分片如何运作?

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要了解区块链网络中分片如何执行,需先了解区块链数据的常规存储和处理方式。数据处理方式多种多样,下面将介绍顺序处理和并行处理。

通常来说,每个区块链节点负责处理网络内的所有交易量。这类数据处理方式称为“顺序处理”。也就是说,每个节点必须维护和存储所有关键信息,例如账户余额和交易历史记录。本质上,每个节点都必须处理所有网络运行、数据和交易。

此模式通过记录所有节点上的每笔交易来增强区块链的安全性,但也大大降低了数据处理速度。数据并行处理则允许同时执行多个操作,此时便可发挥作用。

分片可拆分或“分割”整个区块链网络中的交易工作量,因此是可以解决这一困境的有效解决方案。这意味着,并非所有节点都需管理或处理区块链的全部工作量。

相反,分片通过水平分割将工作量分开。在此过程中,数据被划分为水平子集,每个分片均充当独立的数据库,能与其他分片分开处理交易。 

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水平分割与垂直分割是数据库扩展的两大主要方法。两种方法均旨在有效管理大型数据集,但二者的基本运作方式截然不同。分片是实施水平分割的常用方法。

数据通过水平分割可分成行并分布到不同的节点(或数据库)中。每个节点(或数据库)都包含数据子集。表内的每一行都是唯一实体,因此各行分开不会破坏数据完整性。水平分割的典型示例即区块链网络的分布,例如以太坊比特币

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垂直分割的数据则是分成列,而非行。垂直分割的每个分区均包含各个实体或整个数据集的数据子集,但仅针对某一组特定属性。例如,包含“姓名、状态、说明和照片”等列的客户表格。在垂直分割情况下,“姓名”和“状态”可能保存在一个表内,“说明”和“照片”则存在另一个表内。

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为何水平分割更受青睐?

在区块链网络中,水平分割通常比垂直分割更受青睐,主要在于可扩展性、去中心化和安全性这三大原因。

可扩展性:分片通过将数据细分为较小更易管理的“碎片”来提供解决方案。每个分片均可独立运行,同时处理更多交易,从而提升网络速度和效率。垂直分割则将列分布在不同的数据库中,这可能会使检索完整交易或区块信息变得更复杂,从而限制可扩展性。

去中心化:与区块链的核心理念一致,水平分割支持去中心化。如果节点只需处理总数据(一个分片)的一部分,计算和存储负荷将有所降低,则可允许更多节点参与网络。与之相比,垂直分割存在局限性,即每个节点均需访问所有分区(所有数据列)才能理解和验证完整的区块数据。

安全性与数据完整性:每个分片(或分区)包含完整的交易数据,以确保每个节点包含其区块链部分完整准确的副本,因此水平分割可保持数据的完整性。垂直分割本质上是拆分不同节点的区块数据,这样则难以保障区块链网络最重要的数据完整性和安全性。