探讨：区块链的分片和扩容

本文主要讨论跨分片交易，无效交易以及恶意行为。

此前曾讨论过基本分片类型并不是一种非常实用的分片方法，因为其分片之间无法互相通信，这使得它们与单条区块链并无二致。

让我们举一个简单支付的例子。如果用户A和用户B位于同一个分片上，那么分片中的验证者将能够轻松处理交易，但倘若他们位于不同分片，并拥有不同帐户呢？

用户A在分片1上，用户B在分片2上。各个分片上的验证者都无法记入或扣除用户帐户中的资金，因为他们没有相关权限。

然而，这个问题也有解决方案，来看下详细说明：

同步（同时）跨分片交易

在这种情况下，当分片1的用户A需要向分片2的用户B发送资金时，每个分片中包含相关交易所涉状态的区块将同时生成，并且每个分片上的验证者都会协同确认交易。早在2018年初，Vitalik Buterin就提出用这种解决方案来合并区块。

异步跨分片交易

这种操作较为简单，也更易于协调，因此它比同步交易更受欢迎。

同样地，我们还是假设分片1的用户A要向分片2的用户B汇款。

在这种情况下，负责向B账户记入资金的分片一旦获取了足够的证据，证明负责从A帐户扣除资金的分片已经完成了自己的那部分工作（即已将资金从A账户中扣除），则记入资金的分片才会完成自己的那部分工作（即将资金记入B账户中）。

不过这种方法并不完美，某个分片中的某个区块成为孤块的可能性仍然非零。而一个非零的可能性，无论概率多小，仍然是个不容小觑的漏洞。

来看看以下图表，分析下原因：

这条区块链有两个分片，而纯粹出于巧合，它们都在交易并入分片1中的区块A和分片2中的区块X'时进行分叉。当这样的分叉发生时，各个分片必须孤立其中一条链，接纳另一条链。在这种情况下，如果链A、B成为分片1所接纳的链，且链W'、X'成为分片2所接纳的链，那么交易就可成功执行，皆大欢喜。

如果分片1接纳了链A'、B'，且分片2接纳了链W、X，则交易失败，不过这个结果也是可接受的，因为交易可以重新发送。

但如果分片1接纳了链A、B，且分片2接纳了链W、X，那么结果会如何？这会造成部分交易被成功执行（链A、B上的），而另一部分交易则被废弃（链W、X上的）。

考虑因素

现在你应该已经对分片及其工作原理掌握得差不多了，也许你会觉得此解释清晰明了，又或许你产生了诸多的疑问，但此外，别忘了还有一个因素需要考虑：恶意参与者。

恶意节点

不论何种系统，当有大量资金往来时，就会有人想方设法对系统进行攻击，这种情况简直是屡见不鲜了。

批准无效区块

恶意参与节点可能会通过创建能够更改网络的区块来攻击网络。以用户1和用户2为例，假设用户1拥有10个币，用户2拥有0个币。当用户1将这10个币发送给用户2时，网络上的恶意节点可以尝试创建区块，使得最终用户1拥有0个币，而用户2拥有1000个币。

在无分片的常规区块链中，攻击者想要发起这种攻击是不可能的，因为每个节点都会对每个区块进行验证，如果发现了无效区块，所有节点（无论是否为矿工）都会拒绝该区块。

对于传统的区块链来说，不管恶意节点创建了多少区块，也不管他们的创建速度有多快，网络的诚实参与者始终会忽略这些区块，并继续构建诚实链。

而对于一条分叉为两条的区块链来说，恶意节点会构建无效区块，并用一大堆币来填充他们的帐户。在这种情况下，恶意节点的数量甚至可能超过诚实节点。此时，较短的链才是诚实链，较长的链则是无效链。在一条常规非分片的区块链中，每个参与者负责验证他们所收到的所有区块并确认状态，因此，在区块链中拥有既得利益（并扩展其完整性）的任意参与者都会立即识别出无效链并将其忽略，从而继续构建较短的链（根据本例情况）。

分片链稍微复杂一些，因为参与者无法验证每个分片上的每笔交易，因此我们必须弄清楚如何确认分片的整个历史记录中没有无效区块。

由于信标链（在上一篇文章中讨论过）通常无法验证每个分片中的每个区块，因此我们需要另一种解决方案来确保每条链的完整性。

假设某网络中的每个分片都具有拜占庭容错机制，且分片中的恶意节点数量控制在66.667％以下，这时就能够构建一种机制，此机制能够在恶意节点尝试生成无效区块时向系统发出警报，然后由一个或多个诚实节点证明区块是否有效。若66.667％以上的分片由恶意节点控制，那么从理论上来说，他们最终能够生成区块，但只要分片中有一个节点是诚实的，就可以构建机制，让诚实节点与恶意节点对抗。

原文来源Hackernoon，翻译由头等仓(First.VIP)提供，转载请保留文末信息。