摘要：以太坊的分片方案解析阿希鏈測(cè)鏈多鏈與跨鏈技術(shù)在阿希鏈系統(tǒng)上，每個(gè)都是運(yùn)行在一條測(cè)鏈上的。也是截至目前，在其測(cè)試網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分片技術(shù)的僅有的兩個(gè)中的一個(gè)區(qū)塊鏈項(xiàng)目。和分片的實(shí)現(xiàn)將很大程度上改善以太坊的短板。

撰稿人: 卡酷少 kakushao

在區(qū)塊鏈所面臨的諸多問(wèn)題中，區(qū)塊交易的處理速度，和區(qū)塊鏈之間的互通性都極大程度的限制了區(qū)塊鏈的應(yīng)用空間。要實(shí)現(xiàn)更快的交易確認(rèn)速度，拓寬區(qū)塊鏈向外連接的橋梁，測(cè)鏈和分片都將是實(shí)現(xiàn)其作為價(jià)值網(wǎng)絡(luò)體系的關(guān)鍵方案。

本文將依托結(jié)合現(xiàn)有區(qū)塊鏈，來(lái)介紹和對(duì)比幾種測(cè)鏈跨鏈方案。

根據(jù)V神的設(shè)想，以太坊的分片技術(shù)，就是在網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的基礎(chǔ)上，并行地架構(gòu)一條或多條分片鏈，并將交易在所屬分片鏈上，也就是主鏈外進(jìn)行確認(rèn)，并在固定間隔時(shí)間將分片區(qū)塊頭與主鏈同步。這樣可以有效地分散主鏈請(qǐng)求的壓力。

在此我們就不在做過(guò)多解釋，本公眾號(hào)之前有一篇關(guān)于以太坊分片技術(shù)的介紹，詳情請(qǐng)點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)鏈接。

以太坊的分片方案解析

在阿希鏈系統(tǒng)上，每個(gè)DApp都是運(yùn)行在一條測(cè)鏈上的。其與主鏈的關(guān)系，一如進(jìn)程之于操作系統(tǒng)。并且每條進(jìn)程都跑在一個(gè)沙箱隔離機(jī)制下的JavaScript虛擬機(jī)上。阿希主鏈提供相當(dāng)于底層的基礎(chǔ)設(shè)施。提供了比如數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫(xiě)，網(wǎng)絡(luò)通信的API，以及加密的API等等支持。這種設(shè)計(jì)的好處，是測(cè)鏈的代碼和數(shù)據(jù)的獨(dú)立。這實(shí)際上也是一種天然的分片機(jī)制。類(lèi)似于以太分片鏈，阿希的每條測(cè)鏈也擁有獨(dú)立的見(jiàn)證人和獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

阿希鏈在測(cè)鏈的實(shí)現(xiàn)之外，還設(shè)計(jì)了跨鏈的互操作。這主要依賴于跨鏈網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)。在比特幣的跨鏈網(wǎng)關(guān)通過(guò)提案系統(tǒng)的投票并上線以后，用戶就可以利用這個(gè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行比特幣對(duì)阿希鏈的充值和提現(xiàn)。用戶首先需要在阿希鏈上完成一個(gè)開(kāi)戶的動(dòng)作，這個(gè)賬戶由跨鏈網(wǎng)關(guān)來(lái)維護(hù)。用戶在完成對(duì)這個(gè)賬戶充值以后，跨鏈網(wǎng)關(guān)就會(huì)調(diào)用相關(guān)的合約，在阿希鏈上對(duì)這個(gè)用戶發(fā)行一筆等值的比特幣資產(chǎn)。這個(gè)比特幣資產(chǎn)就可以像其他阿希鏈上的資產(chǎn)一樣，可以在阿希鏈的生態(tài)里流通，也可以導(dǎo)入到DApp中使用。

其他主鏈的資產(chǎn)在導(dǎo)入阿希鏈的過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)一個(gè)跨鏈網(wǎng)關(guān)。跨鏈網(wǎng)關(guān)是一個(gè)有多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)的多簽名地址。這些節(jié)點(diǎn)由提案系統(tǒng)選舉出來(lái)，各自同時(shí)維護(hù)著其他主鏈的全節(jié)點(diǎn)和阿希鏈的全節(jié)點(diǎn)。跨鏈資產(chǎn)到阿希鏈的充值、提現(xiàn)等工作都是由這些節(jié)點(diǎn)來(lái)完成。資產(chǎn)從原來(lái)的主鏈進(jìn)入網(wǎng)關(guān)以后，會(huì)在原來(lái)的主鏈上鎖定，同時(shí)阿希鏈會(huì)解鎖一筆對(duì)應(yīng)的資產(chǎn)，用于阿希鏈內(nèi)部使用。用戶可以隨時(shí)從阿希鏈提現(xiàn)到原來(lái)的主鏈，這個(gè)過(guò)程和充值的過(guò)程完全相反。這是一種通過(guò)多簽名聯(lián)盟來(lái)實(shí)現(xiàn)的雙向資產(chǎn)錨定的方案。

舉例說(shuō)明，假如Alice想要用BTC向阿希鏈的Bob發(fā)起一筆價(jià)值1BTC的交易。那么，Alcie首先需要注冊(cè)一個(gè)阿希鏈賬戶，并對(duì)這個(gè)賬戶進(jìn)行充值。在發(fā)起轉(zhuǎn)賬時(shí)，跨鏈網(wǎng)關(guān)調(diào)用相關(guān)合約，在阿希鏈上對(duì)Bob進(jìn)行一筆等值的比特幣資產(chǎn)轉(zhuǎn)賬。（注意，這筆資產(chǎn)，既不同于BTC也不同于XAS，而是一種類(lèi)似于XAS-BTC的代幣。）之后這筆比特幣資產(chǎn)就可以在阿希鏈的生態(tài)里自由流通。

總結(jié)而言，跨鏈網(wǎng)關(guān)具有一定的中轉(zhuǎn)和管理功能，能夠在盡量實(shí)現(xiàn)分布式的情況下，以見(jiàn)證節(jié)點(diǎn)多簽的方式來(lái)保證交易的可靠性。在應(yīng)對(duì)交易撤銷(xiāo)方面，在不主張主鏈回滾的前提下，給出一天時(shí)間延時(shí)寫(xiě)入?yún)^(qū)塊。是相對(duì)比較可行且完善的方案。

Zilliqa是一個(gè)高吞吐量的公鏈平臺(tái)。也是截至目前，在其測(cè)試網(wǎng)絡(luò)（testnet）上實(shí)現(xiàn)分片技術(shù)的僅有的兩個(gè)中的一個(gè)區(qū)塊鏈項(xiàng)目。

Zilliqa清楚區(qū)分了狀態(tài)（state）和交易歷史（transaction history）。狀態(tài)是指當(dāng)前的情況，比起存儲(chǔ)交易歷史，狀態(tài)存儲(chǔ)空間占用較小，但使用頻率較高。Zilliqa采用的方式是:每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有當(dāng)前狀態(tài)的拷貝，但交易歷史將被分片。因?yàn)榻灰讱v史使用頻率比起當(dāng)前狀態(tài)要低，所以這將很大程度上減少分片引起的頻繁通信問(wèn)題。

提起Zilliqua就不得不提QuarkChain。QuarkChain也是基于分片技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高性能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易系統(tǒng)。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分為兩層：分片層（sharding layer）和用于驗(yàn)證前者的底層（root layer）

其在分片實(shí)現(xiàn)上與Zilliqa最大的區(qū)別：
Zilliqa只支持交易歷史的分片，但QuarkChain聲稱支持狀態(tài)和交易歷史分片
片間交易（cross-sharding）能力比起Zilliqa更強(qiáng)。

相比而言，首先，以太坊上實(shí)現(xiàn)分片，首先需要實(shí)現(xiàn)Casper。Casper和分片的實(shí)現(xiàn)將很大程度上改善以太坊的短板。其次Zilliqa和Quarkchain已在測(cè)試網(wǎng)絡(luò)上成功運(yùn)行了分片技術(shù)，但兩者的實(shí)現(xiàn)是有區(qū)別的。

與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)不同，Covenant SQL是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，也是一個(gè)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫(kù)，一個(gè)哈希上鏈的數(shù)據(jù)庫(kù)。為了更便于用戶使用，Covenant SQL支持SQL-92,兼容各種現(xiàn)有SQL語(yǔ)言框架。Covenant SQL不涉及太多的共識(shí)機(jī)制，主要關(guān)注點(diǎn)是在數(shù)據(jù)上鏈存儲(chǔ)（hash值存儲(chǔ)）。

Covenant SQL的底層架構(gòu)如下圖：

在DPOS的共識(shí)下，Covenant SQL由mainer輪流出塊。其出塊邏輯大致如下：

需要注意的是，CovenantSQL并沒(méi)有直接將SQL鏈的接口暴露給客戶端。而是中間隔了一層數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例。所以底層的數(shù)據(jù)相對(duì)更加安全一些。