本文的目的是使人們更好地理解什么是分片，這是以太坊公司區(qū)塊鏈縮放解決方案之一。以太坊已經(jīng)提出了從第一階段到第六階段關(guān)于分片的階段性開(kāi)發(fā)路線(xiàn)圖。到目前為止，最明確定義的階段（階段1）已經(jīng)結(jié)束，而其他階段正在按順序開(kāi)發(fā)。（截止2018年6月8日）分片發(fā)展路線(xiàn)圖如下：

圖1所示。在本文中，我討論了分片階段1，以便提供分片的清晰概述。關(guān)于分片的更多細(xì)節(jié)將在下期分片問(wèn)答中討論。

分片的背景

分片是以太坊公司為解決區(qū)塊鏈（如等離子體和萊頓網(wǎng)絡(luò)）的可伸縮性問(wèn)題而提出的一種解決方案。等離子體和萊頓網(wǎng)絡(luò)是脫鏈解決方案，分片是一種通過(guò)改變主鏈本身的協(xié)議來(lái)提高主鏈性能的鏈上解決方案。

應(yīng)用鏈上解決方案需要主網(wǎng)絡(luò)的硬分支，而非鏈上解決方案通過(guò)在主鏈外添加其他系統(tǒng)來(lái)消除對(duì)硬分支的需要。

此外，基于厲害關(guān)系證明（PoS）算法設(shè)計(jì)分片，以支持以太坊所設(shè)想的從工作量證明（PoW）到厲害關(guān)系證明（PoS）的過(guò)渡。

關(guān)于分片

首先，分片是一種鏈上解決方案，它將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)按照部分順序來(lái)存儲(chǔ)事務(wù)。然后并行處理這些事務(wù)，以解決區(qū)塊鏈可伸縮性問(wèn)題。簡(jiǎn)而言之，數(shù)據(jù)被分割并存儲(chǔ)為單獨(dú)的分片以供處理。

“分片”的概念源于數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境。在數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境中，分片是對(duì)表進(jìn)行水平分區(qū)以處理和存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的過(guò)程。

同時(shí)，以太坊共享將主鏈分割成N塊。每個(gè)分片并行地處理網(wǎng)絡(luò)上的所有事務(wù)。因此，網(wǎng)絡(luò)的總體吞吐量通過(guò)多個(gè)分片來(lái)提高，這與當(dāng)前主鏈的事務(wù)處理機(jī)制形成了對(duì)比。例如，假設(shè)有100個(gè)事務(wù)。使用10個(gè)分片鏈，每個(gè)分片鏈平均可以同時(shí)處理10個(gè)事務(wù)。

分片鏈的特點(diǎn)

為了更好地理解分片，必須了解分片鏈的組件和關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)。然而，隨著分片研究的不斷深入，分片相關(guān)的組件和術(shù)語(yǔ)也在不斷變化。但同樣，本文還是在第一階段規(guī)范的再次進(jìn)行的討論。

排序： 在分片鏈的主鏈中，排序與塊的作用相同。排序規(guī)則由事務(wù)列表組成。整理構(gòu)成的信息，并通過(guò)提案人的簽名提交給主鏈。在這里，事務(wù)列表指是排序中的事務(wù)列表。

提案人：提案人主要負(fù)責(zé)收集事務(wù)，創(chuàng)建提案，然后將其提交給核對(duì)人。此外，提案是未經(jīng)驗(yàn)證的整理。

Collator：審核申請(qǐng)人提交的提案。對(duì)于每個(gè)時(shí)間段，一個(gè)排序器被分配給一個(gè)分片，而分片是在某個(gè)時(shí)間段之前隨機(jī)選擇的。

執(zhí)行器：將整理的數(shù)據(jù)傳遞到主鏈中的分片管理器契約（SMC）中。這改變了分片鏈的實(shí)際狀態(tài)。（執(zhí)行器出現(xiàn)在分片階段3）

期間：分片鏈的整理數(shù)據(jù)向主鏈提交的時(shí)間。這里的單位是主鏈中的塊數(shù)。例如，如果PERIOD_LENGTH = 5，生成5個(gè)塊的是1周期。

前瞻周期 ： 核對(duì)人是SMC在驗(yàn)證分片鏈中的排序之前偽隨機(jī)分配的。同樣，“前瞻周期”表示每個(gè)排序器在某個(gè)時(shí)間段之前被分配到哪個(gè)分片鏈。例如，如果LOOKAHEAD_PERIODS = 4，它意味著核對(duì)人在4周期之前必須把數(shù)據(jù)分配到分片鏈中。然后，核對(duì)人才可以確保他們提前下載分片鏈的狀態(tài)信息的時(shí)間。

分片經(jīng)理合同（SMC）

SMC是在分片鏈中起重要作用的一種智能合約。SMC連接主鏈和分片鏈，管理整理器、提案器。SMC的角色對(duì)于分片鏈參與主鏈?zhǔn)侵陵P(guān)重要的。SMC的主要作用如下：

讓我們看看分片鏈的結(jié)構(gòu)和SMC的作用

PoS系統(tǒng)：SMC管理核對(duì)人的存款。如果核對(duì)人在分片鏈中做錯(cuò)了什么，那么SMC可能會(huì)削減一個(gè)人的存款。

偽隨機(jī)抽樣：SMC偽隨機(jī)將數(shù)據(jù)分配給核對(duì)人池中的分片鏈。這減少了核對(duì)人攻擊特定分片的可能性，這樣可以防止核對(duì)人知道哪個(gè)分片會(huì)被分配給哪個(gè)分片。

整理頭驗(yàn)證：驗(yàn)證分片鏈提交的整理頭。SMC通過(guò)addHeader函數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，并且必須在啟用排序之前進(jìn)行驗(yàn)證。

跨分片通信：對(duì)于分片的事務(wù)傳輸，必須在主鏈中創(chuàng)建收據(jù)。SMC起到管理這個(gè)收據(jù)的作用。當(dāng)分片鏈中的用戶(hù)創(chuàng)建收據(jù)時(shí)，該收據(jù)將通過(guò)SMC傳遞給另一個(gè)分片鏈，并使用它來(lái)傳輸分片事務(wù)。（這將在分片階段4中實(shí)現(xiàn)）。

鏈上治理：SMC在鏈上治理中起著核心作用。整理人員的投票通過(guò)SMC進(jìn)行處理，以便這些投票可以在鏈上進(jìn)行。

分片鏈?zhǔn)綑C(jī)制過(guò)程

現(xiàn)在讓我們看看分片鏈?zhǔn)侨绾喂ぷ鞯摹Ｎ蚁胱屇銈冇涀》制湹慕M成和術(shù)語(yǔ)來(lái)理解分片鏈的機(jī)理過(guò)程。

（1）首先，想通過(guò)SMC成為提款人的網(wǎng)絡(luò)參與者存款余額。

（2）同樣，希望通過(guò)SMC成為核對(duì)人的網(wǎng)絡(luò)參與者也可以通過(guò)SMC進(jìn)行存款。

（3）整理人員定期檢查SMC狀態(tài)，看是否選擇他們作為整理人員。

（4） SMC將整理器偽隨機(jī)分配到每個(gè)分片鏈上。使他們?cè)谇罢捌陂g下載分片的先前狀態(tài)。每個(gè)整理人會(huì)從提出選定方案的提案人處收到建議標(biāo)書(shū)。

（5）然后提案人向保證人提交建議書(shū)。（建議書(shū)是指尚未核實(shí)的校勘。當(dāng)一個(gè)提案被核對(duì)人選中時(shí)，提案人會(huì)從交易發(fā)起人那里收取交易費(fèi)用。）

（6）整理人進(jìn)行表決，以核實(shí)每份建議書(shū)內(nèi)的交易是否有效。

（7）如果超過(guò)2/3的整理人批準(zhǔn)提案的交易有效，那么提案就是有效的。

核對(duì)人調(diào)用add_header函數(shù)并在投票后將新創(chuàng)建的校對(duì)標(biāo)頭發(fā)送到SMC。通過(guò)SMC上傳的add_header連接到主鏈。

分片將在這個(gè)階段中添加執(zhí)行器和跨分片事務(wù)等功能。首先分析了最基本的分片化連鎖經(jīng)營(yíng)流程和激勵(lì)結(jié)構(gòu)。讓我們看看分片鏈的分叉選擇規(guī)則。

分片鏈的分叉選擇規(guī)則

與主鏈一樣，在分片鏈中選擇分支的鏈也是一個(gè)問(wèn)題。當(dāng)前主鏈有一個(gè)分叉選擇規(guī)則，當(dāng)分支發(fā)生時(shí)，它會(huì)選擇最長(zhǎng)的邊。然而，分片鏈中的分叉選擇規(guī)則更為復(fù)雜。

在分片的情況下，主鏈和分片鏈基本上都是長(zhǎng)鏈。也就是說(shuō)，1）選擇最長(zhǎng)的分片鏈，2）主鏈需要較長(zhǎng)的分片鏈。讓我們仔細(xì)看看下圖。

在階段1中，分片鏈中的分叉選擇規(guī)則取決于最長(zhǎng)的主鏈。也就是說(shuō)，當(dāng)一個(gè)分支發(fā)生時(shí)，分片鏈的選擇不應(yīng)該僅僅是最長(zhǎng)的分叉鏈，而是主鏈中最長(zhǎng)的分叉鏈。

例如，在圖8中，包含塊B3的主鏈?zhǔn)亲铋L(zhǎng)的鏈。因此，可以看出塊B3是有效的，以及collation C3也是有效的。得分是塊或整理的高度。

如圖所示，當(dāng)添加塊B3 ‘時(shí)，上面的鏈和下面的鏈被捆綁在一起。在這種情況下，根據(jù)主鏈上的分叉選擇規(guī)則，在分片時(shí)刻的有效塊是隨機(jī)確定的。

此時(shí)，B3塊被選擇為有效塊，而屬于B3的排序規(guī)則C3是有效的排序規(guī)則。

在上圖中，底層鏈中添加了一個(gè)新的塊B4 ’。底鏈?zhǔn)亲铋L(zhǎng)的主鏈。在這種情況下，當(dāng)我們比較排序規(guī)則 C3和排序規(guī)則n C2的分?jǐn)?shù)時(shí)，排序規(guī)則 C3分?jǐn)?shù)》 排序規(guī)則C2分?jǐn)?shù)。這意味著帶有排序碼C3的分片鏈?zhǔn)禽^長(zhǎng)的分片鏈。然而，分片鏈的選擇取決于主鏈。最長(zhǎng)的主鏈中包含的排序規(guī)則是C2，而不是C3。因此，盡管排序規(guī)則C2的得分較低，但排序規(guī)則C2也會(huì)成為一個(gè)有效的排序規(guī)則，并被選為一個(gè)有效的分片鏈。這就是分片鏈的分叉選擇規(guī)則。

在本文中，我們關(guān)注的是階段1，在階段1中給出了具體的規(guī)范，以幫助理解總體分片。如前所述，我們必須解決區(qū)塊鏈中的可伸縮性問(wèn)題。分片是非常有趣的，因?yàn)樗且粋€(gè)鏈上的解決方案，主要用于以太坊中的PoS轉(zhuǎn)換。

在分片的情況下，沒(méi)有發(fā)布具體的白皮書(shū)，所以公文是有限的。以太坊基金會(huì)仍在進(jìn)行分片，分片的信息存儲(chǔ)在不同的地方，比如prysmaticlabs、ethresearch和github。如果你想了解最新的分片信息，你需要不斷更新。