幣話題：談一談以太坊的分片技術

以太坊的創始人Vitalik Buterin（VB）今天在以太坊博客上宣布以太坊基金將出資贊助獨立團隊和以太坊團隊合作在兩個方向上開發提高以太坊可擴展性的項目。一個是建立分層結構（Layer 2），把不必要的交易從最底層的主鏈分離到附屬結構上，我們上次看的比特幣的閃電網跟隨的就是這個思路。另一個方向叫分片技術（Sharding），這項技術著眼於改進主鏈本身的協議來提高它的性能。今天我們著重看一下這方面的進展。

VB指出現在典型的區塊鏈之所以這麼慢是因為每一個節點（礦工）都要處理系統里的每一筆交易。這樣系統的處理能力就被限制在一個節點的處理能力上。分片技術的構想是每一筆交易只讓一小部分節點看到和處理，所有的節點可以同時平行處理更多的交易。一個好的分片技術協議應該只需要在去中心化和安全性上做出極小的犧牲。

我覺得VB推薦的以太坊的分片技術FAQ是一個很好的技術貼。它的網址在https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Sharding-FAQ。

我們一起來學習一下。最簡單的分片技術就是把系統切分成獨立的數片，每片有專門的節點來維護，但這就相當於數個獨立的區塊鏈，真正的分片技術必須有片間的交流。一種設計思路是系統里有不同層次的節點。超級完全節點儲存和處理所有的交易記錄和系統狀態。頂級節點處理所有的頂級區塊，裡面包含每個分片的記錄匯總（Collation），但不包括具體的交易細節，頂級區塊依靠每個分片里的匯總員（Collator）的共識來確定匯總的可靠性。單片節點除了行使頂級節點的功能還負責記錄一個分片里的所有交易。最有就是輕節點，只處理頂級區塊的頭文件。

要讓系統真正運行起來，在這個設計里還需要考慮片間交流，防範對單片的攻擊，欺詐檢測等問題。以太坊明顯需要更多的頭腦來幫他們解決這些問題，所以有這次的科研資助項目。

在這個介紹里還專門討論了Metcalfe定律，雖然不是直接相關但很有意思。Metcalfe定律說一個網路的價值和用戶數的平方成正比，V = N x N。理由是每個用戶可以受益於和N個其他用戶的交流，對於一個用戶來說網路的價值和N成正比。所以對於N個用戶網路的總價值是N x N。但是簡介的作者認為這隻對不太大的N成立，對於大的N一個更好的經驗公式是N x log N。原因有二，一個是每個用戶的緊密連接是有限的，（按《人類簡史》的說法，人腦只能記住一兩百個熟人），鬆散連接的價值和緊密連接時不能比的。另一個原因是替代效應遞減，選擇從沒有變成1個是本質變化，從1個到2個也可能效用翻倍，但從100個增加到200個效益的增加其實就很有限了。所以作者認為N log N是一個對龐大的密碼幣生態體系價值更好的描述，而不是N x N。

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