区块链分片技术其实并不高深莫测 - 区块链前沿 - BitMere

##1.分片对区块链行业有什么意义？分片区块链的基本设计会是怎样的？

Preston：

为了让以太坊大规模应用，我们非常需要协议层的扩容方案，也就是分片。分片在传统数据库中就有应用，而区块链本身就是一个大数据库，那么分片的想法应该是可行的，但具体实施时非常复杂。如果我们能成功分片，将可以极大地加快交易处理速度。

贾瑶琪：

目前有状态通道、侧链等扩容技术，但这类方案对区块链去中心化的属性有影响。对于分片的设计来说，我们在扩容的同时，要确保去中心化和安全性。以以太坊为例，分片的基本设计就是，把1万4千个节点分成不同的小组，比如14个组，对交易进行并行处理。不同的分片处理不同的交易，这就是分片扩容。

##2.如何编写将状态数据和执行分离到不同分片中的智能合约？

Preston：

当前智能合约的编写还是尽量在一个分片中进行，跨分片通信还是相当麻烦的。目前我们在重写以太坊虚拟机EVM，重写后，EVM将被新的虚拟机eWASM取代。有一种想法是，我们让不同分片有各自不同的执行实施，可以让分片不在链上执行，只提供可以在虚拟机上执行的数据，这样效率会更高。

贾瑶琪：

我们已经能将智能合约分片。在当前阶段，如果发送者的地址和智能合约地址在同一个分片上，交易就会在这个分片上执行。其他的相关交易将会被分配到专门的分片中，在1个epoch内执行。未来情况会有所不同。我们正在开发新的智能合约编程语言Scilla。语言本身安全性很高，用该语言编写的智能合约也能够轻松被其他工具验证。

##3.分片在哪种安全模型下运行？

贾瑶琪：

对于Zilliqa来说，Zilliqa中任何分片都必须有至少600个节点才能确保其中拜占庭节点(即恶意节点)的比例至少为三分之一的概率降到非常低（百万分之一），从而采用BFT协议达成共识。

在跨分片通信方面，本月初我们就完成了智能合约分片，但现阶段我们也试图避免跨分片通信。我们用算法将不同的智能合约分配到不同的分片中，连同交易一起。对于比较复杂的智能合约，我们直接将它们分配到专门的分片中。未来我们想在编程语言层面上提供智能合约的分片，也就是说开发人员可以直接编写可分片的数据结构。同样的智能合约可以在不同的分片中有不同的存在，同时也不影响安全性。这个模型类似于MapReduce。

##4.对于分片来说，合适的经济模型可能是哪些？

贾瑶琪：Zilliqa的构架与其他区块链不同，主网是默认分片的。Zilliqa的激励模型和比特币、以太坊不一样。比特币是，谁验证了谁拿走全部奖励；Zilliqa是所有有贡献的节点（分片）都可以获得奖励。这样的模型更公平。对于以太坊未来PoS的共识机制，在分片中押注ERC-20代币以获得奖励，这种方法难度很大，因为必须要考虑代币的供应和代币本身的经济模型。

##5.什么是透明分片？优点和缺点分别是什么？

贾瑶琪：透明分片的概念其实就是分片系统对所有开发者和用户都是透明的。开发者编写或者部署智能合约时，不用考虑基础协议。比如在以太坊上，用Solidity语言编写智能合约，系统会处理智能合约的执行和部署，对于开发者来说会方便很多。但是，有时候，开发者也不能利用分片构架的优势。比如，开发者以像MapReduce那样的方式编写智能合约，他们会把一些智能合约发送到Map，一些发送到Reduce；相比之下，让不同分片并行处理智能合约效率会更高。

##6.以太坊，Zilliqa在分片上的特点是什么？

Preston：

以太坊有不同的分片团队进行自己的开发工作。开发者会形成一个规范，不同的团队会根据规范构建自己的实施，最后我们可能有4-5个可靠的客户端，这样也增加了安全性。即使有1，2个无法工作，网络也能正常运行。

我们的团队没有使用CasperCBC共识协议，而是使用FFT，试着提高资源效率。同时，以太坊中还是用了信标（Beacon）链，用于产生将验证者随机打乱的随机数。它的实施是随机数显示方案（revealscheme）和可验证延迟函数的结合，以获得很难或者无法受到影响的“真”随机数。此外，我们需要很多验证者签名，BLS签名可以在链上汇总签名并执行，不用一个一个签名验证过去，从而会提高效率。

贾瑶琪：

Zilliqa的构架与其他区块链不同，我们在最开始就考虑到了分片。在当前的构架中，我们有正常的分片，也有专门的分片，称为DirectoryServiceCommittee。正常分片会发起macroblock（分片处理的交易信息、智能合约信息），同时也会包含epoch的网络状态，最后向其他正常分片广播，最后所有正常分片获得最新的状态信息。对于Zilliqa来说，我们的节点不存储交易的历史记录，我们只储存交易的最新状态，从而减少数据的储存。我们与欧洲的一些项目有合作，希望用分布式存储服务或者项目来将数据放到它们的系统中。虽然我们在做状态分片，但我们只能部分减少的存储开销（overhead，并不与数据直接相关，但仍是系统必需的额外存储），必须找到一个办法把大部分的状态和交易的overhead转移出去储存，比如转移到分布式存储服务中或者创建另外一个layer来储存数据。但状态分片并非最终的解决方案，我们还需要找到更好方法。

##7.建立一个分片的状态通道是可能的吗？分片的未来方向会是什么？

贾瑶琪：状态通道倾向于“弱中心化”，如果有中心化的服务器，那么分片的状态通道是非常高效的。侧链的分片是可能的。比如通过在Zilliqa主链上部署分片智能合约加上信标侧链，将以太坊的分片方法应用在Zilliqa主链上，这样Zilliqa的主链以及侧链都能分片。

对于去中心化交易所，它们更喜欢链上的解决方案，因为更去中心化、更安全，分片和状态通道的结合不太会在这里应用。未来，我们可能有多个公共区块链共存，也有Polkadot和Cosmos这样的跨链解决方案，在游戏、数字广告等需要实时反应的行业肯定需要状态通道。但我不确定是否需要分片的状态通道。

##8.对区块链的未来有怎样的愿景？

Preston：希望未来的区块链能够依托于具体的用例，区块链各种技术的结合能够让每个人都能受益。贾瑶琪：区块链已经有10年了，ICO热让很多人认识了区块链，但是距离大规模应用还有很长的距离，区块链也没有深入到普通大众中，这让我感到很担忧。未来还要继续努力解决扩容和智能合约安全这两个方面的问题，希望在未来能看到每个人都在用一些区块链应用。