2019年,区块链应用开发的分片技术仍只是纸上谈兵吗?

2019年,区块链应用开发的分片技术仍只是纸上谈兵吗?

新闻资讯   2019-02-13 10:38

根据木桶效应,一个别系的功能取决于它的短板。当下,限制区块链应用开发大规模落地的短板正是可拓宽性问题,因为区块链应用开发的底层设计仅支持极低的买卖吞吐量,还不及一些传统东西的零头。分片技能的出现给这一问题带来了曙光,以至于有人说分片技能是处理可拓宽性问题的灵丹妙药。分片技能是怎样处理问题的?

咱们有一句古话:“是药三分毒”,分片技能会给区块链应用开发带来那些新的问题?会给区块链的安全性带来哪些影响?怎么跨过分片筑起的这一道高高的墙进行买卖?咱们需求找到分片技能的最佳平衡点,不能被噱头忽悠瘸了。

小编结合对领军人物的采访,为咱们带来了这篇分片技能的攻略,让咱们带着上述的问题在文章中寻觅答案。

019年,区块链应用开发的分片技术仍只是纸上谈兵吗?"

可拓宽性一向是一个限制区块链发展的难题,而在确保隐私性和安全性的前提下进步可拓宽性则是难上加难。分片技能正是处理区块链应用开发当务之急的灵丹妙药,也正是它让去中心化帐本技能如此抢手。但美中不足的是,分片技能也还有一些妨碍需求处理。       

近几年来,区块链技能的试点项目如漫山遍野般不断涌现出来,从跨境金融买卖到供应链办理层出不穷,可是,一个严重的问题一向存在:区块链缺乏可扩展性。

跟着越来越多的核算机加入到区块链的点对点网络中,整个区块链体系的功率将会不断下降。

目前,业界已将可拓宽性认定为比特币和以太坊等加密钱银亟需处理的问题。假如去中心化账本技能想要与速度快其数百倍的付出网络竞争以得到金融科技公司的选用,那么它有必要找到一种办法来进步可扩展性和吞吐量并处理延迟问题。

走进分片技能

 

分片技能是开发人员用来进步买卖吞吐量的几种常见办法之一。简单地说,分片就是一种在点对点网络中切割核算才能和存储工作负载的分区办法,分片后每个节点不再需求负责处理整个网络的买卖负载,而仅需处理其地点分区(或称分片)中的买卖。

与其时的区块链应用开发相同,分片中包含的信息也是由多个节点一起维护的,然后确保了账本的去中心化和安全性,启用分片后每个人仍然能够看到账本中的一切信息,只不过人们不再需求处理和存储一切的信息。

一致的难题

 

围绕一致协议的一系列问题一向困扰着一切公链项目,怎么与用户就提交的买卖是否真实并应添加到去中心化账本中达成协议?当下最流行的以工作量证明机制为代表的一致协议通常都是高度核算密集型的。

在根据工作量证明的区块链中,每个参加的核算机(或称节点)都要记载区块链中的一切数据,这也是一致过程的一部分。在比特币这样的大型区块链中,大多数参加节点都有必要验证新买卖并在验证通往后将买卖加入到区块链中,这使得完结每笔买卖都是一个缓慢而艰巨的过程。因而,根据工作量证明的比特币每秒只能处理 3.3 到 7 笔买卖,而区块均匀每 10 分钟才生成一个,每笔买卖或许需求 10 分钟才能完结,为了确保买卖成功,还需等待 6 个区块时刻。当下另一种流行的区块链账本以太坊,每秒也只能处理 12 到 30 笔买卖。

相比之下,Visa 的电子付出网络 VisaNet 均匀每秒处理 1700 笔买卖。

让每个节点记载区块链中一切信息的好处是数据是无可争议且不可更改的。根据工作量证明的区块链是只写一次的( write-once ),因而区块链中附加的许多运用程序也是不可更改的。

以太坊和 Hyperledger 是世界上抢先的区块链平台,许多运用程序将它们用作底层区块链应用开发,从简单的以太币等加密钱银到复杂的智能合约(区块链上主动履行的合约)。当下,以太坊正在积极探究分片技能,而 Hyperledger 则没有。

全球最具权威的 IT 研究与参谋咨询公司 Gartner 的副总裁兼出色分析师 Avivah Litan 说:“分片是一个源于数据库水平分区(对表的行进行分区,经过这样的办法不同分组里边的物理列切割的数据集得以组合,然后进行个别切割(单分区)或集体切割(1 个或多个分区))的概念,被以太坊选用。有了分片技能,节点不再需求处理一切的买卖,然后进步了区块链的可扩展性。”

去年,在区块链账本和加密钱银每天买卖量超越一百万笔之后,以太坊开始探究进步区块链功能的办法。

以太坊提出了两种处理思路。一种是“第 2 层”机制,即在链下的规范数据库中处理买卖,仅在区块链上记载永久条目,另一种处理思路是分片,然后一起并行处理许多的买卖。

第 2 层协议将大多数买卖转移到链下,并且仅在进入和退出第 2 层体系时与底层区块链进行交互。第 2 层协议中节点在局域网或相邻的广域网内相互传输数据,然后减轻了点对点的区块链网络的负载。

在启用分片后,区块链的“状况”将被划分给不同的分片(或称分区), Litan 解释说,每个用户帐户也将被划分给不同的分片,而帐户只能与同一个分片上的其他帐户进行买卖。 “这样的机制允许买卖一起并行发作,” 她说,“然后由以太坊挑选的协议来完成跨分片的通讯。”

分片安全吗?

 

除了处理可扩展性问题之外,一些人以为分片还能够维护区块链的本地安全性,正如以太坊创始人 Vitalik Buterin 其时在博客文章中写到的,分片保留了“大部分区块链所需的去中心化和安全特点”。

“从理论上讲,分片数量添加关于买卖吞吐量的进步是线性关系。假如启用四个分片,那么吞吐量大约会进步到四倍。咱们能够挑选恣意数量的分片。” Linux 基金会 Hyperledger 区块链项目的安全专家 David Huseby 如是说。

正如中国一句古话:“细节决定成败”,Huseby 指出,为了确保区块链的安全性,你有必要警觉分片被接收的现象。根据康奈尔大学宣告的研究论文,假如指定分片中的节点被攻击将导致数据的相应部分永久丢掉。

因而在以太坊网络的模型中,节点会被随机分配给分片,并在一段时刻后重新分配给另一个随机挑选的分片。

“这里的想法是让攻击者很难预测或操作他们(歹意)节点被分配到哪个分片中,因而即使攻击者接收恣意一个分片,想要达成一致也并非易事,” Huseby 说。

Huseby 解释说,Hyperledger 区块链是否启用分片技能还未成定局。

“咱们( Hyperledger )的区块链通常不像加密钱银那样对“地址”进行操作,Hyperledger 区块链专心于维护一个全局状况(能够联想一下数据库),一致机制调理对该状况的更新,一起区块链安全地存储状况更新。” Huseby 说。

Hyperledger 区块链网络能够像以太坊一样笔直分区(经过对表的笔直划分来削减目标表的宽度,使某些特定的列被划分到特定的分区,每个分区都包含了其间的列所对应的行),但由于Hyperledger 并没有切割地址空间,因而能够自在测验不同的分片技能。

“假如不得不对 Hyperledger 区块链网络进行分区,那么我首先会运用Hyperledger买卖验证独立于区块生成的优势,” Huseby 说,“买卖验证要比区块生成慢得多,所以我采取的第一步行动将是大幅度添加买卖验证节点的数量。”

一个非必须的应战来自“瘦”客户端,也称为 SPV (简化付出验证)钱包,咱们需求确保在区块链状况已被划分给不同分片后这些瘦客户端还能访问整个区块链的状况。为了处理与分片相关的可见性问题,瘦客户端经过独自的网络进行通讯,并维护一切分片上的本地状况副本。

最后,由于每个分片都是一个独立的区块链网络,跨分片的通讯也带来了许多应战。

 

处理分片通讯问题

 

本月早些时候,初创公司 Devvio 宣告他们现已创建了一个根据分片技能,第2层协议和高效一致机制的高效去中心化账本协议,能够处理区块链网络面对的一切中心问题。 Devvio 表明,其协议每秒能够处理多达 800 万笔买卖,然后能够适用于全球金融业务场景。

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Devvio 宣称:他们运用根据分片技能的独立区块链应用开发来完成可扩展性的大幅度进步。假如跟着时刻的推移需求额定的吞吐量,能够再添加数千个分片,然后终究在全球性的公链上完成每秒数千万笔链上买卖的吞吐量。

根据 Devvio 首席履行官 Tom Anderson 的说法, Devvio 公司的 “ Devv ” 协议中,每一个分片就是一个独立的区块链账本,该公司宣称跟着时刻的推移,能够将数千个分片添加到全球性的公链中,终究完成每秒处理数千万笔买卖。就比如说,每一个分片都是 Devv 去中心化账本上的一个独立区块链节点,它能够处理多达 3000 笔买卖,假如新添加一个节点就会使处理的买卖数量翻倍。

每个分片(也被称为加密钱包)作为一个较大网络上的输入,Devvio 将这个网络称为 T1 网络,各个分片能够经过一个名为 T2 的独立买卖网络相互通讯。

独立技能和市场调研公司 Forrester Research 的首席分析师 Martha Bennett 指出,从原理上来说,简直一切区块链框架其时运用的或即将运用的分片技能都是彻底不同的。

019年,区块链应用开发的分片技术仍只是纸上谈兵吗?"

PolyShard 是一种运用了编码理论思想,一起完成安全性确保、存储高效性、核算高效性最优化的分片技能处理方案。其根本的设计理念是节点不应该复制存储数据,而应该存储经编码和线性组合处理后的数据。

例如,由一家名为去中心化技能研究基金会( DTR )的瑞士非营利安排赞助的七所大学(麻省理工学院、斯坦福大学、卡内基梅隆大学、加州大学伯克利分校、南加利福尼亚大学、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、华盛顿大学七所顶尖大学)最近宣告他们正在开发一种加密钱银网络 Unit-e ,旨在经过分片技能处理区块链的可扩展性和功能问题。

“缺乏可扩展性严重阻止了加密钱银的大规模选用,咱们开创性的研究能够处理这个问题,” 去中心化技能研究基金会理事会成员 Joey Krug 说, “ Unit-e  的开发人员正在将这项研究转化为区块链真实的可扩展性完成,许多去中心化金融运用都将从中获益。”

Unit-e 运用被称为“ PolyShard ”的一种全新分片办法:在不献身安全性的前提下,为更多用户进步功率的一种存储和核算处理方案。PolyShard 技能的中心类似于服务器和存储体系上运用的虚拟化技能, PolyShard 协议混合了不同用户和不同买卖的数据,而这些混合后的数据仍能够精确恢复出原始数据。

但是到目前为止,各种分片机制都仍处于开发和测试阶段,从某种意义上来说都仍是纸上谈兵,还仅仅理论,需求创建能够一起处理可拓宽性和安全性问题的规范化办法。只要处理了这一应战,分片技能才真实能够称得上是一种“处理方案”。

“关于区块链可扩展性问题而言,分片技能并不是一种成熟的处理方案,” Husebuy 说,“分片技能中有许多细节需求推敲,咱们需求进行一些试验来验证理论的正确性,只要完结了这些咱们才能说分片技能是安全的。并且分片技能在落地时有必要慎重考虑区块链中的各种假设,不能给攻击者留下任何能够绕过安全机制和一致机制的缝隙。”

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