分片是数据库分区的一种形式，也称为水平分区。这个过程包括将一个非常大的数据库分解成更小的、更易管理的部分，目的是改进表演并减少查询响应时间。

分片并不是一个新概念，至少从20世纪90年代末开始就存在于传统的集中式数据库管理中。这个术语实际上是由第一个大型多人在线角色扮演游戏(MMORPG)之一的Ultima Online流行起来的，在该游戏中，开发者将玩家分散在不同的服务器上(不同的“世界”游戏中)来应对交通。

在商业中，分割大型数据库的一个常见例子是将客户数据库分成不同的地理位置。相同地理位置的客户被分组在一起，放在不同的服务器上。

就区块链而言，什么是分片？

区块链网络是数据库，其中的节点代表单独的数据服务器。如果我们将分片应用到区块链，这将意味着将区块链网络分解成单独的部分(或分片)。每个碎片都有一组独特的智能合同和账户余额。

节点将被分配给各个分片来验证事务和操作，而不是每个分片负责验证整个网络上的每个事务。

这个想法是，通过将区块链分解成更易于管理的部分，它应该导致事务吞吐量的增加，从而克服可量测性当今大多数主要区块链所面临的问题。我们将在下面更详细地讨论这个问题。

分片是如何工作的？

为了解释分片，让我们以以太坊区块链为例。

这以太坊区块链由数千台计算机组成，又名节点——目前有8622台，据ethernodes.org—每个都为网络提供了一定的哈希能力。正是这种散列能力使得以太坊虚拟机(EVM)能够运行——即执行智能合约并运行分散应用(DApps)。

目前，以太坊工作在顺序执行的基础上，其中每一个节点都必须计算每一个操作，处理每一个交易。因此，通过这一验证过程的交易可能需要很长时间。目前，以太坊徘徊在每秒10个事务(TPS)——相比之下，Visa24，000 TPS平均来说。将计算机加入网络不一定会提高效率，因为整个分类账都保存在每一台计算机上，验证的链条只会变得更长。

使用分片，想法是从线性执行模型(其中每个节点必须计算每个操作)转移到并行执行模型(其中节点被分配来仅处理某些计算)。这将允许同时进行多个并行事务处理。

区块链将被分成单独的碎片(子域或“桶”)。节点只需运行分类帐分配它们是为了执行流程和验证交易，而不是一直维护整个分类账。

分片可能解决什么问题？

分片是区块链持续的可伸缩性问题的一个潜在解决方案。

如上所述，区块链网络面临的最大问题之一是可扩展性问题。区块链网络越受欢迎，越多的用户开始在网络上进行交易、分散应用和其他处理。

交易活动的增加对验证交易的节点提出了更高的要求，并且这些区块链有可能被阻塞的真实威胁神秘小猫热，当时游戏占网络交易的11%)。如果发生这种情况，交易速度会变得非常慢，这对于长期可持续的区块链应用来说不是一个理想的情况。

如上所述，如果将区块链分解成更小的部分，将责任分配给各个部分的节点团队，则每个节点不必维护整个分类帐来执行每个操作。因此，事务验证可以并行进行，而不是以线性方式进行，从而提高整个网络的速度。它为围绕区块链网络的可扩展性问题提供了解决方案，因此从长远来看更具可持续性。

分片有什么缺点吗？

目前，分片的主要挑战与通信和安全有关。

如果您将一个区块链分割成孤立的片段，每个片段将显示为一个独立的区块链网络。一个子域的用户和应用程序将不能沟通与另一个子域的用户和应用程序进行通信，而不需要实现特殊的硬间通信机制。这给开发人员增加了一层额外的复杂性。

在分段的区块链中，安全也成为一个问题，因为黑客更容易接管单个碎片，因为控制单个碎片所需的哈希能力降低了，这也被称为单个碎片接管攻击或1%攻击。一旦一个片段被劈攻击者可能会向主网络提交无效的事务，或者特定网段中的信息可能会失效并永久丢失。以太坊针对这一安全风险提出的解决方案是随机抽样，即随机指派碎片公证人到不同的部分来验证块认证。

分片有替代方案吗？

开发人员提出了另外两个建议来提高区块链的性能和交易速度。

首先是增加块大小的基本思想是，块越大，块中可以容纳的事务就越多，因此，每秒的事务数就越高。虽然这是事实，但这也意味着块大小越大，验证块所需的计算能力就越大。

如果块大小无限增加，那么只有最专业的、高性能的计算机设备才能处理作为节点所需的处理能力。此类设备成本的增加意味着节点池必然会变得更小、更集中，从而增加51%的攻击。增加块大小还需要硬叉子，这有分裂社区的风险。如果不是每个人都升级到新区块链，两个独立的链将存在，使用两个独立的硬币。由于这些问题，增加块大小只是一个短期的解决方案。

第二个建议是使用替代硬币这样不同的功能和不同的应用程序就可以用它们自己的硬币在它们自己的链上运行。这将提高性能，因为您不会使单个区块链过载，但也会增加安全风险，因为所有的散列能力现在都分散在几个区块链上。同样，这使得黑客攻击网络变得更加容易，因为执行一次成功的51%攻击所需的哈希能力要小得多。因此，这不是一个可行的解决方案。

谁使用分片？

一些区块链已经实施了分片机制，而在其他国家，该机制仍在开发中。

Zilliqa是第一个实现分片的公共区块链平台。它能够在其测试网络中实现2,828 TPS。

Near的区块链生态系统允许开发人员轻松构建和部署分散式应用程序。它还呼叫它本身是“一个分片的、开发者友好的，利害关系证明区块链”，并表示其分片技术允许节点保持足够小，以便在简单的云托管实例上运行——未来甚至可能在移动设备上运行。

与Near类似，以太坊为基于智能合约的DApps的实现提供了一个区块链生态系统。以太坊基金会计划在2020年1月推出的以太坊2.0更新中引入分片技术以太坊基金会呼吁2019年6月13日。

其他将分片视为可伸缩性问题解决方案的区块链项目包括卡尔达诺，夸克链和PChain.

区块链划片的未来是什么？

最近，由于脸书的天秤座硬币，分片获得了更多的关注。

脸谱网最近发布了更多关于天秤座硬币的细节白皮书，计划于2020年上半年推出。它还浮现脸书收购了Chainspace，后者的开发团队主要专注于区块链分片。这意味着天秤座区块链将会实施某种形式的区块链分割。

然而，从更普遍的意义上来说，分片可能是解决区块链三难困境的方案。

区块链三难，如所述维塔利克·布特林以太坊的创始人之一，你只能同时保持区块链的三个核心特征中的两个——即安全性、去中心化和可伸缩性。这是因为，为了拥有另外两个元素，你必须在至少一个元素上做出妥协。

正如Beniamin Mincu——埃尔隆德网络的首席执行官——在最近的《福布斯》杂志中暗示的那样，该网络是一个关注可伸缩性和互操作性的区块链协议文章，如果可以克服分片挑战，它将为区块链带来可扩展性，而不会影响分散化或安全性。反过来，这可以使区块链更接近可持续的主流采用。明库说:

“分片是复杂的，但它提供了吞吐量能力的提高，使公共区块链能够与VISA等网络竞争。不过，它面临的一些挑战包括单碎片收购、跨碎片通信和数据有效性。