主要原因之一。 到目前为止,仅在集中式数据平台上使用分片。

由于每个节点都必须处理每笔交易,因此用户不可避免地会遇到性能和可靠性问题(吞吐量会降低),从而导致更高的费用。

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分片的本质

长期以来,“所有一切”的哲学一直是分布式系统的核心。 但是更多的交易阻塞了网络。 网络中更多的用户意味着更多的可以正确执行交易的验证者,也意味着更多的交易。 由于我们拥有更多的验证器,因此这将永久性地提高安全性,但与此同时,用户每秒起诉更多交易并下载区块链的难度更大,从而开始集中化网络。

而且没有必要。 在分片的情况下,其思想是从线性模型(其中每个节点必须计算每个操作)转变为并行模型,在该模型中,节点被分配为仅处理某些计算。 这从根本上改变了传统的区块链概念。

使用分片,您不必拥有成千上万个副本的大型公共数据库。 不需要以这种价格不断提高安全性,因为随着带宽的技术自然增长,网络可以逐渐变得“更安全”,简而言之就是起诉所有交易的问题。

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当代分片

最简单的实现是Beanstalk设计-使用硬分叉在没有字符串间通信的情况下在多个字符串上分片单个字符串区块链。 不幸的是,由于逻辑上每个字符串的验证器数量较少(攻击减少51%,数量却大大减少),因此安全性较低。

这就引出了一个问题,谁为每个单独的碎片选择验证器? 例如,如果黑客仅危害5.1%的验证程序,则他可以控制整个碎片(单碎片接管),但前提是所有这些验证程序都来自同一碎片。

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因此,将验证程序随机分配给分片,并且这种巧合(包括其他控制功能)由所谓的信标链(“信标”)提供。 然后,黑客极不可能将所有受害者置于同一碎片中,这大大降低了他威胁系统的能力。

分片,大规模采用区块链的道路Zdroj:NEAR协议(Medium.com)

信标链的存在使我们进入了二次分片。 从理论上讲,分片具有无限的可扩展性,但是有了Beacon链(一个额外的区块链),其复杂度与系统中的分片数量成比例增加,或者似乎保留了标准区块链的缺点。

但是,尽管信标链仍然保留了可伸缩性问题,但分片网络的结构为其节点的所有增强功能带来了乘数效应。 随着操作网络的节点(包括信标链中的节点)变得更快,系统的吞吐量将呈平方增加(“平方”)。

二次分片不是可扩展的无穷大,但它将比所有当前的区块链结合起来功能更强大。 但是,众所周知,弗拉德·扎姆菲尔(Vlad Zamfir)正在研究不包含信标链的分片设计。

跨分片交易

Beanstalk设计不是一个非常有用的分片方向,因为如果单个分片无法彼此通信,那么它们并不比许多独立的区块链好。

想象一下单个分片中帐户之间的简单付款。 整个过程可以由验证者在此分片中完成。 但是,如果事务处理地址位于两个不同的分片中,则验证程序将无法仅从一个分片完成整个过程。 然后就有部分完成交易的风险。

分片,大规模采用区块链的道路资料来源:NEAR协议(Medium.com)分片问题

一组恶意验证者还可以尝试创建派生分支,从而导致开发新的共识规则和派生选择,或者创建具有荒谬交易的区块。 例如,通过一无所有创建令牌。

分片,大规模采用区块链的道路Zdroj:NEAR协议(Medium.com)

在经典的非强化区块链中,这种攻击是不可能的,因为网络中的所有参与者都会验证所有区块,并且具有这种荒唐交易的区块将被其他区块制造商和非区块链网络参与者都拒绝,无论其链长如何。

分片,大规模采用区块链的道路Zdroj:NEAR协议(Medium.com)

但是,在分片的区块链中,没有参与者可以验证所有分片上的所有交易。

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结论

与人类登月相比,分片是当代密码学的巨大挑战。

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