22、公共区块链可扩展性：分片与隔离见证解析

公共区块链可扩展性：分片与隔离见证解析

1. 背景

在区块链领域，比特币和以太坊这两个知名的公共区块链协议面临着可扩展性的挑战。为解决这些问题，分别提出了隔离见证（Segregated Witness）和分片（Sharding）的解决方案。

1.1 分片

目前，以太坊作为全球最著名的智能合约平台，每秒仅能处理约15笔交易。平台的低吞吐量、高昂的燃气费（网络上执行交易的成本）以及较长的确认时间，使得以太坊难以构建可扩展的服务和应用。

以太坊低吞吐量的原因在于，网络中的每个节点都需要处理平台上发生的每一笔交易。为解决这一问题，区块链社区提出了一些解决方案。部分方案引入中央实体，将计算任务委托给一小部分强大的节点，以高频处理交易。例如，Thunder宣称通过运行单个节点每秒可处理约1200笔交易，是当前以太坊处理能力的100倍。此外，Algorand、SpaceMesh和Solana等也在尝试改进共识协议和区块链设计，以提高每秒处理的交易量。然而，这些解决方案不仅削弱了去中心化特性，还受限于单个节点的处理能力，在遇到电力故障、自然灾害等情况时，整个系统可能会完全瘫痪。

与之不同的是，区块链分片技术将工作进行分配，使得网络中的每个节点仅处理区块链交易总工作量的一部分。以太坊基金会正采用分片技术来提升以太坊平台的可扩展性。

分片的概念源于数据库领域，在数据库中，通过将数据库的水平块（即分片）存储在不同的服务器实例上，可提高服务器和数据库的效率。在区块链中，每个节点只需存储区块链的一部分（即分片），而非整个区块链。这样，节点仅以共享方式维护所在分片的信息，既保持了去中心化，又减轻了信息加载负担，有助于提升可扩展性。