區塊鏈公鏈分片技術(sharding)方案，配思維導圖
分片技術(sharding)方案
以太坊分片思路
其基本思想是，將網絡中的節點分成不同的碎片，各分片可以並行處理不同交易，這樣可以並行處理相互之間未建立連接的交易，以提高網絡並發量。分片方案的特點是，隨着節點數目的增加，網絡吞吐量也隨之增加。
Vitalik Buterin在最新的推文中表示以太坊分片技術最重要的原則是“最大限度地接近與單一區塊鏈相同的性質”
二次方分片的目的，就是通過一種雙層的設計來增加交易容量。第一層不需要硬分叉，主鏈就保持原樣。不過，一個叫做 校驗器管理合約 （validator manager contract，VMC）的合約需要被發布到主鏈上，它用來維持分片系統。這個合約中會存在 O(c) 個 分片 （目前為 100），每個分片都像是個獨立的“銀河”：它具有自己的賬戶空間，交易需要指定它們自己應該被發布到哪個分片中，並且分片間的通信是受限的
分片系統中的大多數用戶都會運行兩部分程序。(i) 一個在主鏈上的全節點（需要 O(c) 資源）或輕量節點（需要 O(log(c)) 資源）。 (ii) 一個通過 RPC 與主鏈交互的“分片客戶端”
子鏈、側鏈、狀態通道
都屬於鏈下擴容
鏈下交易，對應比特幣的閃電網絡（Lightning Network）和以太坊的雷電網絡(Raiden Network)。
提前支付一些以太坊或比特幣作為押金，之后你可以在鏈下通過一些手段，來跟其他人進行交易。交易結束后把這個結算放在區塊鏈上面。需要主流交易所、錢包這種大節點參與才比較有效。
核心思路是每個鏈可以獨立自主地處理交易或者事物，相互之間不需要交流，最終把結算信息放在主鏈上。
跟分片最本質的區別是，分片是鏈上擴容，是對整個區塊鏈網絡的一個重構，節點也是相互關聯的。
代理人共識協議
典型代表EOS，TRX
如何選出這些代理人，你可以用權益證明，也可以通過一些官方的驗證。
不管是7個代理人還是21個代理人，甚至可能是幾十個代理人，大家會形成一個小團體。這個機制的好處是可以保證在一個很小的團體內部，很快就達成共識。
zilliqa分片
開源地址：https://github.com/Zilliqa/Zilliqa
C++實現的
在亞馬遜的EC2上面測試得到用3600節點實現了每秒2488筆交易
特點：分片技術、PoW+PBFT混合共識機制
測試網絡：https://explorer.zilliqa.com
Zilliqa的設計構思 第1部分：網絡分片
https://my.oschina.net/zilliqa/blog/2962501
Zilliqa 的設計構思 第2部分：共識協議
https://my.oschina.net/zilliqa/blog/2962504
Zilliqa 的設計構思 第3部分：使共識更有效
https://my.oschina.net/zilliqa/blog/2962511
Zilliqa官方挖礦指南中文版
https://www.huoxing24.com/newsdetail/20181206173835283794.html
網絡分片
假設我們有一個包含1000個節點的網絡，將自動地把該網絡分成10個、每個包含100個節點的分片，且所有分片可並行地處理交易。
由於分片架構能平行地處理交易，因此吞吐量可隨着網絡規模增加而線性增長。
每個分片現在都能獨立處理交易並因此產生高吞吐量。
需要解決的關鍵問題
對女巫攻擊的防御（Sybil Resistance）
創建分片、給分片分配節點和任務
分片大小
跨片交易
zilliqa解決方法
防控女巫節點
使用PoW。每個希望加入Zilliqa網絡的新節點都必須先執行PoW，網絡中的現有節點驗證新節點的PoW並授權其加入網絡。
POW工作量證明部分跟以太坊基本上是一樣的，這要求你將上一個區塊的哈希值、節點的IP地址和你的公鑰一起進行哈希計算。
對應的難度是相匹配的，例如哈希值的前100位都是0，如果你算出來的哈希值滿足這個條件，就說明你完成了工作量證明。
根據工作量證明節點ID的最后幾位，來決定分到哪一個分片上。對於一個新的節點來說，是無法通過自己的意志去加入某一個分片的，只能通過工作量證明，而工作量證明難度較高，因此可以避免出現新節點自己選擇分片的情況。因此工作量證明的最后幾位，就可以從數學上保證你的隨機性是足夠的。可以保證一些惡意節點不能直接加入到某一個分片。
自動創建分片
有一個單獨的分片即DS委員會去整合每個分片的結果，收集不同分片里面交易哈希，進行一個共識協議，形成哈希的哈希，然后廣播，其他節點驗證簽名。
在每個DS Epoch開始時，所有候選人都將運行工作證明（Ethash算法）過程300秒窗口，以便競爭加入Zilliqa網絡。
每個DS Epoch（約1.5小時）內總共有100個TX時期（每個~1分鍾）。第100個TX時期被稱為Vacuous時期。空白時期會處理coinbase交易（獎勵機制）、升級機制（因為pBFT中沒有分支）和持久狀態存儲（寫入節點的DB而不是僅存儲在內存中）。在這個時期，網絡不會處理任何常規交易。
基於POW選舉出DS委員會，使用先進先出策略定期移出一名DS委員會老成員、增加一名新成員，新進入委員會的節點是最快解決PoW的節點，任何時候DS委員會的大小都是固定的。DS委員會一旦當選，便啟動分片程序，網絡中的所有其他節點立即執行另一個PoW，其PoW由DS委員會驗證，每個節點根據提交情況和隨機性，被分配到特定的分片。PoW提交的最后幾位二進制數字決定了節點將被分配到哪個分片。
選擇合適的尺寸
選擇合適的分片大小對系統的安全至關重要。使用PoW創建分片相當於隨機無差別地抽樣一個節點集。
從600個節點開始，其包含三分之一的惡意節點的概率降至百萬分之一。出於這個原因，Zilliqa認為最小分片大小為600。
避免跨片交易
因為跨片交易需要鎖協議，因此其開銷成本很高，在分片設計之初就盡量避免跨片交易的產生
原子提交協議技術方案
交易分片
每當交易到達網絡時，它就被分配到一個特定的分片上。分配是由交易發送地址的前幾位二進制數字決定的，這就叫做交易分片。
交易首先由分片打包，生成微塊，然后上傳給DS委員會，如果幸運，能被DS節點確認並簽名，生成最終塊。
每一個節點都可以收到最終的區塊，這個區塊的內容是很小的。同時，不同區塊之間也會進行交換數據，從而分享最終區塊內的這些交易。
整個系統有三層結構：第一層，是哈希的哈希；第二層，交易的哈希；第三層，真正的交易內容。通過這種三層結構來保證整個系統在每一步進行廣播的時候，內容量都是相對比較小的。因此過了一段時間之后，你的不同分片里面，大家都可以獲得這一段時間以來交易處理之后的一個共同狀態。
交易分片按照交易發送者的賬號地址來划分，來自同一發送者的所有交易都將在同一個分片中處理，允許每個分片成員檢測其是否雙花。通過每個交易中存在的隨機數nonce，可以輕松檢測雙重花費（或重放攻擊）。
計算分片
分片還使計算執行和智能合約運行十分高效。例如，一部分分片可以充當映射器（mapper），其他部分分片可以充當歸約器（reducer），並非常有效地執行映射-歸約任務（map-reduce task），這也被稱為計算分片。
共識協議
計算密集型的PoW需要大量的時間進行計算並且可能減慢共識協議，且它與網絡中的節點數量無關，而是取決於網絡的集體計算能力。不能很好地利用分片小的優勢
實用拜占庭容錯協議（Practical Byzantine Fault Tolerance, 簡稱為PBFT）
Zilliqa采用PBFT在每個分片中達成共識。該協議是由卡斯特羅和利斯科夫（Castro and Liskov）在1999年提出的。它是在這樣的假設下運行的：在執行協議之前，假設每個分片中最多有1/3的節點是惡意的。
在PBFT中，一個共識組中（即一個分片中）的所有節點按順序排列，它有一個主節點（領導者），其他節點被稱為備份節點。每輪PBFT都有三個階段：預備、准備、提交。
PBFT與Nakamoto共識協議相比其他優點
交易最終性
一旦交易被提交到區塊鏈，那么它就是最終的了且不會有臨時分叉，因此不需要確認。
低能耗
Zilliqa只使用PoW來防止女巫節點攻擊、確認節點身份並進行分片，而不用於達成共識。現實中，每確認大約100個區塊才需要做一次PoW。
報酬差異小
Zilliqa中參與共識協議的每個礦工都可以獲得對應的獎勵
PBFT的挑戰
一個主要缺點：只有當分片規模很小時（即小於50）才高效。但是，正如我們前面的文章中所討論的，出於安全原因，Zilliqa的分片大小必須不少於600個節點。
PBFT對於大型網絡而言效率低下的主要原因是它有一個潛在的通信成本，即 分片中的每個節點都必須與所有其他節點通信，這就是通信成本二次方的原因。
使用數字簽名而不是MAC將發送消息的數量從二次方數量級減少到線性，當n很大時這種減少會產生重要影響。以600個節點為例，其中傳播的消息數量可以從17.97萬減少到599
使用多重簽名的方法來降低通信成本，減少每個消息的大小
目前一種比較流行的多重簽名方案是基於Schnorr數字簽名技術
Zilliqa使用了近期一些學術論文中的技術來提高經典PBFT協議的效率。