一文轻松读懂以太坊2.0分片！
在四年一次的比特币完成第三次减半之后，我想大多数朋友最期待的应该是即将到来的以太坊2.0吧。
想了解以太坊2.0，“分片”技术便是不可绕开的重点。从2016年V神提出分片概念起，亮眼的聚光灯便从来没有离开。
用V神的话来说分片就是“通过 1000 山寨币增加扩展性”。究竟该如何理解这句话呢？我们不妨先从宏观上简单了解一下整个以太坊2.0~
1、ETH2.0基本模型
主链就是现在正在运行的ETH公链，因为ETH2.0即将到来，我们可以称现在的主链为ETH1.0链。
Beacon：灯塔、信号浮标，顾名思义就是指路航标，即信标链（ETH2.0），在这里它的主要作用就是随机给分片分配验证人，这个随机分配大概会在6.4分钟左右发生一次。任何人都可以在信标链上锁仓ETH成为验证人赚取以太币。
分片链就是ETH2.0到来后将原本记账的主拆分成1024条分片链（V神后来建议在发布时将1024条分片减少至64条），各分片可单独进行记账，这也是以太坊提升可扩展性的关键所在！
VM（S）是虚拟机，这里就不多提了。
2、何为分片？
根据BTC.com数据，现以太坊网络每秒大概处理3~20笔交易。实际上以太坊现在的处理速度大概就是20~30笔/秒。
在ETH2.0的世界里，不再是以往的单链处理交易信息，而是多链同步运行，大大提升处理速度。
举个栗子：我们在开车经过比较拥堵的路段，如果是单行道那势必会非常非常堵，但如果是双行道，理论上讲效率就会提升一倍，如果再多几条道，那基本上就是畅通无阻了。分片实际上就是将原来一条链上的数据分到多条链上来进行处理，成倍提升处理速度。按照V神的设想，ETH2.0的实现，交易速度将会提升1000倍。
在我第一次看到分片设想时，脑子里第一反应是“不可能三角”，即在去中心化、安全、效率这三方面永远不可能兼而得之。分片逻辑简单，的确会极大的提高运行效率，但如何突破这不可能三角呢？
3、如何解决分片的安全问题
将主链拆分成多个拥有单独共识机制、验证者的分片后，为了保证安全性，信标链会将验证者随机分配给各个分片，来验证各个分片“管辖区域”内的交易数据，根据当前规则，每生成64个区块，约6.4分钟后便重新分配一次。
信标链管理者所有验证者的登记表，通过 RANDAO 和 VDF 提供随机性，通过 Casper FFG 提供最终性，并记录跟踪信标链与分片之间的交联 (crosslinks)。在以太坊 2.0 的阶段 2 期间，信标链也将存储状态执行合约 。【本段来源于《以太坊 2.0：如何实现扩展性？》】
实通俗来讲还是概率事件。ETH2.0拥有64个分片，每个分片有128个验证者。按照规则验证者和分片之间是互相不可知且随机分配的，我拿起计算器算了一下……想掌握控制一半以上验证者的几率约有万亿分之一吧。所以安全性已经是毋庸置疑的。
4、跨分片互通
正如我们上述几点所述，虽然各个分片可以看做是主链的子链，但各分片之间是相互独立的，可以理解为现阶段不同共识机制的区块链，他们很难进行彼此间的信息互通。
A用户要转给B用户5个币，如果他们在同一分片上，那这笔交易就可以畅通无阻。如果他们处在不同的分片之中，该如何交易呢？
4.1、跨分片同步交易
假设A用户与B用户不在同一分片内，A想将自己的5个币转到B的账户里，那么整个过程是这样的：
A用户需要在其所在的分片内发送交易请求，A所在分片处理后产生一个哈希值，这个哈希值会在B所在分片内进行验证，如验证通过，那么在A账户里减少5个币的同时会在B的账户里增加5个币 ，跨分片同步交易完成。
但同步交易也有弊端——连续状态改变。如A先给B 转了5个币，又给B 转了6个币，但A实际上一共只有10个币，这样一来两个分片的验证者之间就难以确认对方是如何记账了。
如果双方验证人或中继者沟通的话成本太高，效率太慢，与分片理念背道而驰，难以实现。
4.2跨分片异步交易
相比跨分片同步交易，异步交易更受欢迎。因为异步交易不存在连续状态改变等问题。
在上述例子中，接收方B用户所在分片的验证人死等，等到A用户所在分片确认交易数据后再进行验证，打包生成新的区块。这是一种广受欢迎的跨分片交易方式。
但也并不完美：因为异步交易势必会有延迟，待A用户所在分片确认完情况后，一旦B用户所在分片抛弃了这个区块，那么这笔交易将会以失败告终。
解决方法：
V神在19年10月的DevCon 5 大会上提出来过异步架构模型，其基本思路就是提高信标链要求，用信标链传递信息。
在每一个slot（12 秒），分片链产生区块并与信标链区块交叉链接，其连接方式如下图，这样一来，任何分片在打包自己的新交易时都能通过信标链知道之前所有其他分片的信息。（参考自碳链价值）
最后让我们再对ETH2.0发展路线有一个更宏观的认识和期待。
5、说在最后
随着以太坊共识机制从POW转至POS，加之分片技术的加持，TPS必定会有质的突破，以以太坊为底层的Dapp及DeFi等项目都会迎来第二春。当然，对以石墨烯底层、主打高TPS的公链无疑会产生巨大冲击……
