一文全揽当前主流分片项目，谁才是分片王者？哪个值得投资？

如果有人问现在币圈最火爆的是什么？那肯定是DeFi流动性挖矿，现在去中心化交易所每天交易量超80亿元，而且仍然在不断上升过程中。

以太坊是当前最主流、交易最频繁的网络，自 6 月以来，以太坊链上交易量急剧上涨，平均每天交易量维持在 90 万笔左右。

如果问在以太坊上交易操作，对于用户来说最大的困扰是什么？一定是以太坊的拥堵和超高的 Gas 费用。最高时，单笔转账需要超过 300 gwei，超 100 元人民币/次。以太坊矿工的交易手续费已经远超过了其区块奖励。这对于参加流动性挖矿的矿工来说，痛并快乐着。

公链从设计上说，大都应该满足以下需求：所有主节点都要保存一份完整的账本，以保证安全；每次账本更新，所有的主节点都要保持快速同步；为了保证去中心化，主节点应该尽量多。

而由于各个主节点不同的运行速度、网络带宽、动机等差异，导致要同时实现上面三点，所以业界提出公链“不可能三角”难题。

开发者们提出了许多解决方案，试图在协议层面解决这个问题。各种不同项目绞尽脑汁、前赴后继从共识机制、分片、layer2、子链、跨链等各个层面和维度开发和改进公链。

这些方案可以分为两类：一类是把所有的计算工作交给数量有限的强力节点。比如Algorand、 Solana等，系统中的每个节点通过细致的低层优化和 GPU 的使用，来支撑每秒几十万笔简单的支付交易，虽然有一定的效果，但仍然受制于单台机器的处理能力。

另一类是让网络中的每个节点只做所有计算工作的一部分，即把工作分给所有的参与节点。这种方法叫做分片。

分片指的是将区块链网络中的任务分摊给不同的节点进行处理的一种水平扩容方式。在这样的网络中并不是所有的节点共同参与一笔记账，而是有很多个小组，每个小组单独记账，通过这种并行处理的方式来提升整个网络的性能。

以太坊把复兴的希望放在以太坊2.0的开发和部署上，目前以太坊2.0的重要技术创新就是采取分片技术和改成POS模式等。这说明以太坊基金会也认为分片技术是可以解决目前公链困境的一条切实可行路径。

今天从技术角度分析国内外几个知名的分片项目，看能否找到分片中的王者。

在分片相关项目中，ETH的分片无疑最为引人关注。

ETH的分片定位于计算分片和状态分片，目前ETH的分片路线图规划了七个阶段，在第零阶段将引入信标链（Beacon Chain），在第一阶段将实现基本分片，在第四阶段将实现跨分片交易，在第六阶段实现指数分片。

以太坊联合创始人Vitalik Buterin，在8月最新的一篇文章《Vitalik Buterin：论区块链验证去中心化与效率权衡》中进一步阐述分片问题：“本质上，加密货币和区块链是社会结构，如果没有人相信它们，那它们就毫无意义。在分片系统中，系统中的事务太多，大多数人无法一直直接验证，但如果系统设计良好，则可以检测到任何单个无效区块，并用欺诈证明证明其无效，这个证明可以在整个网络上传播。”

意思就是，全节点是非常有意义的，全节点可以保护轻节点的安全。在分片系统中，区块的生产要是可访问的，甚至可以在普通的笔记本电脑上完成。

Ethereum 2.0 目标是实现状态分片，其中包括智能合约分片与存储分片。信标链是 Ethereum 2.0 架构的核心和基础。信标链是 Ethereum 原链的一条侧链，Ethereum 原链仍保持原有状态运行 PoW 共识，而信标链运行 Casper FFG 共识（改进的 PoS 共识）。

以太坊2.0的分片设计是用户在信标链上抵押32个BETH成为验证者。

为防止验证者委员会被操纵，每64个区块的时间，信标链将重新分配分片链的验证者。分片链的验证者委员会通过交联（crosslinking）操作证明分片链的内容和状态，即验证者委员会必须在信标链中提交有关分片的可验证信息（如默克尔树根节点的哈希值），在第二阶段或以后，交联操作将支持跨分片通信，如果验证者委员会对交联持有不同意见，显然至少有一个委员会是错误的，最终将受到权益削减的惩罚。

然后就在今年 8 月 15 日，以太坊 2.0 在Medalla上出现了一次测试网事故，由于 Prysm 客户端用来作为参照的时钟服务器突然出现偏差，Prysm 节点的时钟提前了 4 小时，那些禁用了默认罚没保护机制的验证者发现自己遭到了罚没。

为什么以太坊2.0会出现这种情况？除了分片技术本来实现起来难度非常大以外，以太坊上生态复杂、重新部署要考虑的问题很多，牵一发而动全身，船大难调头也是一个重要因素。打个比方，要把一栋中式两层楼彻底改造成欧式小洋楼风格，可能扒了重建还要简单一些。

在撰写本文时，我查询了一下，以太坊的分片规范还未定稿。Ethereum 2.0 需要实现智能合约分片与存储分片，开发难度较大，因此需要较长的开发时间。关于以太坊升级的不断推迟，以太坊2.0目前看来仍有较大的不确定性。我们也期待以太坊2.0能够早日上线。

Zilliqa是一个早期的分片技术项目，创始团队均为计算机相关专业博士，包括最早提出将分片应用于区块链的Prateek Saxena，学术背景深厚，有一定的先发优势。

Zilliqa设计有点讨巧，没有设计状态分片，而是实现网络分片、交易分片和计算分片，Zilliqa主网已于2019年1月31日上线，根据Zilliqa测算，当分片节点数达到600个，分片中至少有三分之一恶意节点的概率降低到百万分之一）。

Zilliqa的共识算法为PBFT+PoW，分片内部运行PBFT共识，使用PoW防范女巫攻击以及实现网络分片。其中 PoW 共识的作用主要有两点：第一，防御女巫攻击；第二，利用 PoW 的随机性为分片的划分提供随机性保证。想要加入网络的新节点必须执行PoW，经过网络中现有的节点验证后方可加入，从而使操纵多个节点的成本上升。

交易分片及计算分片实现：依据事务分类进行分配。这种方式的问题在于，随着分片的增加，DS委员会将会面临越来越大的处理压力。

Zilliqa 采用了网络分片的方案，基于PoW结果随机分配节点到分片，防止作恶者控制单个分片。但在 Zilliqa 中，每个节点必须保存整个区块链的状态才能成功处理交易，当区块链体积逐渐增大，要保存完整的账本会变得越来越困难，随着系统效率的提升，节点将很快面临存储瓶颈，顶级应用将会受到分片处理能力的限制。

作为早期分片项目，Zilliqa 已经成功主网上线，Zilliqa 的分片方案仅限于网络和交易的分片，但未实现状态分片、存储分片。每个节点需要存储所有区块链数据的需求也让 Zilliqa 对小节点并不友好，因此存储问题可能会限制其性能的提升。此外，基于 PoW 的简单分片方案也让 Zilliqa 更容易受到 1％攻击。

QuarkChain是国产公链项目，2019年4月30日上线主网奇点1.0。QuarkChain采用双层架构，系统由根链层和分片层构成，分片的安全性由根链来保证。

QuarkChain 设计了玻色子共识，使得在不同的分片内可以运行不同的共识算法，进一步降低了挖矿门槛，从而为系统提供更多的算力保护。

QuarkChain 现阶段暂未实现智能合约分片，因此智能合约性能可能会受到其所在分片的性能限制。该项目现阶段分片内性能并未有明显提升。

Near Protocol前段时间刚发起一次新的众筹，热度很高，由于抢购人数过多，导致网页无法承受而推迟一天，这也显示了市场对于分片技术的认可。

Near 是采取的全状态分片公链，他们提出了一种新的协议和解决方案，称之为夜影协议（Nightshade）。

Near 技术架构并不是由一个信标链和多个分片链组成的，而是把系统建模成一个单独的区块链，在区块级别进行了分片，每个分片中有很多“段”。

具体来说，Near 将区块分为一个个物理组成块，因为每一个区块都包含这些物理组成块，经过对多个区块的验证，物理组成块均相同的时候就可以验证这些区块是正确的。

NEAR维护单独的主链，其中主链的区块包含所有分片的全部状态，不过网络的参与者实际上只是维护他们参与验证交易的分片上的对应状态。假设NEAR有10个分片，30个区块生产者和1000个验证者。那么，NEAR链的每个区块会被分为10份，1000个验证者来验证30个区块，确认每个段的正确性。

Near 采用了独创的称之为 Doomslug 的共识机制，该共识机制允许一组区块生产者只需要一轮通信就可以创建区块，从而使得每个区块都不可逆。而且即使有 50% 的区块生产者不在线，也依然可以完成。

夜影的区块生产者和验证者共同构建单一主链，主链的状态会被分割到n个分片中。区块生产者和验证者在本地下载对应某个分片子集的状态子集，只处理和验证影响这部分状态的交易。

为了不暴露特定分片的验证人，Near 通过 VRF 对验证人进行随机分配，隐藏验证人分配到分片的信息。这样节点只知道验证人的存在，却并不知道每个验证人所对应的分片是哪个。

Near 的解决思路是，每一个节点会把他们所制造的区块分成很多部分发送给不同的验证者，使得只需要依靠其中的一些部分，就可以重组它这个节点所制造的分片区块，从而使得数据的可用性能够得到保证。

Elrond项目于17年10月启动，从项目概念原型到主网上线开发将近3年。

Elrond项目在18年11月开放了原型的源代码，其后团队重新编写了测试网的所有内容，目前已完成测试网v1.0的上线以及钱包的开发，测试网分片5块，TPS最大峰值可达12500。今年9月3日进行代币的经济模型升级和映射，开启ERD与eGLD的1000：1的兑换升级。

团队拥有顶尖的区块链人才，具有非常强的技术背景和创业经验。同时项目顾问包括以太坊的核心团队成员，以及在法律、技术、经济、营销等方面的专业人士，行业资源雄厚。

为了全面了解Elrond的技术特点和设计，我还专门在官网上找到了白皮书。

整篇白皮书对技术的论证比较详细，尤其是白皮书中对目前几个分片公链的优缺点和技术方案研究得很透，并详细列举创新改进方式，这看出项目团队的功底以及对现有区块链技术的发展了解和研究得很深。

Elrond项目在分片技术方面创新性很强，具体如下特点：

1、新颖的自适应状态分片机制

Elrond 创新性地提出自适应状态分片技术，提升可扩展性，旨在为数字经济提供底层价值转移协议。

自适应状态分片技术不同于其他分片项目固定分片和节点数量，而是采取随着网络的不断扩展而调整区块链网络中的分片（和节点）的数量。

Elrond 网络中的所有验证节点将被分配到多个分片。每个分片将包含 400-600 个验证节点，并具有单独的链、帐户和应用程序状态。验证节点只为当前分片同步当前分片的状态和处理事务。

Elrond 的共识组（当前设置为 63 个块提议节点和验证节点）基于存储，前一个块的头部中的随机数在每轮次变更。共识小组中的这些验证节点需要在每个纪元的每一轮次中就拟议的区块达成共识（Elrond 的纪元约为 24 小时，轮次约为 5 秒）。

这种架构实现了线性可扩展性，意味着不会影响安全性，可用性和分散性。

2、SPOS的共识机制

Elrond是第一个可运行智能合约的SPoS公链，测试网TPS过万，具有高吞吐、低费用的特性，不同于以太坊从POW转到POS，Elrond彻底抛弃了PoW机制，Elrond 的安全权益证明（SPoS）是以一种改进的股权证明（PoS）确保长期安全性和分布式公平性，使用SPoS这种经过改良的PoS机制，在PoS基础上加入了对每个参与打包节点进行评级这个要素。

Elrond 的 SPoS 类似于Algorand 随机选择机制，每个节点被定义为公钥、评级（默认为 0 ）和抵押权重的元组。如果节点希望参与共识，则必须首先通过智能合约进行注册，发送包含等于最小抵押金额的交易和其他信息。节点加入节点池并在当前纪元（约为 24 小时）结束时等待分片分配。块将由块提议节点创建，验证节点将根据改进拜占庭容错（pBFT）对其进行共同签名。

对于作恶节点的限制是，如果当前块提议节点以恶意方式操作，则其余组成员应用负反馈来更改其评级，减少甚至取消其再次被选择称为此节点的机会。

3、Elrond运行智能合约的虚拟机和以太坊兼容。这意味着部署在以太坊上面的项目能够便捷的迁移到Elrond上，这一点其实非常重要，能够大幅度减少项目迁移的成本，为接下来的快速发展提供了可能。

另外，Elrond还能够实施隐私智能合约功能。通过与Suterusu合作，使Elrond本身成为隐私交易协议的同时还获得隐私跨链功能，从而让用户通过支付Suter作为手续费来使用Elrond的隐私智能合约功能。

Elrond在技术上吸取了诸多公链的优点并有着自己的创新设计，有着一定的后发优势。

协议里则采用了在研究和实践中都被验证过的技术突破，基于 PoS 的安全节点分配和状态分片技术，让整个区块链系统更安全的同时，也实现了真正的去中心化。

所提出的方案都有章可循，Elrond可将吞吐量和执行速度累计提高1000倍。因此，Elrond每秒可处理多达10,000个交易（TPS），时延仅为为5秒，且成本可忽略不计。方案可行性高，比较很值得关注。

目前Elrond主网交换已经就绪，新的经济模式已经启动，Elrond经济模型中，支付的每笔交易费用通过用费用替代通货膨胀来降低理论限额，采用减少了理论上的通货膨胀，增加了eGLD稀缺性。

分片作为一种理论上可行的提升区块链可扩展性的解决方案受到了越来越多的关注，且在当前高拥堵、高费用的区块链网络中显得尤为必要。下面通过表格的方式来直观展示各个分片项目的对比。

通过对比现有主流分片相关项目可以发现，由于分片技术难度较高，现有项目开发周期普遍较长，多数都还处于研发或测试阶段。

Ethereum 2.0 致力于同时实现智能合约分片和存储分片，目前处于起步阶段，可能还需要一定的开发时间。以太坊2.0迟迟部署不了。

有的已经上线的分片项目如Zilliqa 和 QuarkChain 分别实现了智能合约分片和存储分片，虽然已经在一定程度上实现了公链的性能提升，单不能实现状态分片而影响性能。

相比较Elrond虽然17年启动，但是目前已经部署上线主网，值得关注，在技术上的表现更加令人信服。

near提出的理念较新，但能否落地还存在较大的未知么，接下来是否能够实现其宣称的高性能也有待进一步检验。

（作者：牛盾，以上仅为个人分析观点，不做投资建议）

—-

编译者/作者：槑袋袋

玩币族申明：玩币族作为开放的资讯翻译/分享平台，所提供的所有资讯仅代表作者个人观点，与玩币族平台立场无关，且不构成任何投资理财建议。文章版权归原作者所有。