Sharding 在以太坊 2.0 與其他區塊鏈設計的差異

Sharding 已成為解決區塊鏈擴展性問題的重要方案，但其實施方式在不同網絡中差異甚大。理解以太坊 2.0 的 sharding 方法與其他區塊鏈設計的不同之處，對於掌握其潛在優勢與挑戰至關重要。

區塊鏈技術中的 Sharding 是什麼？

Sharding 本質上是將一個區塊鏈網絡分割成較小、易於管理的部分，稱為「shard」（分片）。每個 shard 作為獨立的鏈，同時處理交易，使整個網絡能夠並行處理更多交易。這種平行處理大幅提升吞吐量並減少擁堵，對於主流採用去中心化應用（dApps）和企業解決方案來說，是一個關鍵因素。

以太坊 2.0 的 Sharding：獨特的方法

相較早期或其他替代實作，以太坊 2.0 的 sharding 設計尤為先進。它採用層級架構，結合資料可用性抽樣（Data Availability Sampling）和概率式 Rollup，以優化性能同時維持安全性。

其中一項主要創新是Beacon Chain（信標鏈），它協調所有 shard 上的驗證者，確保共識而不損害 PoS（權益證明）的去中心化或安全標準。系統將網絡劃分為多個初步規劃為64個 shard，各自獨立處理交易，但透過 Beacon Chain 管理的密碼學證明同步。

此外，以太坊強調資料可用性抽樣——驗證者驗證某 shard 中資料是否可存取，而無需下載全部數據集——降低節點存儲負擔。同時，概率式 Rollup 將多個 shards 的交易匯總成單一證明傳送到主鏈（Beacon Chain），進一步提升擴展能力而不犧牲安全。

其他區塊鏈如何實現 Sharding？

與以太坊多層次的方法相比，不少早期專案採用了較簡單的 sharding 或替代擴展方案：

• Zilliqa：最早採用 sharding 技術之一，其做法是將網路拆分成多個 shard，每個 shard 獨立處理部分交易；但主要依賴確定性共識機制如 Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT)。設計重點在提高交易吞吐量，但跨 shard 通訊存在限制。

• NEAR Protocol：使用動態 sharding 和非同步處理能力，可根據需求動態建立新 shards。架構強調開發者友好，例如簡化上手流程及透過 runtime-shard 管理實現無縫擴展。

• Polkadot：不是傳統意義上的內部 shards，而是利用平行链（parachains）——彼此獨立且由中央 relay chain 聯繫——通過訊息傳遞溝通，而非共享狀態。

• Cosmos SDK & Tendermint：利用連接各自 via hubs 的 zones 和 IBC 協議，使得不同獨立链之間可以互操作，而非像 Ethereum 那樣拆分出多重 shards。

雖然這些設計在技術細節上有所差異，例如有些側重互操作性，有些則著眼於共享狀態，它們都追求相似目標：提升擴展性與高效交易處理能力。

Ethereum 2.0 與其他設計主要差異比較

Ethereum 模型旨在平衡去中心化與高性能，融合先進密碼學技巧如資料抽樣和概率証明，比起偏向純粹規模或互操作性的其它模型更具複雜度。

Ethereum 方法的優勢與挑戰

Ethereum 複雜且前瞻性的設計提供了不少好處：

• 更高安全保障 —— 密碼學驗證方法
• 更佳彈性 —— 配合 layer-two 解決方案如 rollups
• 提升效率 —— 降低驗證者存儲負荷

但也伴隨一些挑戰：

• 較高複雜度增加開發難度
• 跨Shard 無縫通信仍具技術難題
• 測試階段尚未完全部署，時間表不確定

相反，一些其它專案偏好簡潔架構，更易實作，但可能缺乏 Ethereum 那般高度伸縮性的潛力。

為何理解這些差異很重要？

對開發人員而言，在選擇平台建置可擴展 dApps 或企業評估基礎建設投資時，了解不同系統如何實施 sharding，有助於判斷其安全模型、性能預期及未來增長空間。

Ethereum 2.0 結合層級架構、資料抽樣，以及聚焦 layer-two 數位整合等特色，使其從許多僅靠基本 partitioning 或跨链消息協議的平台中脫穎而出。

透過比較從 Zilliqa 等早期專案所採取的基本 partition 策略，到 Ethereum 所展示出的複雜層級體系，我們可以看到達到廣泛應用所需的大規模去中心化網路之路徑各不相同，也彰顯每種方法背後持續面臨的技術折衷與挑戰。