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區塊鏈可擴展性問題sharding doc .
區塊鏈可擴展性問題
區塊鏈可擴展性問題
區塊鏈可擴展性問題
區塊鏈可擴展性問題
不斷增長的交易。EIP 648 — Easy parallelizability
並行不足。首先，現有的EVM 按先後順序依次處理交易。其次，出於安全和去中心化的考慮，每個全節點會執行每一筆交易，並存儲整個（或修剪後）的狀態樹。
首先，讓我們來看一下在主鏈（你可以理解為現在的Mainnet chain）和分片鏈（shard chain）上不同層次的對象區別：
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可以簡單地這麼認為，交易都會被裝入“collation”。與區塊類似，一個collation 也會指向它在鏈（指的是分片鏈）上的parent collation。成為一個“collator”，就意味著你有資格在POS 分片鏈上提名一個新的collation。
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基本的二次分片
基本的二次分片
基本的二次分片
分片鏈的共識依賴於主鏈
分片鏈的共識依賴於主鏈
分片鏈上的交易處於自己獨立的空間中，分片驗證人（shard validator）只需要驗證他們所關注的分片。
分片鏈也通過POS 機制依附於主鏈，以獲得更高層次的共識（higher level of consensus）。
驗證人管理員合約（Validator Manager Contract, VMC）
驗證人管理員合約（Validator Manager Contract, VMC）
為了將分片鏈加入到主鏈中，在主鏈上需要有一個叫做驗證人管理員合約（VMC）的特殊合約。 VMC 是這個分片機制的核心。 VMC 的目的可以概括如下：
權益證明系統。如果驗證者表現不端，其權益將會被剝削。
偽隨機採樣。通過將當前塊哈希作為種子，採樣出合格的collator。基本上，驗證者將它們的保證金（stake）存入VMC，然後他們的驗證代碼地址（validation code address）將會被記錄在一個VMC 內部的全局驗證人列表（a global validators pool list）。系統將會從驗證人列表中採樣出一個分片鏈的驗證人，並將其指定為指定“時期（period，下面會解釋什麼是period）”內，指定分片的驗證人。這種方式使得驗證者無法提前預測他們何時會成為驗證者，也無法預測會成為哪個分片的驗證人。
跨分片通信（cross-shard communication）。利用UTXO 模型，並通過在主鏈上進行交易和創建一個receipt（帶有receipt ID），用戶可以將以太存入一個指定分片。分片鏈上的用戶可以給定receipt ID 創建一個消費receipt（receipt-consuming）的交易，來花費該receipt。
鏈上治理（on-chain governance）。將VMC 作為議會，使得驗證人可以在鏈上進行投票。
“時期（period）”被定義為一個區塊時間的準備窗口（a bounding a window of block times），比如PERIOD_LENGTH = 5 意味著每個週期有5 個塊。這表明在每個週期內，對於每個分片只有不超過1 個有效的collation。
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一旦驗證人被採樣為合格的collator 來提案一個新的collation，collator 必須對最近的collation 進行驗證，並發送一筆交易來調用addHeader 函數。注意，如果collator 週期10 被採樣到提交一個新的collation，這意味著addHeader 交易必須被包含在周期10 裡面，也就是說，交易必須在區塊號10 * PERIOD_LENGTH 到區塊號(10 + 1) * PERIOD_LENGTH - 1 之間.
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-圖片2(b). 對於一個片來說，一個period只有一個collation；一個區塊可以包含不同片的多個addHeader 交易-
collation header hash 必須被記錄在VMC 上，以證明它的header 全局有效。此外，分片的所有其他驗證人必須時刻檢測VMC 以獲得最新狀態，然後驗證交易是否也有效。
Figure 3(a) 中有個例子，主鏈上有兩個分叉，在下圖中第二條鍊是最長有效主鏈。因為block B3 是head block，很容易看出collation C3 是head collation。
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然後Figure 3(b) 中block B3' 到了。假設block B3 的得分（score）高於block B3'，那麼上面的鏈仍然是最長主鏈：
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最後Figure 3(c) 到了block 4。注意到，對於這個分片，雖然collation C3 的得分比collation C2 更高，但是下方的鍊是最長有效主鏈，所有現在collation C2 是head collation：
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更多內容：另一個設計-- Vlad Zamfir 的sharded fork choice rule
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— Blockchain Trilemma in Sharding FAQ
-一個精巧的設計，保證區塊鏈可以在它們被最終化(finalized)之前原子化-3可擴展性與安全性之權衡
對於去中心化，可擴展性和安全性這三個屬性，區塊鏈系統最多只能三選其二。
出於對系統安全的保證導致了可擴展性受限
。當為了提高TPS（每秒交易數）將交易分配到各分片的同時，我們隨之也減少了每筆交易的計算資源。
如果驗證人能夠預測，或是任意選擇他們想要參與的分片，那麼不誠實的驗證人既可以相互共謀，展開一個適應性攻擊（adaptive attack）。控制分片.
-圖片4. 傳統的多數攻擊（51%攻擊）-
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-圖片5. 分片上的1%攻擊-
分片的區塊鏈顯式最終確定性
隱式最終確定性vs 顯式最終確定性隱式最終確定性vs 顯式最終確定性首先，我必須聲明，分片機制應該同時能夠應用於POW 與POS 的鏈。即使如此，顯式最終確定性這個小物件也跟Casper 一樣，可以使得分片更加健壯。Casper the Friendly Finality Gadget (“FFG”)在一般的POW 鏈中，最終確定性是概率性，
隱式的
加密經濟機制應用於POS ，顯式地在協議內（in-protocol）強制保證對我們來說，是否是最終確定(we-can-check-if-its-finalized-for-us)。
[來自Vlad] 協議內顯式最終確定性閾值有個經濟風險：它在2/3 + 1 和1/3 + 1 之間創造了一個理想的卡特爾大小（cartel size）。相應地，任何不在2/3 + 1 同盟節點（coalition），其最終確定性的邊際貢獻就將為0。
主鏈最終確定性依賴
主鏈最終確定性依賴
對於分片驗證人，我們希望分片，區塊鏈容量在階段1 擴容100 倍，因此這100 個分片的所有驗證人，都將需要監測VMC 狀態來獲得正確有效的head collation。對於驗證人來說，重要的一點是，要盡快確信他們是否是collator。對於普通用戶而言，如果我們在階段2 應用跨分片交易，普通用戶也將需要在VMC 上檢索他們的保證金信息（receipt ID）。
顯式最終確定性，將會有助於緩解主鏈與大量分片鏈之間同步的不確定性。顯式最終確定性有助於無狀態客戶端 。
一旦完成驗證人採樣並再混洗（reshuffle），就會立刻觸發同步。有了無狀態客戶端機制，再混洗（也就是改變驗證者檢測的分片，並同步分片鏈）的成本低至（接近）0，因為它們只需要驗證最新的collation（也就是有著最高得分的collation）來同步分片。
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圖片描述after about 2.5 “epoch times”-圖片6. 無狀態客戶端模型Figure 6. Stateless client model-因為同步過程可能非常快，無狀態客戶端模型就可能在每個collation 之間再混洗成。這不僅會減輕存儲壓力和開銷，也會使系統更安全，因為頻繁採樣能夠獲得適應性攻擊的抵抗能力。結束語
結束語
結束語
希望我已經對當前以太坊的分片設計概念作出了簡單介紹，以及顯式最終確定性如何有益於分片機制。如果想要深入了解協議設計，請訪問ETHResear.ch和sharding doc。
和
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