分片

什麼是 Sharding？

Sharding 是一項區塊鏈擴容技術，藉由將網路切分為多個平行「分片」，讓各節點僅需處理與儲存部分資料和交易，從而大幅提升整體區塊鏈的吞吐量。

在區塊鏈領域，節點指參與網路並共同維護帳本的伺服器或電腦。Sharding 讓節點分擔處理負載，避免每個節點都必須處理所有交易，進一步提升網路效率並降低運營成本。為了確保安全性與一致性，Sharding 需實現分片間的通訊與全網共識協調。

Sharding 對區塊鏈的重要性

Sharding 有效解決單鏈架構的瓶頸——每個節點都需處理全部交易，高峰時段易導致壅塞，造成確認延遲與手續費上升。

舉例來說，當 Ethereum 網路壅塞時，底層處理能力有限，交易費用會顯著增加。Sharding 透過將處理和資料儲存分散到多個平行分片，提升網路頻寬，使交易確認更快速且費用更穩定。開發者也能獲得更大資料容量，支援更複雜的應用場景，例如鏈上遊戲狀態更新或大規模社交訊息儲存。

Sharding 的運作機制

Sharding 的核心為「分片 + 委員會 + 全網共識」。每個分片皆為獨立的輕量級子鏈，擁有專屬的區塊產生與驗證流程，同時仍屬於主網架構。

驗證者需質押資產取得資格，參與區塊產生與驗證。網路會隨機抽選驗證者組成委員會，於指定週期負責特定分片的區塊產生與驗證。此隨機分配設計有助於降低共謀風險。

資料可用性指「資料確實由網路儲存，任何人皆可存取」，類似公開帳本的備份。Sharding 透過資料發布並由大量節點見證，確保日後可驗證與重建。

為維持最終一致性，分片區塊最終須經主網共識確認。此設計同時實現分片平行處理與帳本統一安全。

跨分片交易處理方式

跨分片交易通常採用「非同步訊息」模式：來源分片的交易產生訊息或回執，經確認後在目標分片執行。

第 1 步：於來源分片發起交易，產生可驗證的資產移轉或操作訊息。

第 2 步：訊息經全網共識記錄，其他分片可偵測其存在。目標分片需等待足夠確認（即「終局性」），以確保記錄無法回溯。

第 3 步：目標分片接收並執行訊息，更新餘額或狀態，並寫入自身區塊。

此設計捨棄同步原子性（一次完成所有步驟），換取更佳的擴展性與安全性。用戶跨分片操作可能較同分片轉帳略慢，但一旦達成終局性，即可確保安全與可追溯性。

Ethereum Sharding 現況

Ethereum 的 Sharding 已由「執行層 Sharding」轉向「資料 Sharding」，擴容進程與 Rollup 並行推進。截至 2024 年 3 月，Dencun 升級引入 EIP-4844（Proto-Danksharding），新增「Blob」資料通道，大幅降低 Rollup 資料發布成本（Ethereum Foundation，2024 年 3 月）。

自 EIP-4844 上線後，多種Layer 2 網路上的簡單轉帳手續費已降至數美分（L2Fees，2024 年 3–6 月）。截至 2024 年 10 月，完整的 Danksharding（擴展資料分片與取樣機制）仍在開發中，目標是進一步提升資料頻寬，支援高效能應用。

EIP-4844 為 Ethereum 協議升級編號；Blob 則為專用大數據通道，主要用於 Rollup 於主網低成本發布證明與批次交易資料。

Sharding 與 Rollup 的關聯

Sharding 與 Rollup 相輔相成：Sharding 提升主網資料頻寬並確保可用性，Rollup 則於 Layer 2 執行交易後，將關鍵資料與證明發布至主網。

Rollup 將大量交易打包，僅將核心記錄提交至主網。Sharding 則確保這些記錄有充足的儲存空間，任何人皆可下載並驗證。兩者結合既確保安全性，也大幅降低成本。

Sharding 主要應用場景

對用戶來說，Sharding 帶來更穩定的交易確認與更低手續費，這在 Rollup 生態中尤為明顯。典型應用包括轉帳、鏈上遊戲狀態更新、社交平台訊息驗證、大規模 NFT 鑄造等。

開發者則受惠於更高資料頻寬，支援密集事件日誌、批次訂單簿與豐富鏈上分析。結合 Rollup，重複運算可於鏈下完成，關鍵資料則經主網 Sharding 通道發布。

體驗 Sharding 成本與速度優勢：

第 1 步：選擇 Layer 2 網路（如 Arbitrum、Optimism、Base），這些網路透過 Ethereum Blob 通道發布資料。

第 2 步：於 Gate 的 ETH 充值或提現頁面選擇所需網路，注意網路提示及手續費變動，避免於壅塞時段操作。

第 3 步：使用相容錢包及應用於這些網路進行轉帳、交易或遊戲，留意交易確認與手續費細節。

區塊鏈 Sharding 與傳統資料庫分片的差異

傳統資料庫分片用於擴展由單一團隊管理的集中式系統，跨分片交易依賴強一致性協議或兩階段提交以實現原子性。

區塊鏈 Sharding 必須在開放且具對抗性的環境下保障安全，透過隨機委員會及密碼學證明防止惡意者掌控分片，分片間結果以非同步訊息傳遞，無需可信中心協調者。鏈上分片更重視終局性與資料可用性，而非即時全域原子提交。

Sharding 風險與注意事項

Sharding 風險包含跨分片通訊延遲與複雜性、智慧合約邊界情境，以及極少數資料可用性故障。

資產安全方面，跨分片或跨鏈橋接涉及待確認的中間狀態，須警惕虛假訊息或尚未終局的紀錄。採用成熟協議、查閱稽核報告及分散風險是常見防護作法。

用戶應注意錢包及應用對 Sharding 的支援，留意網路升級公告與手續費波動；開發者則需謹慎處理非同步邏輯，避免假設分片環境下具嚴格原子性，並應實作健全的重試與回滾機制。

Sharding 重點總結

Sharding 是公鏈關鍵擴容方案，藉由平行處理與資料儲存，顯著提升網路容量。主流路徑聚焦資料分片與 Rollup 執行結合。Ethereum 的 EIP-4844 已大幅降低手續費，完整 Danksharding 則將進一步擴展資料頻寬。短期內，用戶可透過 Layer 2 網路享受 Sharding 優勢；長期協議升級將支撐更複雜應用於分片生態中穩定運作。但跨分片通訊與資產安全仍需審慎評估。

常見問題

Sharding Key 的作用

Sharding Key 是決定資料於分片間分配方式的關鍵欄位。類似分類標籤，系統會對該 Key 進行雜湊，自動將交易或資料路由至對應分片。合理選擇 Sharding Key 可確保分布均衡，避免分片過載。

Sharding 會影響交易安全性嗎？

Sharding 本身不會降低安全性，但會帶來新的風險。由於每個分片僅有部分驗證者，攻擊者可能更易針對單一分片（即「分片攻擊」）。現行設計採用信標鏈動態分配驗證者統一協調，保障全網高度安全性。

Gate 用戶交易時需關心 Sharding 嗎？

無需擔心。Sharding 屬於底層區塊鏈優化，對終端用戶完全透明。您於 Gate 進行交易或買賣時，系統會自動處理分片資料分配及跨分片協調。Sharding 主要有利於開發者打造更高效的 Dapp，並提升整體網路吞吐量。

為何並非所有區塊鏈都採用 Sharding？

儘管 Sharding 能顯著提升吞吐量，但同時也大幅增加網路複雜度。它要求健全的跨分片通訊協議、分片間資料一致性處理及分片級攻擊防護。許多專案選擇更簡單的擴容方案如 Rollup；Ethereum 則正逐步整合 Sharding，以實現最大相容性與安全性。

區塊鏈如何確保分片間交易順序與一致性？

跨分片交易透過兩階段提交或非同步訊息機制來確保一致性。基本上，當分片 A 的結果被記錄後，其他分片（如分片 B）會透過信標鏈取得結果，再執行後續依賴的交易。此流程雖會帶來些微延遲，但可確保全網最終一致性。