前兩天講了 Layer 1（鏈上擴容）的其中一部分：改變共識演算法。前後介紹了以太坊的 PoS，也介紹了傳統比特幣的 PoW，以及其他區塊鏈使用的各種共識機制，如 Solana 的 PoS + PoH、TRON 的 DPoS。
前幾天討論過幾種在 Layer 1（鏈上擴容）的方法。不論是增加區塊大小、縮短區塊時間，又或者是改變共識機制，都逃不出區塊鏈「不可能三角」的限制。也就是，當我們嘗試增加可擴充性，提升網路整體吞吐量與 TPS 時，去中心化程度與安全性都不可避免的下降。
以電腦科學的演進為例，這些做法都像是在單一 CPU 上嘗試提升硬體性能（scaling-up）。今天，我們來講講分片（Sharding），以多核心 CPU 平行處理的方式（scaling-out），嘗試解決以太坊的擴容問題。
分片這個概念，其實在資料庫領域早就不是件新鮮事，透過將資料切成多個分片，分配到資料庫 Cluster 中不同的 Server 儲存，降低單一 Server 的壓力負載。
目前的以太坊 2.0 可以被想像成一個只有一個車道的道路，交易（車流）過多塞著整條道路，導致大塞車。分片（Sharding）技術則是將這條道路從單一車道，擴充至多個平行車道（分片），以紓緩整個道路壅塞的情況，並提升吞吐量（TPS）。
以上的比喻，其實也就是以太坊擴容。
以太坊分片嘗試將整個區塊鏈網路分割為更小、更易管理的單位，稱為「分片（Shards）」，每個分片都像是一個完整、獨立的區塊鏈網路，可以獨自處理交易（Transaction）、儲存資料。
分片大致上能被分為三個，分別是網路分片、交易分片，以及狀態分片。
將整個區塊鏈網路，分組為多個分片，也就是將網路上的驗證節點分為多個組別
將被提交、廣播到網路上的交易，分配到對應的分片進行驗證
將鏈上的交易資料與狀態，分別儲存在不同的分片上，而這也是最接近資料庫分片的一種
在進入以太坊 2.0 前，也就是 The Merge 之前，以太坊的共識機制是 PoW（Proof of Work）。當時，執行層與共識層是合在一起的，位處於同一個網路上。
對於比特幣，或是以太坊 1.0 這種 PoW 的區塊鏈，透過節點直接加入網路中，尋找隨機數（nonce），並廣播到網路上讓其他節點驗證、認同，這樣的共識機制（競爭算力），不需要一個額外的網路即可達成。同時，交易也在同一個網路上被廣播與驗證。
這也是第一段所述「執行層與共識層是合在一起」的意思。
這樣子的區塊鏈網路架構，驗證可以直接加入網路中競爭算力，然而，卻導致難以引入分片機制。此處強調的特別是網路分片（Network sharding）與交易分片（Transaction sharding）。去中心化的網路難以被分組為多個分片。另外，想像將交易分配到各個分片進行驗證，但這種 PoW 去中心化的共識機制，則讓交易分配到某分片這件事變得難以實現。
進到以太坊 2.0 後，共識機制轉為 PoS（Proof of Stake），執行層與共識層被拆分開來。屬於執行層的以太坊主鏈（mainnet），該網路上同樣有驗證節點，會進行交易驗證。而驗證節點則是透過質押以太幣，在信標鏈（Beacon chain）上以偽隨機演算法選擇某節點，以在執行層主鏈上，在特定 Slot 領導網路達成共識。
這種分離的執行層與共識層，替以太坊的分片之路奠定了基礎，將網路分組為多個分片（網路分片）、交易分配到某分片（交易分片），只需透過修改共識層機制即可。
儘管分片能夠提升 Layer 1 的交易速度、提升整體網路吞吐量，並降低手續費，進而達成擴容的目標。
然而，引入網路分片，將整個網路上的驗證節點分為多個組別後，可以想見的是，參與每個分片網路的節點數量下降，中心化程度提升、安全性下降。
今天介紹了分片的定義與以太坊的分片技術。然而，以太坊目前在 Layer 1 尚未引入分片機制。原因主要是，以太坊社群在 [3] 提到，把發展方向從鏈上擴容（L1）轉為鏈下擴容（L2），也就是 rollup-centric 的發展路線，而這也是目前以太坊主流的擴容技術。
今天與分片相關的內容，主要都著重在 Layer 1 上的執行分片，也就是將交易的驗證執行在主鏈上。明天，我們將探討採取了 rollup-centric 的以太坊，發展了怎樣的「資料可用性分片」技術，以支持 L2 擴容。
[1] 分片技術 - 區塊鏈底層 Layer 1 擴容方案, 桑幣區識
[2] Beacon chain, Ethereum
[3] A rollup-centric ethereum roadmap, Etherium Magician
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