從跨境金融交易到供應鏈管理，區塊鏈在越來越多的試點項目中得到推廣，但一個長期存在的問題是： 缺乏可伸縮性。

隨著越來越多的計算機加入對等網絡，整個系統的效率通常會下降。可伸縮性已經被認為是比特幣和以太幣等加密貨幣的一個重大問題。如果分布式分類賬技術要被金融技術公司采用，并以數百倍的速度與支付網絡競爭，那么它必須找到一種方法來提高可伸縮性和吞吐量，并解決延遲問題。

進入“分片”。

分片是開發人員正在研究的幾種提高事務吞吐量的流行方法之一。簡單地說，分片是一種將計算和存儲工作負載分散到對等網絡的分區方式，這樣每個節點就不必負責處理整個網絡的事務負載。相反，每個節點只維護與其分區或分片相關的信息。

分片中包含的信息仍然可以在其他節點之間共享，這使得分類帳分散和安全，因為每個人仍然可以看到所有分類帳條目;它們只是不處理和存儲所有的信息。

共識的難題

公共區塊鏈最持久的問題之一是圍繞著共識協議——如何從用戶那里獲得協議，以確定擬議的交易是否真實，是否應該被添加到分布式分類賬中;共識協議中如最流行的工作量證明（PoW）機制，可以說是高度計算密集型的。

在基于POW的區塊鏈中，每個身份驗證計算機或節點都記錄鏈上的所有數據，這是協商共識過程的一部分。在比特幣等大型區塊鏈中，大多數參與交易的節點必須對新交易進行身份驗證，并記錄這些信息，才能將其添加到分類賬中;這使得完成每個事務變得緩慢而艱巨。正因為如此，基于POW的比特幣每秒只能處理3.3到7筆交易，而一筆交易完成需要10分鐘。以太坊是另一種流行的區塊鏈分類賬和加密貨幣，每秒只能處理12到30筆交易。

而Visa的VisaNet平均每秒處理1700筆交易。

將每個節點記錄的新信息添加到區塊鏈的優點是無可爭議的，不可更改的。基于POW的區塊鏈是寫一次，附加許多應用;因此，它們是不可變的。

以太坊和Hyperledger是全球領先的區塊鏈平臺，也是無數應用程序的基礎，從以太坊的以太幣等加密貨幣，到“智能”或自動執行的在線合約。以太坊正在探索分片，而Hyperledger則沒有。

分片是一個起源于水平數據庫分區的概念，以太坊正在采用它。因此，不是每個節點都必須處理所有事務，從而提高了可伸縮性，”Gartner副總裁、著名分析師阿維娃·利坦（Avivah Litan）說。

去年，在區塊鏈分類賬和加密貨幣達到每天100多萬筆交易之后，以太坊開始探索提高性能的方法。

以太坊解決了兩個提議的解決方案。一種是“第二層”機制——在標準數據庫中處理鏈外事務，只在分類賬上記錄永久性條目;另一個解決方案是分片，允許同時并行處理更多事務。

第二層協議將大多數事務發送到鏈外，僅與底層區塊鏈交互，以便進入和退出第2層系統。第2層協議在LAN或相鄰WAN中的節點之間傳輸數據，減輕了P2P區塊鏈網絡的負擔。

在分片被激活之后，區塊鏈的“狀態”被分割成分片或分區。Litan解釋說，每個獨特的用戶帳戶相當于一個分片，帳戶只能與同一分片中的其他帳戶進行交易。她說：“這使得許多并行事務可以同時發生。”“由以太坊選擇的單獨協議允許跨分片通信。”

分片安全嗎？

以太坊的創建者維塔利克·布特林（Vitalik Buterin）當時在一篇博客文章中寫道，除了解決可伸縮性問題，一些人認為分片還能維護區塊鏈的本機安全性，因為它保留了“區塊鏈所需的大部分分散式和安全特性”。

從理論上講，事務吞吐量的增加與分片的數量成線性關系。Linux基金會的Hyperledger區塊鏈項目的安全專家David Huseby說：

為了維護區塊鏈的安全性，必須防止分片收購。根據康奈爾大學（Cornell University）發表的一篇研究論文，破壞給定分片中的節點將導致相應數據部分的永久丟失。

例如，在以太坊網絡模型中，節點必須隨機分配給一個分片，并在隨機時間里重新分配給另一個分片。

這個想法是為了讓攻擊者很難預測或強制他們的（惡意）節點被分配到哪個分片。這使得拜占庭式地接管任何一個分片都變得更加困難。

Huseby解釋說，用Hyperledger區塊鏈進行分片并非如此簡單。“我們的區塊鏈通常不像加密貨幣那樣處理‘地址’。

Hyperledger區塊鏈專注于維護一個全局狀態（想想數據庫），共識機制調節狀態的更新，而區塊鏈安全地存儲狀態更新，”Huseby說。

Hyperledger網絡可以像以太坊那樣垂直切分，但由于它不分割地址空間，因此可以嘗試不同的分片技術。

Huseby表示：“如果我必須對Hyperledger網絡進行切分，我會首先利用交易驗證和區塊構造之間的區別。”“事務驗證比塊構造要慢得多，所以我的第一個步驟是大幅增加事務驗證器節點的數量。”

第二個挑戰是處理“瘦”客戶端（也稱為SPV（簡化支付驗證）錢包），以確保這些節點在分片時擁有區塊鏈狀態的全貌。為了解決與分片相關的可見性問題，瘦客戶機通過單獨的網絡進行通信，并為每個分片維護本地狀態副本。

最后，分片間通信提出了一個挑戰，因為每個分片都作為一個單獨的區塊鏈網絡出現。

解決通信問題

本月早些時候，初創公司Devvio宣布，它已經創建了一種基于分片、第2層協議和有效協商機制的高效分布式賬本協議，可以解決區塊鏈網絡面臨的所有主要問題。Devvio表示，它的協議每秒可執行多達800萬筆交易，這將擴大全球金融業務的規模。

在Devvio的“Devv”協議中，每個分片代表一個單獨的區塊鏈分類賬;該公司聲稱，隨著時間的推移，可以將數千個分片添加到全球公共區塊鏈中，最終每秒處理數千萬次交易。例如，每個分片都是Devv分散式分類賬上的獨立區塊鏈節點，可以處理多達3000個事務。Devvio首席執行官湯姆·安德森表示，添加另一個節點將使能夠處理的事務數量增加一倍。

每個分片（也是一個加密貨幣錢包）成為一個更大網絡上的輸入，Devvio將其稱為T1網絡;單個分片可以通過稱為T2的獨立事務網絡與其他分片通信。

Forrester Research的首席分析師瑪莎?班尼特（Martha Bennett）指出，目前使用或計劃使用分片的區塊鏈框架，其功能幾乎都不一樣。

在安全性、存儲效率和計算效率方面實現最佳保證。關鍵的直覺是節點不應該存儲復制的數據;相反，它們應該存儲編碼的數據線性組合。

例如，在瑞士非盈利組織分布式技術研究基金會（DTR）的支持下，7所大學剛剛宣布他們正在開發一個數字貨幣網絡，通過分片來解決區塊鏈的可伸縮性和性能問題。

DTR基金會理事會成員喬伊?克魯格（Joey Krug）表示：“缺乏可伸縮性阻礙了加密貨幣的采用，（我們的）開創性研究正在解決這個問題。”“開發人員正在將這項研究轉化為真正的可伸縮性能，這將使大量分散的金融應用程序受益。”

Unit-e正在使用“全新的分片方式”，稱為“PolyShard”，這是一種存儲和計算解決方案，在不犧牲安全性的前提下，隨著用戶的增加而變得更高效。關鍵是，PolyShard協議將來自不同用戶和事務的數據混合在一起，仍然允許精確的數據恢復，類似于服務器和存儲系統上的虛擬化。

然而，到目前為止，分片機制仍然處于開發和測試階段（從某種意義上講是理論階段），并且創建的標準化方法不僅解決了可伸縮性問題，而且解決了安全性問題。在考慮分片解決方案之前，必須解決這個挑戰。

Husebuy說：“對于可伸縮性來說，分片并不是一個簡單的解決方案。”“有很多細節需要考慮，我們需要一些實證實驗來支持這個理論，然后我們才能稱之為安全。”實現必須小心假設，這樣攻擊者就不會有漏洞可鉆。