一、以太坊的“分片”是指什么

写在文前：视频版本和文字版本略有不同，想要看我深情并茂演绎，请看视频版本(喵懂区块链22期|分片（Sharding）：以太坊太慢，“盘”他！)，思维逻辑怪，请看文案加长版。

最近以太坊由于君士坦丁堡升级（Constantinople）而出现了压倒性的积极走势，而以太坊的升级之路则犹如升级打怪一般，落入了rabbithole，谁也不知道这洞有多深。既然是“路漫漫其修远兮”，则把脚下的每一步走好走准，则成了至关重要的点。攻破这一难点之后，以太坊的下一技术难点---Sharding分片，则又被摆到了台面上。本期《喵懂区块链》会带大家走进让以太坊快起来的法宝--- Sharding分片。

什么是sharding分片？

分片技术其实并不是什么新概念，起初是针对大型中心数据库提出的优化方案，具体来说就是将大型数据库中的数据划按照某种规则分成很多数据分片（shard），再将这些数据分片分别存放在不同的服务器中，以减小每个服务器的数据访问压力，从而提高整个数据库系统的性能。

我们举一个通俗的小例子：

比如我们平时经常使用的美团，滴滴打车等软件，就可以按照“城市”来进行分片，由于不同城市的数据不需要互通，就可以将不同城市的数据存放在不同数据库中，这样既可以把数据库服务器部署到离对应城市最近的节点上，还可以提高访问速度，何乐而不为呢？！

从上面的例子中，我大家应该对分片的概念有了初步了解，那么对应到区块链场景中来说，分片又是怎么样的呢？

以以太坊分片为例，在原有的单链系统中，公链整体的性能取决于单个节点的性能，进行分片之后，每个节点只需要承当全网部分工作，各个分片并行工作，按照Vitalik的话来说，each shard is like a separate galaxy每个分片都像是独立的小宇宙，这样效率自然噌噌噌提升！原本以太坊链全网TPS约为20，现在若增加到100个分片，那么全网TPS可以提升至2000，同理，全网容量也将提升至原来的100倍。

“每个节点只需要承担全网部分工作”，这就会引出几大问题，1.怎么确定这个节点是负责哪个分片的工作？2.哪些交易应该归类到哪些分片当中去？3.每个节点是否只需要储存自己所在分片的交易信息（账本）？

根据以上问题的实现与否，我们可以将分片依次分为三种类型：网络分片，交易分片，状态分片。

网络分片：如何将全网节点划分到不同分片当中去。

交易分片：如何将全网交易划分到不同分片当中去。

状态分片：如何让各个节点只维护各自分片内的账本，但又不影响整个系统的安全性。

主链和分片链的区别和联系？

分片的类型我们已经明白了，那么主链（Main chain）和分片链（shard chain）有什么不同呢？

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在主链中，我们知道记账的人叫做矿工，账本是存在区块当中，对应到分片链当中，则是Collator校对人和Collation校对块。

类似于区块的构成，Collation校对块也包含Collation header校对头和tansaction list具体的交易信息。

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对比下来，主链和分片链本身来说，还是大同小异，但是一但要把他们联系起来，问题就变得复杂了，这里我们举个通俗的小例子类比一下：

假设，

以太坊主链=温州银行

每个分片=温州银行分行

比如：

shard1（分片1）=温州银行（杭州分行）

Shard2（分片2）=温州银行（宁波分行）

……

在这个系统中，我们就会清晰看到几大问题：1.各大分行的账本如何汇总到总行里去？2.各大分行的账本如何互联？

对应到主链和分片链系统当中来，则变成了1.分片链和主链如何实现跨链链接？2.分片之间怎么互联？甚至分叉的场景要怎么办?

分片链和主链如何实现跨链链接？

为了将分片链加入到主链中，在主链上需要有一个叫做验证人管理员合约（Validator Manager Contract）VMC的特殊合约。VMC具体是这样的：

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所有的验证人把它们的保证金（stake）存入 VMC当中，这些验证人就会被收录在VMC的common validator pool验证人备选池中。系统将会“隔一段时间”根据stake权益的多少随机为每个分片抽取一名验证人，将各个分片的collation header校对头信息同步到主链中去。

这里的“隔一段时间”，我们需要额外解释一下：“时间”，也叫period周期，这到底是怎么确定的呢？答案是主要看开发人员在最终代码中的实现为准，比如说我们把周期定为5个区块，那么就意味着主链出5个区块，所有分片链分别出一个collation校对块，这就间接决定了分片链的出块时间。

这种随机的形式，使得验证者无法提前预测他们何时会成为验证者，也无法预测会成为哪个分片的验证人，从而预防作恶的可能性。

如果一旦发现我们的分片验证人作恶了，他的stake权益就会被剥夺。

跨分片通信（cross-shard communication）怎么办？

比如说一个转账方小A在分片M中，收款方小B在分片N中，小A可以通过主链这个桥梁，完成扣款操作，并创建一个带有ID的 receipt收据，代表着“自己已经完成了扣款操作”，收款方小B可以根据这个 receipt ID创建一个receipt-consuming收据消费交易，“消费”成功了之后，收款也就成功了。

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分片链分叉了怎么办？（fork choice rule）

在以往的分叉情况中，都是“以最长链为主链”，在分片当中，分叉规则是“以最长主链里面的最长分片链为有效分片链（the longest valid shard chain within the longest valid main chain）”。

什么意思呢？我们举个例子：

一条主链出现了分叉，一条分叉连续跟了两个区块，同时也跟了两个Collation校对块，另一条则是一个区块和一个校对块，那么很明显，第一条是有效链。

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接下来，第二条链又加了一个区块，变成两个区块和一个Collation校对块，依然很明显，第一条链仍然是有效链：

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接下来，第一条链上又加了一个区块，虽然这条链上只有一个Collation校对块，但是它的主链长度已经超过了第一条，那么第二条则成为了现在的有效链，这就是分片场景下的分叉规则，首先比较主链长度，再比较分片链长度！

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以太坊分片的实现是一个漫长的过程，就连Vitalik自己也说将会分阶段来逐步实现，分片到底能不能从理论走向实践，我们还是小小期待一下吧。

参考资料：

二、比特币硬分叉和软分叉是什么意思

Q:什么是比特币分叉，产生分叉的原因是什么？

A:比特币之所以会产生分叉这个行为，是因为比特币的底层技术是区块链，一些人开始觉得比特币的区块容量太小，总出现拥堵，于是这些人要求比特币升级扩容，一些人又觉得比特币的功能太单一，今后的发展不容乐观，于是这些人又要求比特币能够有搭建DApp（去中心化应用）的功能，有人支持就有人反对，这种对比特币发展的分歧便可以理解为比特币的分叉

Q:比特币分叉的分类?

A:比特币分叉的分类分为两种，一种方案是软分叉，一种方案是硬分叉，那么什么是软分叉？

Q:软分叉的形成原理?

A:软分叉是指在原有的比特币网络里面进行优化修改bug提升区块的容量，比如改成2M、4M或者8M、16M，其中以SegWit闪电网络为主流解决方案，通俗的说，就相当于一条主路上堵车，开发团队就再建造一条辅路，帮助主路分流拥堵。

这是一种温和的解决方式，能让原有的比特币网络和软分叉之后的网络进行兼容，比特币的主要交易还在主链上。

Q:软分叉的缺点

A:当然，软分叉存在缺点，那就是治标不治本，只能解决暂时的拥堵问题，执行软分叉后，也仅能保持数年内网络的通畅，未来还需要不断扩容，对系统稳定性有影响。

Q:硬分叉是什么及形成原理?

A:另一种方案是硬分叉，硬分叉是指:

重新升级比特币系统，通过代码形式将区块的高度彻底改变，以bitcoin unlimited为主流解决方案。通俗的说，就相当于一条主路上堵车，我们直接弃用这条路，找个地方，做一个地上地下立体交通枢纽，新车都走这套交通系统，这套系统改变了比特币网络的区块大小，优化了网络的处理速度。

Q:硬分叉的缺点是什么？

A:但是硬分叉同样存在缺点，那就是不兼容原有的比特币系统，这就要求现在比特币网络所有的人都要支持硬分叉，若有部分人不支持硬分叉，比特币网络将会出现两个版本，也就产生了两个比特币，这两个比特币所存在的区块链形成竞争关系，这种内耗会导致价格波动较大，会导致比特币未来的局势不明朗。

Q:比特币分叉的经典案例?

A:以太坊(ETH)和以太经典(ETC)是硬分叉的典型案例。The DAO项目是区块链物联网公司Slock.it发起的一个众筹项目，于2016年5月正式发布，截止到当年6月，The DAO项目募集资金超过1.6亿美元。没过多久，The DAO项目就被黑客盯上了，因为智能合约上的巨大漏洞，导致The DAO项目被转移了市值五千万美元的以太币。

为了挽回众多投资者的资产并停止恐慌，以太坊创始人V神（Vitalik Buterin）最后提出硬分叉的设想，并最终通过社区的多数投票表决在以太坊第1920000区块完成了硬分叉，回滚了包括被黑客占有的所有以太币。

即使以太坊硬分叉成了两条链，依然有部分信仰着区块链不可篡改特性的人留在以太经典这条原链上，如今，以太坊(ETH)和以太经典(ETC)都排在全球加密货币市值排名的前20名，这也是二者在硬分叉领域被当作经典案例的原因之一。

Q:软分叉和硬分叉的区别及影响?

A:对用户而言:软分叉不会产生新的比特币币种，只需要了解比特币该币种的交易方式和k线特点，只需要一种比特币主流钱包即可。

硬分叉会产生新的币种，而且可能不止一种新的币种。一旦修改比特币核心代码，重构比特币核心代码的事情发生了，有第一次就可能有第二次，BTC1、BTC23456789就都有可能发生，用户会懵，到底我去交易那种币会比较好？到底我使用哪种比特币去支付流通范围比较大？总之，选择困难症的用户会崩溃。而且，用户要下载不同硬分叉系统的钱包，给保存和支付比特币带来了复杂操作。

但是，相应的，用户的选择权也变大了。可以选择自己喜欢、信任的开发团队开发的比特币代码。当比特币分叉情况不明朗的时候，当软分叉开始激活，算力开始投票的时候，用户最好的处理方法是：静观其变。不要在分叉过程中去充值和提取比特币。

此外，软分叉会改变比特币全节点的结算方式，一部分小额结算会使用第三方节点即结算通道进行确认。结算通道可能会手续部分手续费。类似银联的作用和商业模式。

什么是比特币分叉？软分叉和硬分叉的区别及影响

三、什么叫区块链拆分,区块链分叉

什么是“区块链”？

区块链有两个含义：

1、区块链(Blockchain)是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。

2、区块链是比特币的底层技术，像一个数据库账本，记载所有的交易记录。这项技术也因其安全、便捷的特性逐渐得到了银行与金融业的关注。

狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。

广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

区块链是什么意思，怎么理解？

区块链，分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。

区块链（Blockchain），比特币的一个重要概念，它本质上为一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。

注意事项

1、区块链起源于比特币，2008年11月1日，一位自称中本聪(SatoshiNakamoto)的人发表了《比特币:一种点对点的电子现金系统》一文，阐述了基于P2P网络技术、加密技术、时间戳技术、区块链技术等的电子现金系统的构架理念，这标志着比特币的诞生。

两个月后理论步入实践，2009年1月3日第一个序号为0的创世区块诞生。几天后2009年1月9日出现序号为1的区块，并与序号为0的创世区块相连接形成了链，标志着区块链的诞生。

2、为了实现区块链金融大跨越大发展，为了推动中国经济新发展，加速全球资产流通，实现一代代人为之奋斗不已的复兴梦想，普银集团于2016年12月9日在贵州举行普银区块链金融贵阳战略发布仪式，会上将就区块链实现资产的数字化流通、区块链金融交易模式、并对区块链服务与社会公共产业的应用落地展开探讨。

参考资料来源：百度百科-区块链金融

参考资料来源：百度百科-区块链

什么是区块链？挖矿是做什么？详细介绍区块链和虚拟货币

在比特币刚发行的时候人们发现了，它去中心化，不受任何中心管制；它完全开放，除了交易信息加密之外整个系统信息高度透明，技术都是开源的；安全性，只要不能控制全部节点的%51，就无法肆意修改数据，这使得它相对安全；独立性，整个模式和比特币不依赖任何第三方，所有节点都在系统内验证、交换数据，不受任何干预

我们这里详细解释什么是区块链技术，说白了就是区块+链，那什么是“区块”？什么又是“链”呢？

区块就是一个账本交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点记录的是完整的账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证

每一个区块包含了前一个区块的加密散列、相应时间戳记以及交易资料（通常用默克尔树（Merkletree）算法计算的散列值表示），这样的设计使得区块内容具有难以篡改的特性。用区块链技术所串接的分布式账本能让两方有效记录交易，且可永久查验此交易。

哈希函数h（）的作用：将任意长度的字符串，转换成固定长度（例如256位）的输出。输出也被称为哈希值，这个输出不可逆

很难找到两个不同的x和y，使得h（x）=h（y），也就是说两个不同的输入，会有不同的输出。理论上说两个不同的输入可能会有不同的输出，但这几乎不可能，比方说一个无限的空间映射到一个有限的空间，肯定存在多对一的情况，理论存在，但没有任何规律，保证你无法通过数学上的任何推断来找到这个结果，为什么这里是256位呢？不是更长的呢？因为256位已经足够安全。

将账本拆分成块，比如一个本子的一张纸就是一个区块，每个区块记录一段时间内的交易，列如10分钟

我们把每张纸比作一个一个区块，在每个区块的上面增加一部分内容我们把它叫做区块头，其中记录父区块的哈希值，通过每个区块储存父区块的哈希值，将所有区块按顺利连接起来，形成区块链

把1区块的哈希值记录到2区块的区块头上，如此操作每个区块的区块头都记录父区块的哈希值，每个区块都按照顺序链接起来了，这就叫做区块链。第一个区块没有区块头，又被称之为创世区块

区块链是一个账本，在账本上只有发生了交易你的账户上的钱才会变多和变少，需要进行交易那么首先需要一个账号和密码，就像你的银行卡有账号和密码别人就可以对你进行一个转账，在区块账本上这个账号密码就是公钥和私钥

老王（已有私钥，公钥），想转给张10个BTC，需要一些操作

证明是老王本人发出转账签名函数Sign（老王的私钥+转账信息：老王转给张三10BTC）=本次专账签名

验证是老王本人发出转账验证函数Verify（老王的地址+转账详细：老王转给张三10BTC+本次转账签名）=true

一旦转账记录到区块从此谁也不能改变它，张三增加10BTC，老王则相应减少10BTC，整个操作都是自动的，比如你的钱包app它会帮你去做这样的事情，app知道你的私钥，你告诉钱包交易内容，钱包签名向全网公布，等待其他人来验证这笔交易

中心化记账效率会更高，银行、政府或者支付宝帮你记账，都很可靠，因为他们都无法动你的钱，除非它们有你的私钥

中心化记账存在一些缺点

去中心化人人都可以记账，每个人可以保留一个完整的账本。任何人都可以下载开源程序，参与比特币的p2p网络，监听来自全世界发送的交易，成为记账节点，参与记账，假设小逸发布了一笔交易向全网广播，A记账节点监听到了这笔交易，A验证了这笔交易位true之后放入交易池继续向其它节点传播，因为是网络传播，同一时间不同记账节点的交易池不一定相同，每10分钟，从所有记账节点当中，按照某个方式抽取一名，验证这个节点的交易为true之后，之后将这个选中的节点交易池中的交易记录与自己（A）节点的交易池中的交易记录对比一下，对比完之后会将自己交易池中已经被选中记账节点记录的交易删掉，别的不动继续记账等待下一次被选中，每隔10分钟就是一个循环，这个10分钟所有记账节点正常记账，10分钟之后再选出一个节点把它交易池当中的交易作为一个新的区块，这个区块来自所有记账节点中我任意选择的一个记账节点的交易池，如此不断循环往复

交易并不是被记录就完成，只有当这笔交易变成了某一个区块，这笔交易才算是真正的完成。这就是去中心化的一个记账的完整的流程，你的交易并不会第一时间被记录，因为p2p网络传播需要时间，如果被选中区块的节点还没有接受到你的交易，交易就没有完成。每10分钟产生一个区块，但不是所有在10分钟内的交易都能记录。10分钟只是一个平均值

去中心化记账的特点，有记账权的记账节点，每十分钟被选中的节点它会获得50BTC奖励，每21万个区块差不多4年，奖励减半，比特币自发行已经两次减半，那么每十分钟产生一个新的区块这个记账节点得到的奖励是10.5BTC，每隔4年减半那么可以算出BTC的总量大约为2100万枚，预计2040年开采完，记录一个区块的奖励也是比特币唯一的发行方式，当BTC开采完之后，记账节点可以获得的收益就只有交易的手续费了

记账节点通过题目来争夺记账权，

找到某位随机数使得等式不成立

SHA256哈希函数（随机数+父区块哈希值+交易池中的交易）某一指定值）

从0开始遍历随机数碰运气之外，没有其它解法，解题的过程，又叫做挖矿，所以解这个题目的记账节点又被称之为矿工，你遍历随机数越快你拿到这个记账权的可能性就越大，这个遍历速度就被矿老板们称之为算力，为了得到这个算力，矿老板们就会购买更多且更高算力的矿机

谁先解对，谁就得到记账权。A记账节点率先找到解，即向全网公布，其他节点验证无误之后，A节点就获得了这个区块，获得12.5个BTC的收益，在新区块之后重新开始新一轮计算。这个方式被称之为（POW）分配记账权

一般大约10分钟解出这个随机数，10并不绝对，因为解开这个题目的过程本就是个碰运气的过程，未来应对算力的变化，比特币每隔2016个区块，大约两周，会加大或减小难度，使得平均产生区块的时间是十分钟

每一个区块包含了前一个区块的加密散列、相应时间戳记以及交易资料（通常用默克尔树（Merkletree）算法计算的散列值表示），这样的设计使得区块内容具有难以篡改的特性。用区块链技术所串接的分布式账本能让两方有效记录交易，且可永久查验此交易。

和传统存储的数据不同的是，区块链每个节点都按照块链式结构存储完整的数据，区块链每个节点存储都是独立的、地位等同的，依靠共识机制保证存储的一致性，而传统分布式存储一般是通过中心节点往其他备份节点同步数据。

麻将作为中国传统的区块链项目，四个矿工一组，先碰撞出13个数字正确哈希值的矿工可以获得记账权并得到奖励。

很多人讲区块链是骗局比特币是骗局，这也许是个骗局，但是这个技术已经被广泛地承认和应用，区块链涉及的密码学知识一般人再借几个脑子给你你也搞不懂，在一个相对理性的角度看待问题最重要，千万别听风就是雨。

这门技术有着不可思议的地方在一个没有中心没有监管的情况下保持着绝对的秩序这个只需由大家的共识建立的信任，比特币创造了这个共识，在区块链的世界里每个人都是公平平等的。