区块链行业技术引卷之四分片分而治之无限扩展20190314通证通研究院15页

研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值1[Table_Summary]分片：分而治之，无限扩展——区块链技术引卷之四通证通研究院FENBUSHIDIGITAL区块链研究报告专题报告行业研究2019.03.14通证通xFENBUSHIDIGITAL分析师：宋双杰，CFAEmail:[e-mail]分析师：田志远Email:[e-mail]特别顾问沈波RinJX更多研究请关注公众号获取通证通研究院FENBUSHIDIGITAL请务必阅读最后特别声明与免责条款导读：分片（Sharding）是区块链扩容的链上解决方案之一，目前市场上的众多项目均采用了分片技术。摘要：当前的区块链中，每个节点存储所有的状态，同时处理所有的事务，在保证了安全性的同时限制了可扩展性。区块链分片的基本思路是将区块链网络中的节点分成若干个相对独立的分片，单个分片处理规模较小的事务甚至只存储部分网络状态，多个分片并行处理事务，理论上整个网络的吞吐量将会提升。分片方案优劣势：相比于其他链上扩容方案，分片方案的主要优势在于通过并行处理事务提升效率，同时减少计算或存储的冗余，一定程度上保证了非中心化，理论上能够无限扩展。相比于链下扩容方案，分片方案保证了交易链上进行，但是由于分片将网络进行了切分，导致作恶成本相对降低，因此分片方案同样存在安全性问题。总体而言，分片方案的主要问题在于安全风险较高，实施周期较长，目前仍存在一系列技术难题有待解决。分片相关项目分析：尽管现有的分片项目普遍定位于状态分片，但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。这种情况下，是否具有清晰的发展路径和按时完成目标任务显得格外重要。针对分片存在的待解决问题，很多项目提出了理论上可行的解决方案，但在具体落地过程中存在较多不确定性，市场关注度较高的分片项目均出现了不同程度的延期，表明项目方普遍低估了分片的实现难度。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，市场上不乏利用分片概念进行炒作的项目，对投资者的辨别能力提出了更高的要求。分片项目分析要点：技术逻辑和实现可能。目前市场上不乏炒作概念的区块链项目，分片技术难度较高，是否具有完整的技术逻辑、对关键性问题提出可行的解决方案以及平衡效率、安全和非中心化至关重要。项目团队研发实力。同样由于分片技术难度较高，因此只有具备相当强研发实力的项目团队才有可能在分片领域做出重要贡献，同时还需关注项目团队的稳定性以及人员背景的真实性等。发展计划和项目进度。包括项目是否具有具体可行的发展计划，项目方是否按照预定路线推进项目发展、实现预定目标，以及落地速度相比于同类项目是否具有优势等。风险提示：分片技术进展不及预期，安全漏洞通证通研究院xFENBUSHIDIGITAL专题报告研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值2目录1分片原理...........................................................................................................................................41.1分片概念..............................................................................................................................................41.2分片层级..............................................................................................................................................52分片挑战...........................................................................................................................................73分片方案的优劣势...........................................................................................................................94分片相关项目分析.........................................................................................................................105分片项目分析要点.........................................................................................................................14通证通研究院xFENBUSHIDIGITAL专题报告研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值3图表目录图表1：链上扩容方案之分片.................................................................................................................................4图表2：数据库水平分区.........................................................................................................................................4图表3：分片原理示意图.........................................................................................................................................5图表4：区块链分片层级.........................................................................................................................................5图表5：分片后攻击单个分片的成本相比于分片前极大降低.............................................................................7图表6：分片数据有效性问题示意图.....................................................................................................................8图表7：分片数据可用性问题示意图.....................................................................................................................9图表8：现有主要扩容方案优劣势对比...............................................................................................................10图表9：ETH分片将分阶段推出...........................................................................................................................11图表10：交联操作示意图................................................................................................................................11图表11：分片相关项目对比...........................................................................................................................13通证通研究院xFENBUSHIDIGITAL专题报告研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值4分片（Sharding）是区块链扩容的链上解决方案之一，目前市场上的众多项目均采用了分片技术。1分片原理1.1分片概念分片概念源于数据库领域。分片指数据库中数据的水平分区（将表的不同行分到不同的分区），每个分片都保存在一个单独的数据库服务器实例上，以分散负载。当前的区块链中，每个节点存储所有的状态，同时处理所有的事务，在保证了安全性的同时限制了可扩展性。区块链分片的基本思路是将区块链网络中的节点分成若干个相对独立的分片，单个分片处理规模较小的事务甚至只存储部分网络状态，多个分片并行处理事务，理论上整个网络的吞吐量将会提升。图表1：链上扩容方案之分片资料来源：通证通研究院，FENBUSHIDIGITAL图表2：数据库水平分区资料来源：DatabaseScalingJargons，通证通研究院，FENBUSHIDIGITAL通证通研究院xFENBUSHIDIGITAL专题报告研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值5图表3：分片原理示意图资料来源：Sharding,Raiden,Plasma:TheScalingSolutionsthatWillUnchainEthereum，通证通研究院，FENBUSHIDIGITAL1.2分片层级区块链分片的层级由下到上分别为：网络分片（NetworkSharding）、交易分片（TransactionSharding）和计算分片（ComputationalSharding）以及状态分片（StateSharding）。图表4：区块链分片层级资料来源：通证通研究院，FENBUSHIDIGITAL通证通研究院xFENBUSHIDIGITAL专题报告研究源于数据研究挖掘机会研究呈现价值6（1）网络分片网络按照一定规则选取节点形成分片。实施分片的第一步就是创建分片，因此网络分片是交易分片、计算分片和状态分片的基础。（2）交易分片交易分片：将交易按某种规则分配到不同分片。其思路为，按一定的规则将交易分配到同一个分片处理，则既能够达到并行处理的目的又能避免双花问题的出现。在不同的记账方式下，对交易分片的要求有所区别。目前区块链网络中存在两类记账方式，分别为UTXO（UnspentTransactionOutputs，未使用交易输出）模型和账户/余额模型，典型代表分别如BTC和ETH。UTXO模型：在BTC交易中，每笔交易都会有一个或多个输出，UTXO指尚未花费的区块链交易的输出，可以作为新交易的输入，而已花费的交易输出不可再花费，类似纸币交易情况下的支付和找零，顾客将一张或多张纸币支付给店家，店家则将一张或多张纸币找零给顾客。账户/余额模型：系统记录每个账户的余额，在进行交易时，系统检查账户是否有足够余额用于支付，类似于银行转账时，银行会记录每个账户的余额，只有账户余额大于所需转账金额时，交易才能够进行。UTXO模型下，交易分片需