分片（Sharding）

加密貨幣中的分片是什麼？

分片是一種區塊鏈擴充方法，會將網路的資料、工作負載或狀態拆分成稱為分片的小型部分。每個分片只處理整體網路活動的一部分，有助於區塊鏈處理更多交易並支援更多使用者。在加密貨幣領域，分片主要被視為一種提升擴充性的方式，無須要求每個節點都以相同方式處理每筆交易。傳統區塊鏈通常要求許多節點儲存、驗證並更新同一份完整資料。這種設計安全且容易驗證，但網路需求增加時，也可能限制交易處理量。分片試圖透過讓不同節點群組處理網路的不同部分來解決這個問題。其目標是在維持去中心化與安全性的同時，讓區塊鏈系統更快速、成本更低且效率更高。分片並非在每條區塊鏈上都以相同方式運作的單一功能。不同協議可能採用網路分片、交易分片、狀態分片、資料分片，或混合使用這些方法。在現代加密貨幣的討論中，分片經常與 Ethereum 擴充、資料可用性、Rollup、Proto-Danksharding、Danksharding 及其他模組化區塊鏈設計相關。

分片的簡單定義

分片是將區塊鏈拆分成較小區段的過程，讓網路能平行處理更多工作。可以將分片理解為區塊鏈整體資料或處理系統中的一個區段。分片式區塊鏈不必要求每個驗證者或節點管理所有內容，而是可以將不同職責分配給不同群組。這能減輕各節點的工作負擔，並提升網路的整體容量。簡單來說，分片就像把一間很大的教室分成幾個小組，讓各組分別完成作業的一部分，速度更快。難點在於確保各組仍能就最終結果達成共識，並遵守相同規則。

分片為何對區塊鏈很重要

分片之所以重要，是因為擴充性是加密貨幣面臨的最大挑戰之一。每秒只能處理少量交易的區塊鏈，在需求高峰期間可能變得緩慢且昂貴。手續費上升、確認時間拉長時，使用者可能不再使用去中心化應用程式，或轉往其他地方進行活動。分片旨在提升網路容量，讓更多使用者能與錢包、去中心化金融應用程式、遊戲、支付工具及代幣化資產互動。分片也有助於實現長期目標：讓區塊鏈基礎設施能應用於全球金融與數位系統。然而，擴充性不能以犧牲安全性為代價。區塊鏈若變得快速卻趨於中心化，可能會失去公有加密網路的許多重要優勢。因此，良好的分片設計必須在速度、成本、去中心化、驗證者協調及資料可用性之間取得平衡。

分片如何運作

分片會將區塊鏈的工作負載拆分成較小部分，並將這些部分分配給不同的網路參與者。在基本的分片設計中，一組驗證者可能處理某個分片的交易，而另一組則處理另一個分片的交易。各分片可以更新網路中各自負責的區段，不必等到其他分片先完成所有工作。這種平行處理能提升整體交易處理量，因為網路不再受限於單一執行路徑。通常需要協調層來維持各分片之間的連結。這個層可能負責指派驗證者、記錄分片輸出、驗證資料、管理跨分片通訊，以及保護網路免受攻擊。若缺乏適當協調，各分片可能彼此隔離或出現不一致。完善的分片系統必須確保所有分片都屬於同一個安全的區塊鏈生態系統。

分片的主要類型

網路分片

網路分片會將點對點網路拆分成較小的節點群組。每個群組可能會更頻繁地與負責相同分片的節點通訊。由於每個節點不必將每則訊息傳送給所有其他節點，這有助於降低通訊負擔。網路分片可以提升效率，但必須謹慎設計，避免在節點探索、資料傳播及驗證者協調方面形成弱點。

交易分片

交易分片會將交易處理工作分配到不同分片。例如，一組帳戶的交易可以由一個分片處理，另一組帳戶的交易則由另一個分片處理。由於多個分片能同時處理交易，交易分片可以提升交易處理量。難點在於處理涉及不同分片中帳戶或智能合約的交易。這些跨分片交易需要可靠的訊息傳遞與結算規則。

狀態分片

狀態分片會將區塊鏈狀態分散到多個分片。狀態包含帳戶餘額、智能合約儲存資料、應用程式資料，以及理解區塊鏈目前狀況所需的其他資訊。狀態分片能大幅減少每個節點必須儲存的資料量。這也是最難實作的分片形式之一，因為網路必須安全地管理儲存在不同分片中的狀態之間的互動。若狀態分片設計不佳，使用者跨分片互動時可能遭遇延遲、結果不一致或更高的安全風險。

資料分片

資料分片著重於拆分資料可用性職責，而不是拆分所有交易執行工作。這種模式對 Ethereum 目前的擴充路線圖尤其重要。Ethereum 過去曾討論分片鏈，但目前的路線圖已不再將傳統分片鏈作為主要擴充計畫。相反地，Ethereum 將重點放在 Rollup、blob、資料可用性抽樣、Proto-Danksharding、Danksharding 及相關升級。

Ethereum 官方的 Danksharding 路線圖說明，分片鏈已不再納入路線圖，而 Danksharding 則會對 blob 執行分散式資料抽樣。

分片與 Ethereum

說明分片時，Ethereum 是最重要的案例之一，因為其路線圖形塑了加密貨幣產業許多關於擴充的討論。在 Ethereum 早期的計畫中，分片是指建立多條分片鏈，以擴大網路容量。隨著時間推移，路線圖有所變化，因為 Rollup 成為擴充交易執行的主要途徑。Rollup 會在 Ethereum 基礎層之外處理交易，再將壓縮資料或證明提交回 Ethereum。如此一來，Ethereum 能專注於結算、安全性、共識與資料可用性，而 Layer 2 系統則承擔大部分的執行負載。

Ethereum 官方的 擴充路線圖說明，Rollup 會將交易資料提交至 Ethereum，讓網路驗證 Rollup 活動。

由於 Rollup 需要價格合理的資料空間，Ethereum 的分片路線圖如今著重於資料，而不是獨立的執行分片鏈。因此，現代 Ethereum 分片相關討論經常使用 Proto-Danksharding、Danksharding、blob 及資料可用性抽樣等術語。

分片與 Proto-Danksharding

Proto-Danksharding 是透過 EIP-4844 引入的 Ethereum 擴充升級。此升級新增了攜帶 blob 的交易，讓 Rollup 能以更有效率的方式將暫存資料提交至 Ethereum。Blob 是大型資料物件，可用於提供 Rollup 資料可用性，而不必像一般交易 calldata 一樣永久儲存相同資訊。

官方的 EIP-4844 規格將攜帶 blob 的交易描述為一種支援 Ethereum 資料擴充路線圖的新交易格式。

Proto-Danksharding 隨著 Dencun 升級於 2024 年 3 月 13 日在 Ethereum 主網上線。

官方的 Ethereum Dencun 常見問題說明，Proto-Danksharding 有助於在節點營運者之間分散 Rollup 資料，為完整的 Danksharding 奠定基礎。

Proto-Danksharding 不等同於完整分片。這是個中間階段，能降低資料成本，並為網路進一步提升資料可用性做好準備。

分片與 Danksharding

Danksharding 是 Ethereum 長期的資料分片設計。它與傳統分片鏈不同，因為不會將 Ethereum 拆分成許多獨立的執行鏈。Danksharding 的設計目標是增加 Ethereum 能為 Rollup 提供的資料量。這有助於 Rollup 以較低成本提交更多資料，進而改善 Layer 2 活動的使用者體驗。Danksharding 也仰賴資料可用性抽樣，讓節點只需檢查少量隨機資料，而不必下載所有資料。這有助於網路支援更多資料，同時讓節點的需求維持在較容易負擔的範圍。其目標是在不讓獨立使用者執行節點變得過於昂貴或困難的情況下擴充 Ethereum。

分片與資料可用性

資料可用性是指驗證區塊鏈活動所需的資料確實能供網路取得。這是分片的重要環節，因為將工作分散到不同分片會帶來新的驗證挑戰。若資料遭到隱藏或無法取得，使用者可能無法證明區塊、分片或 Rollup 批次是否有效。因此，設計分片時，區塊鏈不能只專注於速度。還必須證明誠實參與者能檢查交易及狀態變更背後的資料。

Ethereum 官方的 資料可用性文件說明 Rollup 與輕客戶端為何需要可靠保證，確保資料可供驗證。

資料可用性對 Rollup 特別重要，因為 Rollup 通常會在基礎層之外執行交易，但仍仰賴基礎層提供安全性。若 Rollup 資料無法取得，使用者與獨立驗證者可能無法確認系統的正確狀態。

分片與驗證者

驗證者是多數現代分片設計中不可或缺的一環。在權益證明區塊鏈中，驗證者會協助提出區塊、對區塊進行證明、驗證資料並維持共識。分片網路可能會將驗證者分配到不同分片或資料職責。隨機指派能提高攻擊者控制單一分片的難度。驗證者輪替也能透過定期變更職責，降低長期遭到掌控的風險。協調系統必須確保驗證者知道自己負責哪個分片，以及何時開始履行職責。系統也必須確保能偵測違反協議規則的不誠實驗證者，並予以懲罰。

在 Ethereum 的權益證明系統中，Ethereum 權益證明文件說明驗證者如何依照共識機制提出區塊並對區塊進行證明。

分片的優點

分片最大的優點是提升擴充性。透過將工作分配至多個分片，區塊鏈能在節點需求相同的情況下，處理比單鏈設計更多的活動。分片也能降低網路壅塞，因為並非所有交易都必須競爭同一個執行空間。壅塞減少有助於降低手續費，尤其是與 Rollup 及有效率的資料可用性系統搭配時。分片也可能藉由讓去中心化應用程式更快速、成本更低，改善使用者體驗。對開發者而言，分片能為複雜應用程式提供更多空間，避免這些應用程式在壅塞的基礎層上承受過高成本。對驗證者與節點營運者而言，良好的分片設計可以減少各參與者所需處理的資料量或運算量。這有助於維持去中心化，因為更多人可能無須昂貴硬體就能執行節點。

分片的風險與挑戰

分片功能強大，但要安全地設計也很困難。其中一項主要挑戰是跨分片通訊。若交易需要與不同分片上的帳戶或合約互動，網路必須協調結果，同時避免錯誤或延遲。另一項挑戰是分片安全性。若攻擊者能控制某個分片中足夠多的驗證者，即使整體網路規模龐大，該分片仍可能遭到攻擊。隨機指派驗證者、輪替、密碼學證明及經濟懲罰都有助於降低此風險。資料可用性也是一項重大挑戰，因為節點必須能驗證分片資料是否遭到隱藏。分片也會增加協議的複雜度。複雜度增加可能帶來更多漏洞、客戶端問題及非預期經濟行為。因此，重要的分片升級通常需要多年研究、測試網、稽核及分階段部署。

分片與 Layer 2 擴充

分片與 Layer 2 擴充彼此相關，但並不相同。分片會改變基礎區塊鏈或其資料層處理工作負載的方式。Layer 2 擴充則將交易執行移出基礎層，同時仍使用基礎層進行結算或提供安全性。Rollup 是最重要的 Layer 2 擴充方法之一。Rollup 會將多筆交易打包，再將結果提交至基礎區塊鏈。在 Ethereum 目前的路線圖中，分片透過降低資料可用性成本並提升其擴充性來支援 Rollup。這表示分片與 Layer 2 系統可以相互合作，而非彼此競爭。以 Rollup 為核心的區塊鏈可以使用資料分片，為 Rollup 提供更多空間，發布驗證所需的資訊。

分片與側鏈

分片與側鏈不同。側鏈通常是與主區塊鏈並行運作的獨立區塊鏈，並擁有自己的安全模型。分片通常屬於同一個整體協議，設計上會與網路其他部分共享安全性。這項差異很重要，因為側鏈可能不會繼承基礎區塊鏈相同的驗證者集合或安全保障。在設計完善的分片系統中，各分片應在同一個協調式共識架構下共同運作。不過，各協議的設計並不相同，因此使用者在轉移資產或使用應用程式前，應先了解實際的安全模型。

分片與模組化區塊鏈

模組化區塊鏈會將執行、結算、共識及資料可用性等主要區塊鏈功能分開。分片可以成為模組化設計的一部分，因為它可能專注於擴充某項特定功能。例如，資料分片著重於提供更多可供驗證的資料。這與在基礎層之外處理執行工作的 Rollup 自然互補。在模組化路線圖中，基礎層可能提供安全性與資料可用性，而獨立的執行環境則負責處理使用者交易。這種方法有助於區塊鏈擴充，而無須由單一層負責所有工作。

分片的實際案例

想像一條區塊鏈支援數百萬名使用者，涵蓋支付、遊戲、去中心化金融及代幣化資產。如果每個節點都必須處理所有應用程式的每筆交易，網路可能會變得壅塞。採用分片後，網路可以將部分職責拆分成較小區段。一個分片可能處理一組資料，另一個分片則處理另一組資料。接著，網路會透過共識規則與通訊系統，讓各分片維持一致。若分片運作良好，使用者可能不會注意到背後的技術細節。使用者看到的可能只是交易更快速、成本更低，以及應用程式運作更流暢。

其他區塊鏈設計中的分片

Ethereum 並非唯一探索分片的區塊鏈生態系統。有些區塊鏈協議從一開始就將分片納入核心架構。例如，NEAR 採用名為 Nightshade 的分片設計來支援擴充性。

官方的 NEAR 文件將該協議描述為採用 Nightshade 分片、具備擴充性的分片式協議。

不同的分片區塊鏈可能採用不同名稱、驗證者架構、最終性規則及跨分片通訊方式。因此，使用者不應假設「分片」在所有地方都代表相同的技術設計。

關於分片的常見誤解

分片不會自動讓區塊鏈的容量變得無上限。所有分片系統仍會受到頻寬、驗證者效能、資料可用性、共識設計及使用者需求等因素限制。分片不會自動讓手續費消失。當區塊空間、blob 空間或應用程式活動的需求增加時，手續費仍可能上升。分片不會消除對安全性的需求。事實上，分片通常需要更強的協調機制，因為網路被拆分成較小的工作區域。分片也不等於單純讓多條區塊鏈並行運作。真正的分片設計必須在共用協議與安全模型下維持各分片的連結。

分片對加密貨幣投資人與使用者的重要性

分片對使用者很重要，因為它可能影響交易速度、網路手續費、應用程式品質及區塊鏈的長期普及。具備良好擴充技術的網路，可能有能力支援更多實際應用情境。這些情境包括穩定幣支付、去中心化交易工具、借貸協議、遊戲經濟、身分系統及代幣化現實世界資產。使用者應了解，分片是一種技術擴充方法，不代表投資績效有所保證。採用分片不會自動讓加密資產具有價值。投資人也應考量安全性、普及程度、開發者活動、治理、代幣經濟學及實際需求。從實際使用角度來看，最重要的問題是分片是否能提升網路的可靠性並降低使用成本。

分片對開發者的重要性

開發者重視分片，是因為應用程式設計取決於網路效能與資料存取方式。分片式區塊鏈可能要求開發者仔細考量資料存放位置，以及合約如何跨分片通訊。跨分片呼叫可能比單鏈上的合約互動更複雜。應用程式建置者可能需要因應非同步通訊、延遲結算或特殊的訊息傳遞規則來設計應用程式。在以 Rollup 為核心的資料分片模式中，開發者可能會更專注於 Layer 2 執行，同時仰賴基礎層提供資料可用性。這能讓應用程式對使用者而言成本更低、速度更快，同時仍連結至安全的結算層。

與分片相關的關鍵術語

分片是區塊鏈資料、狀態或工作負載的一個較小區段。驗證者是透過提出、驗證或證明區塊，協助保護權益證明區塊鏈的網路參與者。資料可用性是指網路能夠取得驗證區塊鏈活動所需資料的保障。Rollup 是一種 Layer 2 系統，會處理多筆交易，並將資料或證明提交回基礎區塊鏈。Blob 是 Ethereum Proto-Danksharding 設計中使用的暫存資料物件，可支援 Rollup 資料可用性。Danksharding 是 Ethereum 長期的資料分片路線圖，旨在提升 Rollup 的資料容量。跨分片通訊是指在不同分片之間傳送資訊或價值的過程。

常見問題

加密貨幣中的分片是什麼意思？

加密貨幣中的分片，是將區塊鏈的工作負載、資料或狀態拆分成較小部分，讓網路能平行處理更多活動。

分片的主要目的是什麼？

分片的主要目的是提升區塊鏈擴充性，同時維持網路的去中心化與安全性。

分片等同於 Layer 2 嗎？

不等同。分片會改變基礎區塊鏈或資料層處理工作負載的方式；Layer 2 系統則在基礎層之外處理交易，再回到基礎層進行結算。

Ethereum 目前仍使用分片鏈嗎？

不使用。Ethereum 目前的路線圖已不再以傳統分片鏈為核心，而是著重於 Rollup、blob、資料可用性抽樣、Proto-Danksharding 及 Danksharding。

什麼是資料分片？

資料分片是一種提升資料可用性容量的擴充方法，而不是將所有交易執行工作拆分到不同分片鏈。

什麼是狀態分片？

狀態分片會將餘額與智能合約資料等區塊鏈狀態分散到多個分片，讓每個節點不必儲存所有資料。

為什麼分片很難實作？

分片之所以難以實作，是因為必須同時處理驗證者指派、跨分片通訊、資料可用性、安全性及協議複雜度。

分片能降低 Gas 費嗎？

分片可藉由提升容量協助降低手續費，但手續費仍取決於需求、網路設計、資料市場及應用程式活動。

分片安全嗎？

若分片採用強健的共識機制、隨機指派驗證者、資料可用性檢查及可靠的跨分片通訊，就能具備安全性。

分片為什麼對 Rollup 很重要？

分片對 Rollup 很重要，因為資料分片能讓 Rollup 更容易以較低成本發布驗證所需的資料。

結論

分片是加密貨幣領域最重要的擴充概念之一，透過將區塊鏈工作拆分成較小部分，讓工作能更有效率地處理。基本概念很簡單，但技術設計相當複雜，因為公有區塊鏈必須維護安全性、去中心化及可驗證性。傳統分片可能會將網路活動、交易或狀態拆分到多個分片。現代資料分片則更著重於擴大 Rollup 與模組化區塊鏈系統的資料可用性。Ethereum 的路線圖呈現了分片概念如何從分片鏈演變至 Proto-Danksharding、Danksharding、blob 及資料可用性抽樣。若實作得宜，分片能為使用者帶來更快速的交易、更低的成本及更佳的應用程式效能。對開發者而言，分片帶來資料、執行、跨分片通訊及 Layer 2 整合方面的新設計選擇。對整個加密貨幣產業而言，分片仍是區塊鏈擴大採用規模的重要途徑，同時不必放棄讓加密貨幣具有價值的開放與去中心化原則。