以太坊是与分片概念最为同义的区块链，要理解为什么以太坊开发者社区想要实现分片，就必须了解它是什么，以及为什么它是一个有吸引的解决方案。

据ETH gas费用管理，将交易添加到以太坊区块链大约需要1.78分钟，每32秒生成一个新的区块，平均每秒处理15-20个交易。这个生态系统创造了一个有利于矿工而非用户的环境，如果用户想优先处理他们的交易，他们必须提高gas费用。

低吞吐量加上高延迟和高gas费用限制了网络，因此网络不太适合在采用时需要扩展的服务和应用程序。以太坊吞吐量低的主要原因是网络上的每个节点都需要处理每个事务。

什么是分片？

简单地说，分片是一种分区的方法，它将计算和存储工作负载分布在P2P网络上，这样每个节点就不负责处理整个网络的事务负载，而是只维护与其分区（或分片）相关的信息。

为了进一步解释分片，我们可以使用最简单的分片示例。以太坊的创始人Vitalik Buterin称这是“通过1000种山寨币进行扩展”在这种情况下，我们不是运行单个区块链，而是运行多个区块链，而不是将每个区块链称为区块链，我们将每个链称为分片。反过来，每个分片都有自己的验证器或节点网络，可以使用PoW算法挖掘块，也可以通过放样或投票。

分片的挑战

我们在尝试使用分片时发现的第一个问题是，因为每个分片都有自己的节点集，所以每个分片的安全性都低于像以太网这样的单个链。因此，如果具有𝑥数量节点的以太坊决定硬分叉并分裂为分片链，并将网络分布在10个分片上，则每个分片将具有1％的原始链的安全性。这意味着通过控制原始链的5.1％节点而不是51％的节点，每个分片都可能被破坏或损坏。

 

我们遇到的第二个问题是：“我们谁来选择哪个节点来验证哪个分片？”对于一个坏的角色，控制5.1％的网络节点只是一个问题，如果它们都在同一个分片中进行验证。允许节点选择他们在其中验证的分片可能会导致频繁的网络攻击，因此最小化攻击风险的最佳方法是不允许节点选择他们验证的分片。

 

实际上，所有分片架构都依赖于随机性来将节点分配给分片。将节点分配给分片需要非特定于分片的计算，并且几乎所有这些设计都使用单独的链来处理整个分片和节点网络的维护。

这个链在以太坊中被称为信标链，负责生成随机数、将节点分配给分片、拍摄单个分片的快照、处理staking和各种其他功能。

信标链有一些缺点，它们负责前面提到的记录保存计算，因此网络使用的分片越多，信标链所做的工作就越多，从而导致与没有分片的网络可能遇到的问题相同-低吞吐量和高延迟，因此分片网络的可伸缩性有一个自然的限制。

然而，一个分片网络确实具有乘法性质，因此，如果网络的效率提高了，导致网络中的节点处理事务的速度提高了四倍，那么信标链将能够处理四倍于分片数量的分片，从而提高了网络速度提高16。

如何将数据拆分为分片？

让我们先看看节点通常在区块链上执行哪些功能：

1.他们处理/验证交易。

2.它们将这些事务以及它们挖掘的区块中继到网络上的其他节点。

3.他们存储所有交易的历史。

随着网络的发展，节点需要能够跟上网络的需求，从而随着网络的发展；

1.增加正在处理的事务数量要求每个节点增加更多的计算能力。

2.中继的更多事务需要来自节点的更多带宽。

3.在区块链上存储所有数据也逐渐要求节点添加更多存储空间。

查看这三个参数，您会注意到，无论每秒的事务数量或中继的事务数量是否增加，数据存储都将增长。

在撰写本文时，已经提出了存储的分片而不是事务的分片，并且一些项目已经实现了事务处理的分片而不是存储，但是最常见的分片类型被称为“状态分片”和这包括每个分片中的节点构建自己的区块链，其中包含仅影响其整个全局网络部分的事务，这意味着节点只需要存储其分片的事务历史记录，处理影响其分片的事务并转发这些事务在他们的分片中。