背景

2021年以太坊擴容可謂是加密圈的主線之一，其中各種Layer2協(xié)議的上線給以太坊生態(tài)添加不少生機。而在市場中，除了Layer2的擴容方案之外，其他 L1 的出現(xiàn)主要也是由以太坊的擴容問題驅(qū)動的。在2021年初，以太坊在總鎖定價值 (TVL) 中占據(jù)了超過 95% 的市場份額，而如今它僅擁有約 58% 的市場份額。 圖片 而在L1中分片也是老生常談的賽道，經(jīng)過近幾年的技術(shù)發(fā)展，號稱以太坊殺手的分片之王NEAR也漸漸地展露頭角，生態(tài)也是蓬勃發(fā)展。今天就讓我們一起來看看NEAR憑什么被稱為分片之王。

想探索這個問題，首先我們要對所謂分片的概念有所了解。

分片（Sharding）

什么是分片

分片在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域早已有之，一般稱之為數(shù)據(jù)庫分片（database sharding）。它指的是將單個數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，通過某種策略分攤到多個表結(jié)構(gòu)與其相同的其他數(shù)據(jù)庫中，這樣每個數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)量就會相對減少很多，并且可以部署在不同服務(wù)器上，理論上能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫的無限橫向拓展。

在區(qū)塊鏈領(lǐng)域，道理也是相似的，區(qū)塊鏈中的交易和數(shù)據(jù)都是由節(jié)點或者礦工來處理，但由于區(qū)塊鏈獨特的去中心化設(shè)計，單節(jié)點的處理能力往往不高。

區(qū)塊鏈分片的核心思想是將一個區(qū)塊鏈拆分為多個區(qū)塊鏈，并將拆分出來的每個區(qū)塊鏈稱為“分片”。相應(yīng)的，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上的總驗證者也被均勻地分開來驗證每個分片。例如，如果我們將具有 100 個驗證器的非分片區(qū)塊鏈拆分為 10 個分片，則每個分片將有 10 個驗證器。但是這種設(shè)計具有天生削弱區(qū)塊鏈安全性的缺點，理由是如下圖攻擊者只需要控制大約 6 個驗證器（>總節(jié)點的 51%）來破壞一個分片，而在非分片版本中它必須破壞大約 51 個驗證器。每個分片的安全性比非分片區(qū)塊鏈低 10 倍。

為了解決這個問題，幾乎所有分片設(shè)計都使用某種形式的隨機性將驗證者分配給分片。由于生成隨機數(shù)、將驗證者分配給分片、從分片接收更新、處理權(quán)益和其他協(xié)調(diào)活動都需要額外的計算，因此通常有一個主“鏈”來管理所有這些任務(wù)。該鏈在 Ethereum 中稱為 Beacon Chain，在 Polkadot 中稱為 Relay Chain，在 Cosmos 中稱為 Cosmos Hub。

分片的類型

區(qū)塊鏈中的節(jié)點具有三個主要功能：

• 處理交易
• 打包交易并廣播到其他節(jié)點
• 存儲整個網(wǎng)絡(luò)的歷史賬本

在分片的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，通常來講分片有三種類型，分別為網(wǎng)絡(luò)分片、交易分片、狀態(tài)分片。

網(wǎng)絡(luò)分片就是將整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進行分組，每個小組叫做一個分片（shard），所有分片同時處理不同的交易，實現(xiàn)并行記賬。或者稱之為物理分片。

交易分片就是將交易隨機分到不同的分片或小組，讓某些節(jié)點進行記賬，比如可以通過交易 Hash 或者地址進行分配，也可以通過 VRF 等隨機的方式進行分配。

狀態(tài)分片就是把完整的賬本信息存儲在各個分片中，每個分片內(nèi)各自維護部分的賬本信息。這里可能還會涉及到跨分片數(shù)據(jù)同步，跨片交易等問題，是最復(fù)雜的一種分片方式。

分片的挑戰(zhàn)

跨分片通信

分片區(qū)塊鏈的主要挑戰(zhàn)之一是提供有效、安全和用戶友好的跨分片通信。這通常與“火車和酒店”問題進行類比：假設(shè)有人想購買火車票并預(yù)訂酒店進行旅行。那個人希望事務(wù)是原子性的——要么兩個事務(wù)都成功，否則都不成功。在單個區(qū)塊鏈或分片中，這項任務(wù)是微不足道的。但是，如果將兩個請求發(fā)送到不同的分片，則變得更加復(fù)雜。

一種方法是進行同步跨分片事務(wù)。每當需要執(zhí)行跨分片交易時，包含狀態(tài)轉(zhuǎn)換的相關(guān)塊都同時發(fā)生，每個分片上的節(jié)點協(xié)作執(zhí)行交易。該模型最著名的設(shè)計稱為Merge Blocks，但在實踐中實現(xiàn)這一點很復(fù)雜。

另一種方法——NEAR、以太坊、Cosmos、Kadena 等采用的方法——是異步跨分片交易。這種方法更容易實施和協(xié)調(diào)，但一個主要挑戰(zhàn)是確保原子性。

狀態(tài)有效性

攻擊者可能會嘗試創(chuàng)建無效塊，并且由于沒有節(jié)點可以驗證所有分片之間的所有交易，因此網(wǎng)絡(luò)需要某種方式來確認在任何分片中都沒有創(chuàng)建無效塊。目前已經(jīng)有了可擴展狀態(tài)驗證的方法：欺詐證明和有效性證明。欺詐證明默認所有書面交易都是有效的，并獎勵用戶不斷尋找無效塊（并懲罰創(chuàng)建無效計算的生產(chǎn)者）。有效性證明使用密碼證明來驗證計算。

數(shù)據(jù)可用性

在大多數(shù)區(qū)塊鏈協(xié)議中，節(jié)點從數(shù)據(jù)角度可以分為：同步整個區(qū)塊并驗證所有狀態(tài)交易的完整節(jié)點，以及僅下載區(qū)塊頭并使用 Merkle 證明進行與其相關(guān)的部分交易的輕節(jié)點。

NEAR協(xié)議

簡介

NEAR 是基于全狀態(tài)分片、對開發(fā)者友好的可拓展性POS共識機制的公鏈，提出了一種新的分片協(xié)議和解決方案，稱之為夜影協(xié)議（Nightshade）。

NEAR具有低交易費用，快速確認時間的特點，NEAR 提供約 1 秒的平均出塊時間，交易費用通常低于 0.1 美元。NEAR 團隊最初的目標是在主網(wǎng)啟動時建立一個完全分片的區(qū)塊鏈，然后通過優(yōu)先考慮穩(wěn)定性、可用性和用戶體驗，將重點放在新用戶上。

去年年底，該團隊啟動了其稱為 Nightshade的完全分片區(qū)塊鏈的第 0 階段。新穎的分片技術(shù)設(shè)計，讓NEAR的GAS費與以太坊相比近乎于零。這使得NEAR和Polygon和Arbitrum等Layer2概念公鏈一樣，成為承接以太坊外溢項目的熱門之選。NEAR也借此，在2020年5月加密市場整體低迷之時，拿到了a16z領(lǐng)投的2160萬美元的融資。

NEAR的分片技術(shù)

NEAR 與其他分片公鏈不同的是，它的技術(shù)架構(gòu)并不是由一個信標鏈和多個分片鏈組成的，而是把系統(tǒng)建模成一個單獨的區(qū)塊鏈，在區(qū)塊級別進行了分片，每個分片中有很多“段”。

具體來說，NEAR 將區(qū)塊分為一個個物理組成塊，經(jīng)過對多個區(qū)塊的驗證，物理組成塊均相同的時候就可以驗證這些區(qū)塊是正確的。每個區(qū)塊邏輯上包含所有分片的所有交易，并切分分片的狀態(tài)，驗證者只負責驗證交易所針對分片相對應(yīng)的狀態(tài)即可。 為了產(chǎn)生區(qū)塊，驗證者質(zhì)押一定數(shù)量的代幣。他們獲得的分片數(shù)量取決于質(zhì)押的 $NEAR 數(shù)量。

為了處理跨分片通信，需要在每個分片中分別連續(xù)執(zhí)行一個事務(wù)。交易首先在一個分片中處理，一旦分片被包含在區(qū)塊中，它就會生成一個收據(jù)交易，該交易被路由到下一個需要執(zhí)行交易的分片。這個過程一直持續(xù)到交易完成。Nightshade 提供了一個挑戰(zhàn)期，在此期間外部觀察者識別無效塊，以確保有效的跨分片交易。

Nightshade 的設(shè)計提供了原子性和良好的用戶體驗?？绶制灰讕缀跏羌磿r的——目標分片不需要等到挑戰(zhàn)期結(jié)束，可以立即申請收據(jù)交易。并且由于 Nightshade 的分片區(qū)塊全部發(fā)布在同一個主鏈區(qū)塊中，如果發(fā)現(xiàn)任何區(qū)塊無效，主鏈就會簡單地回滾。這與典型的分片區(qū)塊鏈設(shè)計形成對比，其中一個挑戰(zhàn)可能會影響另一個分片，而另一個分片會影響另一個分片，依此類推。雖然回滾主鏈的無效交易很不方便，但這將是一種罕見的事件，并且被快速跨分片交易的好處所抵消。

NEAR分片的安全性

為了不暴露特定分片的驗證人，Near 通過 VRF 對驗證人進行隨機分配，隱藏驗證人分配到分片的信息。這樣節(jié)點只知道驗證人的存在，卻并不知道每個驗證人所對應(yīng)的分片是哪個。 而且，這些隱藏的驗證人是對塊進行簽名，而不是具體的段，這樣也會隱藏驗證人具體是驗證了哪個分片。

NEAR重新分片和動態(tài)分片的去中心化可擴展性

NEAR 優(yōu)先考慮分片之間的網(wǎng)絡(luò)資源平衡，并且不會區(qū)別對待分片。但是一些分片的增長可能自然會超過其他分片的增長。因此，NEAR 計劃通過根據(jù)使用情況在分片之間移動合約來定期重新平衡分片——這個過程稱為重新分片。
NEAR 對去中心化可擴展性（即高吞吐量、低延遲和低交易費用）的長期愿景是動態(tài)分片（ dynamic sharding ） 。動態(tài)分片涉及隨著使用量的增長將網(wǎng)絡(luò)分成更多的分片，而作為活動合同的分片更少。該架構(gòu)尚未得到證明，但如果正確執(zhí)行，它將允許 NEAR 幾乎無限擴展，并具有強大的審查阻力。

NEAR共識機制

NEAR采用的Doomslug共識機制（PoS的一種），可使區(qū)塊的創(chuàng)建速率加快且無法被篡改，并在全網(wǎng)一半的驗證節(jié)點離線這種極端情況下，依然能夠快速完成交易確認。同時，通過狀態(tài)分片技術(shù)，NEAR的分片數(shù)量能隨網(wǎng)絡(luò)的用量動態(tài)調(diào)整。目前NEAR每個分片可支持的每秒交易筆數(shù)，已超過1000，這還是在未優(yōu)化的狀態(tài)下。理論上看，因為NEAR分片采用橫向擴容機制，10個分片即可達10000TPS，以此類推，上不封頂。目前 3k TPS，4 個分片，預(yù)計 1 年TPS達到 100k，無上限。

友好的開發(fā)者體驗

NEAR 支持用 Rust 和 AssemblyScript（一種類似于 JavaScript 的語言）編寫的智能合約，盡管與對 Rust 的支持相比，對后者的支持仍然相對缺乏。NEAR 節(jié)點運行 Web Assembly (WASM)，它可以從多種編程語言編譯。
該平臺還提供了強大的開發(fā)套件，包括使用 Gitpod 的在線 IDE、集成單元測試以及豐富的課程和程序庫，供開發(fā)人員開始在 NEAR 平臺上構(gòu)建。

這些功能有助于吸引開發(fā)人員使用 NEAR 的平臺。Electric Capital 的 2021 年開發(fā)者報告顯示，NEAR 的開發(fā)者社區(qū)在整個 2021 年增長了約 4 倍，是新興 L1 中增長最快的社區(qū)之一。

代幣經(jīng)濟模型

NEAR 的總供應(yīng)量為 10 億，根據(jù)以下代幣分布：

17.2% - 社區(qū)贈款

11.4% - 運營補助

10% - 基金會捐贈

11.7% - 早期生態(tài)系統(tǒng)

14% - 核心貢獻者

17.6% - 支持者

6.1% - 小支持者

12% - 社區(qū)銷售

NEAR 協(xié)議于 2020 年 4 月 22 日啟動其主網(wǎng)，創(chuàng)世時創(chuàng)建了 10 億個 NEAR 代幣。每年發(fā)行 5% 的額外供應(yīng)以支持網(wǎng)絡(luò)作為出塊獎勵，其中 90% 用于驗證者（總計 4.5%），10% 用于金庫（總計 0.5%）。30% 的交易費用作為回扣支付給與交易交互的合約，而剩余的 70% 被燒毀。

NEAR 代幣用于：

處理交易和存儲數(shù)據(jù)的費用

通過質(zhì)押 NEAR 代幣在網(wǎng)絡(luò)上運行驗證器節(jié)點

用于治理投票，以確定如何分配網(wǎng)絡(luò)資源

核心團隊

Erik Trautman - NEAR Foundation 的首席執(zhí)行官：Erik 是一位企業(yè)家，他于 2007 年在華爾街工作了 5 年，然后離開去創(chuàng)建一個開源社區(qū)。他領(lǐng)導(dǎo) Viking Education 擔任首席執(zhí)行官，直到 2017 年被收購。
Illia Polosukhin：Illia 擁有超過 10 年的行業(yè)經(jīng)驗，其中 2014 年在 Google 擔任工程經(jīng)理 3 年。目前，他從 2017 年開始作為聯(lián)合創(chuàng)始人與 Near Protocol 合作。

Alexander Skidanov（聯(lián)合創(chuàng)始人）：Alex 于 2009 年作為軟件開發(fā)人員加入微軟，然后于 2011 年加入 MemSQL，在那里他擔任了五年的高級軟件開發(fā)人員和工程總監(jiān)。自 2017 年 6 月起，他與 Ilia Polosukhin 一起擔任 Near Protocol 的聯(lián)合創(chuàng)始人。

團隊總共有大約 200 名貢獻者，其中大部分都具備多年經(jīng)驗，曾在 Facebook、Google、Microsoft、Consensys 等大型科技公司工作。

投資機構(gòu)

生態(tài)系統(tǒng)

路線圖

Phase 0：2021年11月，簡版夜影協(xié)議上線，使得NEAR的分片被多個節(jié)點分割，提高運行速率；
Phase 1：2022年初，系統(tǒng)引入新角色只生產(chǎn)分片段的生產(chǎn)者，且只驗證一個分片，此后無需昂貴硬件；

Phase 2：2022年第三季度，狀態(tài)和處理都將是完全分片化的，增加驗證者的可訪問性，驗證節(jié)點無需追蹤全部分片；

Phase 3： 2022 年第四季度，網(wǎng)絡(luò)會根據(jù)資源的使用情況動態(tài)地對分片進行切割和合并，此時NEAR無限擴容。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-401210.html

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