最熱門分片方案究竟怎麼樣？一文讀懂以太坊 2.0、Zilliqa、Quarkchain、Monoxide

由 熱鏈中的人 於 2 月 1, 2019

分片一直是熱門話題，最近熱度更高。因爲關於如何提升區塊鏈基礎設施性能瓶頸的問題 , 已經熱熱鬧鬧討論了一年多時間，開發者們提出了包括鏈上擴容和鏈下擴容在內的多種擴容方案，其中，分片技術在不降低去中心化性能的情況下提升了可拓展性，具有良好的應用前景。於是，衆多分片項目成爲市場關注焦點，獲得知名機構投資。

進入 2019 年第一季度，包括 Zilliqa、Quarkchain 在內，不少以分片爲亮點的公鏈項目將正式發佈主網。

全球通證數據與評級機構 TokenInsight 最近針對市場上最受關注的 Ethereum 2.0、Zilliqa、QuarkChain 和 Monoxide 這四個分片項目或技術方案進行了研究和分析，撰寫一份深度報告。鏈聞獲得 TokenInsight 授權，將這份報告的核心內容推薦給讀者。

Ethereum 2.0

Ethereum 2.0 目標是實現狀態分片，其中包括智能合約分片與存儲分片。信標鏈是 Ethereum 2.0 架構的核心和基礎。信標鏈是 Ethereum 原鏈的一條側鏈，Ethereum 原鏈仍保持原有狀態運行 PoW 共識，而信標鏈運行 Casper FFG 共識（改進的 PoS 共識）。
信標鏈主要功能有保證隨機性、管理驗證節點、驗證跨分片交易等。Ethereum 2.0 共識算法爲 Casper FFG ，是一種改進的 PoS 共識算法。其主要作用有兩點：第一，大降低挖礦能耗；第二，爲分片提供最終確定性保證。
Ethereum 2.0 中的跨分片交易也需要信標鏈爲中介進行驗證，因此，當系統中跨分片交易數量過多時，信標鏈本身的性能可能會成爲跨分片交易的性能瓶頸。
由於 Ethereum 2.0 需要實現智能合約分片與存儲分片，開發難度較大，而目前仍處在起步階段，因此需要較長的開發時間。

Zilliqa

Zilliqa 已經成功主網上線；
該項目現階段已實現智能合約分片，但未實現存儲分片。
Zilliqa 共識算法爲 pBFT + PoW，其中 PoW 共識的作用主要有兩點：第一，防禦女巫攻擊；第二，利用 PoW 的隨機性爲分片的劃分提供隨機性保證。其採用兩輪 EC-Schnorr 多重簽名來代替傳統 pBFT 共識中的 prepare 和 commit 階段，從而將 pBFT 共識的通信複雜度降爲了 O(n)。
Zilliqa 的智能合約分片中，複雜交易全部由 DS 委員會來處理，因此 DS 委員會可能會成爲智能合約分片的瓶頸。
Zilliqa 未實現存儲分片，因此存儲問題可能會限制其性能的提升。

QuarkChain

QuarkChain 採用雙層架構，系統由根鏈層和分片層構成，分片的安全性由根鏈來保證。
QuarkChain 設計了玻色子共識，使得在不同的分片內可以運行不同的共識算法，進一步降低了挖礦門檻，從而爲系統提供更多的算力保護。
該項目現階段分片內性能並未有明顯提升；
QuarkChain 現階段暫未實現智能合約分片，因此智能合約性能可能會受到其所在分片的性能限制。

Monoxide

Monoxide 是近期新出現的一種分片方案，其論文經過 NSDI 會議評審委員會審讀後發表，是今年該學術會議上唯一一篇關於區塊鏈技術的學術論文；
Monoxide 在完全去中心化的前提下實現了全方位的分片，其設計的連弩挖礦機制允許一個礦工同時參與多個共識組內部的挖礦競爭，可以收穫到多個共識組的出塊獎勵。從而使得單個共識組的實際有效算力，將等同於全網的物理算力。
爲了高效處理帶有智能合約的複雜跨分片交易，Monoxide 設計了 Oxidation 編程模型，其核心邏輯基於函數編程（Functional Programming)），這麼做的原因是交易邏輯的代碼能夠比較容易在編譯器層面被切分，繼而方便在各個共識組中接力運行。
Monoxide 目前僅公佈了其方案介紹，具體內容會在 2019 年 2 月 26 日的 NSDI 會議上公佈。現階段 Monoxide 仍處在理論階段，實際運行效果仍需等項目測試或上線。