区块链技术彻底改变了企业存储数据和执行分布式交易的方式。即使在公共网络上，区块链也可以确保所有参与者都能访问安全、可靠和可验证的记录。但是区块链面临一个很大的限制：可扩展性。随着交易数量的增加，系统变得更慢、更昂贵，并且从长远来看更不可持续。可扩展性问题的一种解决方案是分片，其中数据被分解成可管理的块并分布在不同的节点上。目前，区块链分片已经应用于私有区块链网络。在公共网络上部署分片提出了在公共系统有效扩展之前必须解决的挑战。区块链困境区块链是一种分布式账本技术，用于记录一个或多个参与者之间的交易。在传统配置中，账本分布在多个节点上，每个节点都维护一份完整的副本。区块链将每一笔交易按时间顺序记录到账本中，然后同步和验证交易，这些交易在所有节点上都是透明和可验证的。随着交易数量的增加，分类帐的大小也会增加，导致每个节点上处理和存储的数据更多。但是，部署额外的节点会使问题变得更糟，因为验证需要更多时间。由于每个节点都必须处理每笔交易，因此随着延迟增加、吞吐量下降和存储成本上升，用户将不可避免地面临性能和可靠性问题。显然，这里需要更好的方法来扩展公共区块链系统。对于可扩展性，区块链分片是最流行的方法之一，它提供了一种分散工作负载处理和数据存储的方法，这样就没有节点被迫处理整个交易负载。数据被分区到单独的桶中，??每个节点被分配到一个特定的分区。这样，节点只需要处理和存储与节点所属的分区或分片相关的事务。区块链分片策略分片的概念源自数据库系统——将数据拆分到多个服务器以改进事务处理。以类似的方式，区块链处理可以分布到多个节点以启用并行执行模型，该模型可以提高性能，同时减少每个节点必须处理和存储的数据量。在这种方法中，必须调整验证交易数据块的方法，这样做可以实现更高的吞吐量和更低的延迟。数据分片的具体方法因应用而异，没有统一的最优策略。尽管如此，基本概念是相同的。每个节点都被分配到一个单独的分片，并负责验证该分片中的交易，而不是验证整个区块链网络中的每笔交易。同时，分片结合事务冗余来保证数据的有效性和可靠性。将数据拆分成多个分片后，每个分片会分布到多个节点。例如，如果区块链网络支持1,000个节点，则数据可能会分为10个分片，每个分片分配给100个节点。这样，每个节点只处理和存储十分之一的数据，但仍然可以跨100个节点验证数据。区块链分片的优势很快就会显现出来。交易可以并行处理，每秒可以处理更多的交易，是传统区块链方式的10倍。此外，处理和存储成本要低得多，因为每个节点只处理十分之一的数据。4分片的挑战分片在私有企业区块链部署中可能是一种有效的策略，但在公共区块链网络中使用区块链分片并不容易。最大的挑战之一是分片之间的通信。当一个节点被分配到一个分片时，与该节点关联的用户和应用程序将分片视为一个独立的区块链系统，而不是更大系统的一部分。分片之间的通信可能很难建立，需要特定的开发工作来部署通信机制。即使使用这种机制，分片间的通信也会产生更大的开销，这将大大降低分片的优势。分片还可以破坏更多传统区块链带来的制衡。通过分片，用户不再下载和验证整个交易历史，因此他们无法确定数据的可靠性和不变性——这通常基于交易块的链式序列。如果没有这些安全机制，黑客将更容易操纵或控制分片，这种情况称为单分片攻击，可能导致数据丢失或损坏。区块链分片的另一个挑战是共识和验证。不同的区块链方法依赖不同的算法来实现节点间的共识。两种常见的算法是工作量证明(PoW)和权益证明(PoS)。两者都决定了交易在分布式网络中的验证方式，但它们以不同的方式进行验证。虽然这些算法的比较超出了本文的范围，但重点是它们都会影响分片的部署方式。一般来说，PoS被认为比PoW更适合分片，有些人认为PoW不适合，因为它验证交易的方式。然而，许多区块链平台依赖PoW提供服务。这些算法的差异也带来了另一个挑战：分片部署方式缺乏标准化。我们通过不同的方法进行分片，很多方法还在研究、开发或测试中。每种分片方式各有优缺点，很难确定一个行业标准。分片的未来可扩展性仍然是公共区块链部署的重大挑战，分片正在成为解决这一问题的主要方法之一。但我们必须谨慎应用分片，以确保它不会对区块链流程产生负面影响或将数据置于风险之中。事实证明，区块链分片必须与其他技术结合使用以提供必要的可扩展性，例如支持分片通信的新协议。在那之前，公共区块链存储可能会像今天一样保持单一，直到性能随着它变大而逐渐下降。
