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发表于 2020-10-18 22:33:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
蚕丝被

当我们在7-11买早餐的时候如果只有一个收银员就要排很长的队等待结帐;如果有两个收银员立刻就会快一倍;假如有四个收银员也许就不用排队了这就是分片的基本逻辑把一个人的工作分给多个人来完成以提升效率

从以太坊分布式账本的角度来看就是:分片前只有主链这一个账本每秒大约能处理12~45笔交易当交易量大于这个数据时就需要排队也就是网络会拥堵;分片就是把一个账本变成64个账本让它们同时来处理交易相当于7-11开了64个收银台来收银

分片的逻辑很简单但为什么如此难以实现?因为把一个账本分成64个账本记账会面临很多新的问题分片技术要做的正是解决掉它们本文将从这些问题出发来弄清以太坊20的分片到底是怎么一回事

如何分片

1把交易分配给分片

一个分片中包含交易和把交易打包进区块的验证者iotaiota完成分片的第一步就是要确定如何给某个分片分配交易和验证者先来看分配交易

让我们用三个村庄的故事来理解:有一个渔村、一个猎户村、一个农夫村村庄内和村庄间常常有交易修正otc代表但没有货币大家记账以前是用一个账本记三个村子的账速度有点慢现在改成三个账本记那么由哪个账本来记哪些帐了?

有一个方法是三个账本放在那儿otc业务代表来了一笔交易后看哪个账本前没人排队就记在哪个账本上;但这会带来一个问题就是每个账本都必须有所有人的账户信息不然我来你这里排队而你没有我的账户

正因为如此该分片方式的一个主要问题就是不能减少单一账本上存储的数据量而这种存储需求对于想参与记账的节点是很高的门槛;该方式还需要解决双花问题因为一个人可以同时在不同的分片中花费同一笔钱

另一个方法是渔村有一本账郑州otc终端猎户村有一本账农夫村有一本账账本中都只有自己村庄的账户信息也只记录自己村庄内的交易如此一来三个账本就可以同时记账记账效率高存储需求少这正是以太坊采用的分片方法:状态分片每个分片存储且只存储属于自己分片的账户状态在实现上以太坊是由用户自己选择加入哪一个分片而不是按自然村庄分片

状态分片最大的问题是如果渔村的人要和猎户村的人交易怎么办?渔村的账本里没有猎户村人的账户猎户村的账本里也没有渔村人的账户实际上这正是分片技术面临的最大考验跨分片通信彻底解决这一问题的时候就是以太坊20可以被使用的时候本文将在第二部分讨论该问题的一些解决方法

2otc终端是什么意思把验证者分配给分片

在把交易安排到不同的分片后下一个要解决的问题是如何为某个分片分配记账的人也就是分配验证者

以太坊有64个分片每个分片有128位验证者如果分片的验证者是固定的或者可预知的那攻击者控制分片也就是收买128中的2/3是一件容易的事情怎么办?

以太坊的解决办法是随机从所有验证者中选出某个分片的验证者并且每64分钟(一个epoch的长度)更换一次验证者如此一来攻击者就只有万亿分之一不到的几率能控制一个分片中2/3的人

信标链的主要工作之一就是为分片链分配验证者该工作最需要关注的是随机性的实现首先在于随机性的重要程度如果不能随机分配验证者就无法保证账本的安全;其次在于随机性的难度在区块链上实现随机是一件异常困难的事可以认为到目前为此还没有真正称得上是工程实现了的经受了验证的随机算法

以太坊的方案是使用RANDAO+VDF提供随机数以实现随机性把RANDAO拆解成RAN(random)和DAO就很易理解它是指一群人中的每个人都独自提出一个随机数再把所有人的随机数合在一起生成最后被使用的那个随机数因为任何人都难以知道其他人提供的数字也就难以预知合起来的最终数字

不过RANDAO模型有个缺陷就是提供最后一个数字的人是有机会作弊的:他知晓前边所有人提供的随机数之和也就能通过调整自己提供的数字使得最终结果对自已有利

为解决这一问题以太坊引入了VDF(可验证延迟函数)它的作用很简单就是让最后一个提供随机数的人无法在自己提供数字之前算出之前所有人的随机数之和因而也就无法操纵随机数(RANDAO+VDF的详细介绍见参考资料2)

3由中继者存储分片

不知道你有没有发现轮换账本的验证者将带来一个新问题:验证者一会儿被分配去渔村记账2019区块链最新消息一会儿被分配去猎户村记账如果他手上没有全部的账户信息如何记账?如果他有全部的账户信息就又是拿着一个全账本没有做到状态分片

为解决这个问题以太坊提出了一个重要的新设计:无状态客户端简化理解就是渔村的账本就放在渔村猎户村的账本就放在猎户村验证者手中不拿账本只负责在不同村庄间跑来跑去记账

那么谁来保管不同村庄的账本?以太坊引入了中继者(状态提供者)这个角色由他们负责存储不同分片的账户状态且可以只为某一分片服务中继者的工作易于理解但怎么为他们的服务付费、如何保证他们的诚实……这些相关机制的设计是需要解决的全新问题也是社区成员应该参与讨论的治理问题

无状态客户端的实际情况比上文描述的复杂很多「交易」本身的构成与未分片时不同它要附带见证数据以证明自己是有效的可以认为在10中验证者需要自己存储旧账以验证新交易;在20中交易需要自己把旧账带上交给验证者作验证

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