最简单的分片：Beanstalk

我们从实现分片的最简单的方式开始讲，本文将这种方式称为 Beanstalk。Vitalik 在他的文章中将之称为“scaling by a thousand altcoins（通过上千种山寨币来进行扩展）”。

在 Beanstalk 这种分片方式中，我们不会只运行一条区块链，而是运行很多条链，并将一条链称为一个“shard（片区）”。每个片区都会拥有独立的一组验证者（Validator），即通过 PoW 机制挖矿或者投票机制来验证交易和生成区块的网络参与者。我们暂时假设各个片区从不相互交流。

Beanstalk 的设计很简单，但已足以推理出分片技术面临的一些主要挑战。

参与的验证者 & 信标链

首当其冲的挑战就是，由于每个片区都有自己的验证者，单个片区的安全性就会比整条链更差。例如，如果一条有 X 个验证者且没有分片的区块链，决定硬分叉成一条有分片的链，并将 X 个验证者分摊到10个片区中，那单个片区中的验证者数量就是 X/10个，因此只需要控制总验证者数量的 5.1%（51%/10）就可能破坏一个分片。

这将我们带到了第二点：由谁来为每个分片选择验证者？要知道，只有当所有被控制的 5.1% 的验证者都在同一个片区中，才有可能破坏该片。如果验证者无法自主选择参与哪个片区，那某个控制 5.1% 验证者的参与者就很难让所有这些验证者都处于同一个片区，这就大大降低了该参与者破坏整个系统的能力。

当前，几乎所有的分片设计都依赖于某种随机性（randomness）源来为分配验证者。链上随机数本身就是一个非常具有挑战性的话题，我还是以后单独出一篇文章来讨论吧。现在，先假设我们可以实现这种随机性。

随机性和验证者分配都需要计算，这些计算并不是专为某个特定片区而运行的。

为了实现这种计算，实际上所有现有的设计都包含一条单独的区块链，负责执行维护整个网络所需的操作：除了生成随机数和将验证者分配到各个片区，还包括接收分片的信息更新（并创建快照）、处理权益证明（PoS）系统中验证者质押的押金及其罚没，并（在支持该功能之后）不断重划片区（rebalancing shards）。

这条链在以太坊和 Near 中就是信标链（Beacon Chain），在 Cosmos 中就是 Cosmos Hub，在 PolkaDot 中就是一条中继链（Relay chain）。

在本文中，我们将这种链称为信标链（Beacon Chain）。信标链的存在将我们带入了下一个有趣的话题，即二次方分片（quadratic sharding）。

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