ETH2.0：打破分片

ETH2.0路线图上的下一步将是合并事件，这将推出权益证明，并使以太坊区块链成为以太坊网络上的一个分片。但是为什么以太坊需要分片，在最终启动多个分片之后会怎样呢？

我们之前已经浅谈了分片将带来什么，但如果我们更深入地探究原因和方式，我们就会真正看到这个令人兴奋的升级可能带来的可扩展性的水平。

三难选择

今天的以太坊链是拥塞拥挤的，交易成本远远高于预期。以太坊网络每秒可以处理大约15-30笔交易，这对于目前正在链上发生的新NFT、DeFi和所有其他有趣的需求来说太低了。

几乎每个区块链系统都面临着一个常见的三难困境，称为DCS三角，在这个三角中不可能同时实现去中心化、一致性和可扩展性。一次只能有两个，不能三个都有。

去中心化

DCS中的“D”，去中心化意味着没有一个单独的实体能够完全控制网络。任何人都可以加入这个网络，并且可以在一个普通的设备上运行客户端，比如一个普通的笔记本电脑或一个小型的虚拟服务器。

一致性

在以太坊的背景下，一致性要求所有节点在同一时间看到以太坊链的相同数据。这可以防止双花等问题，防止一个交易可能被执行多次。

规模

以太坊目前的主要问题是。由于每个节点都需要知道与其他节点相同的数据，以太坊实际上受限于单个节点的速度。目前，以太坊可以被归类为去中心化和一致性，因为任何人都可以选择在网络上运行一个节点，同时看到与其他人相同的数据。但这是以可扩展性无法满足当前需求为代价的。

解决方案

分片是解决这个三难困境的一种尝试。在数据库结构中，分片已经是一种常见的现象，其中一个大型数据库被拆分为多个更小的数据库，这些数据库可以更快地运行，最终使整个系统更加高效和可扩展。

在数据库上下文中，这被称为促进水平扩展或向外扩展，通过添加额外的机器来分散负载，促进更多的流量和更快的处理。如果你只使用一台机器托管数据库，并随着时间的推移不断地用额外的处理能力升级这台机器，则称为垂直扩展或向上扩展。然而，这样的系统最终会遇到计算资源方面的限制。

使用以太坊中的分片，意味着一个节点可能只关注网络的一个子集，而不必跟踪网络其他部分发生的任何交易。

合并

合并是指我们所知道的以太坊链将与信标链“合并”，结束以太坊启动的工作证明机制，并过渡到权益证明。

分片最初计划在合并之前进行，但随着第2层扩展解决方案在最近变得越来越流行，优先级已经改变，允许合并发生得更早。

矿工很快就会被验证者所取代，这些验证者将质押以太坊，处理交易，并对新区块进行验证。不再需要我们提供大量的计算机能力，又因为其对硬件要求较低，验证者节点最终甚至可以在手机上运行。

验证者

分片无法与以太坊目前拥有的工作证明系统一起工作。在这样一个系统中，分片会稀释破坏整个网络所需的计算能力，最终使恶意行为者更容易接管分片。

对于成功的分片，需要在网络上有大量的验证者，而这可以通过轻松进入和低硬件需求来实现。

分片

尽管权益证明的推出将显著加快以太坊的交易吞吐量，但没有迹象表明，L2解决方案将很快消失，即使分片在稍后阶段启动。

分片可能会在两个迭代中部署。“版本1”将是第一个部署到网络上的分片链，乍一看，它实际上不能为耗油的DeFi项目做太多，因为它们不能处理交易或合约交互。然而，它们将能够存储数据，这可能足以解决当前的gas危机。

这就是L2，特别是rollup发挥作用的地方。目前,各种dapp已经使用rollup来执行链下计算，创建一个加密证据，然后“rollup”一组交易的数据链来节省gas成本。这种节省 gas 以及交易成本的方法已经在以太坊链上大量使用。

一旦分片在以太坊上线，它将首先启动64个分片，每个分片将并行运行。结合rollup和分片能够存储数据的事实，各种以太坊质押者相信，这可能会为以太坊带来每秒约10万笔交易的可能性，这将是以太坊目前每秒约30笔交易的一次重大升级!

“版本2”旨在为分片添加更多的功能，允许它们处理交易、账户余额和智能合约。这个额外的功能一直在路线图中，但由于版本1应该能够提供如此高的交易吞吐量，因此以太坊社区一直在讨论是否真的需要发布版本2。

在一种情况下，附加功能可能只会引入少数分片，剩下的分片只能存储数据。然而，由于版本2还很遥远，这场争论可能会持续相当一段时间。

信标链

最终构成以太坊的各种分片将能够通过信标链相互通信，该信标链自2020年底以来已经在以太坊网络上推出。

总而言之，信标链是用来监视网络上的所有分片，并给网络上的验证者提供便利的。当分片中的一个区块被创建时，也称为一个分片区块，这个区块会被添加到信标链中，其中包含任何关于分片区块的状态(如交易)的新信息。

其他的分片将能够通过信标链检索这些信息。

结论

作为以太坊的一部分，分片最终的样子还有很多需要改变的地方，我们还需要几年的时间。目前，分片链的交付时间预计在2023年的某个时候，比最初的预期晚了几年，但这仍可能是更早或更晚，取决于以太坊在合并后如何切换到权益证明，以及之后的工作进展。

实现ETH2.0的过程已经开始，但不是一夜之间就能实现的。信标链已经启动，为以太坊的合并提供了基础，该事件将很快将以太坊过渡到 PoS。启动分片将是下一个重点，随后可能会扩展所述分片的功能。