清華X-LAB區(qū)塊鏈公開課上，OK區(qū)塊鏈工程院負(fù)責(zé)人SHINE JIANG現(xiàn)場(chǎng)講述了OK公鏈（OKCHAIN）的創(chuàng)新架構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)其高性能的解決方案：

當(dāng)前，比特幣以太坊等為代表的傳統(tǒng)公鏈，每筆交易都需要全網(wǎng)驗(yàn)證和存儲(chǔ)，可擴(kuò)展性受到很大的限制，導(dǎo)致目前的區(qū)塊鏈底層平臺(tái)上很難支撐大規(guī)模的應(yīng)用。

而OK公鏈的設(shè)計(jì)理念就是在保障安全性和去中心化的提前下，提升區(qū)塊鏈的可擴(kuò)展性。設(shè)計(jì)上OKCHAIN采用多鏈狀態(tài)分片方案和基于BLS多簽方案的改進(jìn)版PBFT快速共識(shí)算法大幅提升可擴(kuò)展性和交易處理能力。

此外，OK區(qū)塊鏈工程院技術(shù)負(fù)責(zé)人SHINE JIANG還表示，我們要拋開“浮躁”的討論（比如顛覆互聯(lián)網(wǎng)、下一代技術(shù)革命等等），從技術(shù)層面出發(fā)，研究一下區(qū)塊鏈有哪些技術(shù)的特點(diǎn)，為什么會(huì)受到這樣的關(guān)注，它目前的一些制約點(diǎn)是什么，以及現(xiàn)今在技術(shù)研究上都有哪些進(jìn)展。

區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展歷程

區(qū)塊鏈1.0時(shí)代是以比特幣為代表，2008年這個(gè)概念被首次提出，2009年正式啟動(dòng)了比特幣的網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有別于普通意義上互聯(lián)網(wǎng)，因?yàn)樗诨ヂ?lián)網(wǎng)上面實(shí)現(xiàn)了價(jià)值的轉(zhuǎn)移。

之前互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷幾十年發(fā)展，主要解決的問題是信息的互聯(lián)互通，我們?cè)谑褂没ヂ?lián)網(wǎng)服務(wù)的同時(shí)，后面是一個(gè)個(gè)的服務(wù)商和中心化的節(jié)點(diǎn)。

在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)里，它有這樣幾個(gè)特點(diǎn)：一是去中心化、二是不可篡改、三是可信任。它用到了計(jì)算機(jī)科學(xué)、密碼學(xué)、網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的博弈論等等，同時(shí)加了一些創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)。

區(qū)塊鏈的2.0是以以太坊為代表，主要特點(diǎn)是加入智能合約（智能合約是1995年提出的概念）。

受限于當(dāng)時(shí)的環(huán)境，計(jì)算機(jī)依賴于可信的第三方，加上數(shù)據(jù)的不可篡改，操作涉及到多方會(huì)有一些限制。區(qū)塊鏈的誕生，帶來(lái)了天然的運(yùn)行基礎(chǔ)平臺(tái)，區(qū)塊鏈技術(shù)與以太坊進(jìn)行結(jié)合，同時(shí)擴(kuò)大了場(chǎng)景。溯源、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域、游戲等很多應(yīng)用，都可以在以太坊為代表的區(qū)塊鏈2.0上去做。

了區(qū)塊鏈3.0時(shí)代，是區(qū)塊鏈的大規(guī)模應(yīng)用。盡管區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展了近十年，但真正走到我們身邊的應(yīng)用很少，可以說(shuō)幾乎是寥寥無(wú)幾。

目前很多的應(yīng)用，是基于聯(lián)盟鏈的企業(yè)級(jí)應(yīng)用，像天貓跨境物流的跟蹤、跨境的支付，還有像我們前面公布的疫苗溯源方案。

掣肘規(guī)模化應(yīng)用的根源

為什么發(fā)展了那么久，炒的也很熱，但區(qū)塊鏈在應(yīng)用上還沒有深入到用戶的身邊去？我們認(rèn)為主要是它的可擴(kuò)展性受到很大的限制，這也是目前絕大多數(shù)公鏈所努力攻破的一個(gè)點(diǎn)。

區(qū)塊鏈的可擴(kuò)展性到底有哪些問題呢？比如去年年底風(fēng)靡全球的一個(gè)游戲“加密貓”，直接導(dǎo)致了以太坊的嚴(yán)重堵塞。原因就是以太坊從設(shè)計(jì)上，不能支撐大規(guī)模的交易，導(dǎo)致了它在打包、入塊的流程上受到了阻礙。

而傳統(tǒng)中心化的交易平臺(tái)，比如Visa和支付寶，Visa的處理能力是2.4萬(wàn)的TPS，支付寶“雙十一”峰值32.5萬(wàn)TPS的峰值，和比特幣和以太坊最大理論的峰值（比特幣是7，以太坊是15）相比有天壤之別。

什么原因讓它的性能這么低下呢？區(qū)塊鏈里有“三元悖論”，這是以太坊提出的概念，意思是說(shuō)區(qū)塊鏈領(lǐng)域不可能在同一時(shí)間、同一層面從去中心化、安全性和可擴(kuò)展性三個(gè)方面做到提升。

2008年比特幣設(shè)計(jì)的時(shí)候，主要解決是資產(chǎn)的價(jià)值轉(zhuǎn)移，而在資產(chǎn)里面很重要的一個(gè)特點(diǎn)就是要安全性。比如說(shuō)要理財(cái)、投資，肯定考慮資金的安全性，這是首要的。

在安全上的基礎(chǔ)上，我們才能考慮的是它的收益，如果你的本金都沒了，其實(shí)你投資的價(jià)值也就很少。

像比特幣和以太坊，為了提升去中心化和安全性，設(shè)計(jì)的時(shí)候每一個(gè)節(jié)點(diǎn)、每一筆交易都需要全網(wǎng)去廣播，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)去做驗(yàn)證，每一個(gè)塊也是需要全網(wǎng)去同時(shí)爭(zhēng)取這樣一個(gè)記賬的過程。

當(dāng)然，從這兩個(gè)點(diǎn)上就失去了它的可擴(kuò)展性，全網(wǎng)的性能制約點(diǎn)就相當(dāng)于取決于每個(gè)節(jié)點(diǎn)單點(diǎn)性。加入的節(jié)點(diǎn)越多，性能不僅沒有得到提升，消息的擴(kuò)大、通信的復(fù)雜度反而更高，讓它的可擴(kuò)展性受到了極大的限制。

比如EOS比較“聰明”，犧牲了去中心化，用了21個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)的概念，但前提認(rèn)為這21個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)是可信的。共識(shí)基于21個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)之間去達(dá)成，雖然提供可擴(kuò)展性，性能也得到比較大的提升，但是犧牲了去中心化區(qū)塊鏈本質(zhì)的特點(diǎn)。

另外有一些區(qū)塊鏈公鏈，為了提升去中心化和可擴(kuò)展，只用了一些分散的存儲(chǔ)計(jì)算，從全網(wǎng)里面選出一小部分節(jié)點(diǎn)來(lái)做共識(shí)，選出一小部分節(jié)點(diǎn)，不同的節(jié)點(diǎn)之間存儲(chǔ)的賬本不一樣，這就讓去中心化和擴(kuò)展性有一定的提升。但是這樣的話就會(huì)讓它的安全性降低，攻擊的難度也降低。

四大擴(kuò)容方案

目前在區(qū)塊鏈的擴(kuò)容方案里，可擴(kuò)展性有四種方法：DAG、二層擴(kuò)容、共識(shí)創(chuàng)新和分片技術(shù)。

DAG（有向無(wú)環(huán)圖）：

DAG也叫有向無(wú)環(huán)圖，是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域里一個(gè)比較重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。意思是從一個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，沿著箭頭的方向，不管從哪個(gè)路徑走都不會(huì)回到這個(gè)節(jié)點(diǎn)本身。

我們看到在傳統(tǒng)區(qū)塊鏈，比如比特幣和以太坊里面，存儲(chǔ)方面是一條主鏈的結(jié)構(gòu)，按照時(shí)間順序由一個(gè)個(gè)的區(qū)塊組成，當(dāng)一個(gè)區(qū)塊入塊了，剩下所有的節(jié)點(diǎn)去競(jìng)選下一個(gè)區(qū)塊的記賬權(quán)，從而來(lái)獲取記賬的分紅。

我們可以認(rèn)為，這是一個(gè)同步的過程，一是全網(wǎng)同步的去出同一個(gè)區(qū)塊，另外對(duì)每一筆交易全網(wǎng)都要去做驗(yàn)證，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)區(qū)塊鏈的信息，帶來(lái)的好處就是保證了嚴(yán)格的一致性。

而DAG里面它改變了這樣一個(gè)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，它認(rèn)為區(qū)塊鏈里面比特幣、以太坊等，每一個(gè)塊包含了多筆交易，并且基于時(shí)間順序來(lái)做的。

在DAG這個(gè)網(wǎng)絡(luò)里面，每一個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)只是一筆交易，不是一個(gè)塊的概念。后面的一筆交易通過一定的策略，會(huì)連到前面的多筆交易上面去，并且會(huì)對(duì)前面這樣一個(gè)交易做一個(gè)驗(yàn)證。

這樣做的好處，就是它把這樣一個(gè)原來(lái)同步的存儲(chǔ)改成了異步，理論上來(lái)說(shuō)是支持無(wú)限的擴(kuò)展。TPS也可以無(wú)限的大，但是它有一個(gè)問題，就是如果有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，后面沒有人鏈接到他，相當(dāng)于沒有人驗(yàn)證他這一筆交易的有效性，就永遠(yuǎn)得不到確認(rèn)。

另外由于沒有使用強(qiáng)一致性，尤其是智能合約運(yùn)行的時(shí)候，它運(yùn)行一段時(shí)間有可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)“雙花”、不一致的現(xiàn)象，安全性并沒有得到廣泛的驗(yàn)證。在這種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)里，由于比特幣和以太坊都是這種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行了十年，也沒出現(xiàn)問題，它的安全性經(jīng)過了實(shí)際工程的檢驗(yàn)。

另外在DAG里，每一筆交易之間的溯源，因?yàn)樗膱D復(fù)雜度極高，和區(qū)塊鏈里單鏈的結(jié)構(gòu)來(lái)比，它的復(fù)雜度極高。

二層擴(kuò)容：

其中的邏輯是把鏈分成兩種，原來(lái)的鏈還是比特幣、以太坊的主鏈，但另外又生成了側(cè)鏈，將復(fù)雜的交易和頻繁的交易放到鏈下，最終的確認(rèn)放到主鏈上去做，這樣做的好處就是減少了主鏈的壓力。

但最后總體的性能瓶頸很明顯還是主鏈，最高像以太坊來(lái)說(shuō)也就是15，對(duì)性能的提升很有限。

Algorand是圖靈獎(jiǎng)得主Micali提出公鏈的設(shè)計(jì)方案，他認(rèn)為這個(gè)方案突破了“不可能三角”，共識(shí)算法采用了VRF+POS+BA*的算法。

它的設(shè)計(jì)的思路是，比特幣和以太坊里每一筆交易要全網(wǎng)廣播、全網(wǎng)做驗(yàn)證，這里只是隨機(jī)選出來(lái)一小部分節(jié)點(diǎn)，讓一小部分節(jié)點(diǎn)去做出塊的提名人、驗(yàn)證人和出塊節(jié)點(diǎn)。

共識(shí)的范圍降到了幾個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，用一些算法保證節(jié)點(diǎn)選取的隨機(jī)性，得到了一定的安全保證，所以說(shuō)加快了交易的吞吐量。但是這個(gè)方案目前并不完善，可擴(kuò)展性也是有限的，它的理論值是2000，但最終的理論值是200，實(shí)測(cè)會(huì)到1000左右。

Dfinity是另外一個(gè)從共識(shí)方法上去改進(jìn)區(qū)塊鏈可擴(kuò)展性的一條公鏈，一度被認(rèn)為是區(qū)塊鏈的3.0。它的思路和Algorand有點(diǎn)相似，也是將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)選舉出一小塊的局域的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)，在這個(gè)節(jié)點(diǎn)之間再選出共識(shí)的委員會(huì)，在這個(gè)委員會(huì)用了BLS多簽的方法出塊。

一定程度上來(lái)說(shuō)，兩個(gè)方面，一是共識(shí)組由全網(wǎng)變成局部的網(wǎng)絡(luò)，第二是在共識(shí)的方法上做了創(chuàng)新，用了BLS多簽的方案，也是提升了交易量。

分片技術(shù)（Sharding）：

和前面兩個(gè)共識(shí)相比，隨機(jī)選取一小個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，就更近了一步。在比特幣、以太坊里性能取決于單點(diǎn)的性能，加入的節(jié)點(diǎn)越多，網(wǎng)絡(luò)沒有更好，反而更壞。

是不是存在這樣一種方案讓它可以并行？比如說(shuō)把它切分到一塊，這就有了分片技術(shù)。分片是數(shù)據(jù)庫(kù)里面的概念，提供數(shù)據(jù)庫(kù)橫向擴(kuò)展的方法，通過將數(shù)據(jù)庫(kù)切分到不同的數(shù)據(jù)庫(kù)上，來(lái)提升服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問IO的可擴(kuò)展性。

把分片用在區(qū)塊鏈里面，通過一定的機(jī)制和方法，將整個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)分成若干的共識(shí)組，每個(gè)共識(shí)組交易量之和，就是整個(gè)這條鏈的整體吞吐量。

這個(gè)地方設(shè)計(jì)了幾個(gè)重點(diǎn)，第一是如何進(jìn)行共識(shí)組的選舉？選出來(lái)的共識(shí)組，如果里面有大量的拜占庭節(jié)點(diǎn)（可以理解為壞的節(jié)點(diǎn)），相當(dāng)于在這個(gè)節(jié)點(diǎn)組里安全性受到極大的挑戰(zhàn)。

另外，就是分片的大小是不是合理。如果分片太小了，幾個(gè)拜占庭節(jié)點(diǎn)有可能影響分片的安全性。如果分片太大，影響片內(nèi)的交易太多，也會(huì)影響一定的吞吐量。當(dāng)然，分片太小還有一個(gè)問題，就是跨片的交易會(huì)多，跨片的交易還不如原來(lái)的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

分片技術(shù)目前分為三個(gè)：網(wǎng)絡(luò)分片、交易分片和狀態(tài)分片。

交易分片是在網(wǎng)絡(luò)分片的基礎(chǔ)上去實(shí)現(xiàn)，通過將整體網(wǎng)絡(luò)分成若干分片，每個(gè)分片并行進(jìn)行交易，但是全網(wǎng)所存儲(chǔ)的還是一個(gè)賬本。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)壓力依然是存在，狀態(tài)分片的好處就是每個(gè)分片只存儲(chǔ)本分片的部分賬本，這樣的話從交易和存儲(chǔ)兩方面去提升它的擴(kuò)展性。隨著分片的越多，整體網(wǎng)絡(luò)性能也就越大。這也是OK公鏈選擇的方式，也是我們選擇分片的原因之一。

這是我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)，我們?cè)凇安豢赡苋恰边@個(gè)理論下做的一些工作。保證一定的去中心化和一定安全的前提下，去提升公鏈的可擴(kuò)展性。其實(shí)在比特幣和以太坊里面，也嘗試過有很多其他的方法，比如說(shuō)是增加區(qū)塊的大小，一個(gè)區(qū)塊是不是能打包更多的交易，第二個(gè)是縮短區(qū)塊的出塊時(shí)間，時(shí)間縮短。但是這些方案一是有一定問題，二是對(duì)性能的提升也極其有限。

五大角度解讀OK公鏈技術(shù)選型

關(guān)于OK公鏈的技術(shù)選型，我們選擇了這樣的分片技術(shù)，理由有二：

其一，它能夠從存儲(chǔ)和交易兩個(gè)方面去提升區(qū)塊鏈的可擴(kuò)展性；

其二，它的理論模型并不復(fù)雜，在可推導(dǎo)的理論模型里面，我們能證明它是能滿足一定的去中心化和安全性，并且還能夠?qū)蓴U(kuò)展性做一定的提升。

它的難點(diǎn)我們?cè)谇拔囊呀?jīng)介紹了，而且其在工程上也是非常復(fù)雜，目前在整個(gè)業(yè)界里還沒有一個(gè)公開出來(lái)的分片技術(shù)。

我們可以從網(wǎng)絡(luò)分片、交易分片、狀態(tài)分片、片內(nèi)共識(shí)、分片伸縮等五個(gè)方面來(lái)具體解釋和了解。

第一，網(wǎng)絡(luò)分片；

在P2P網(wǎng)絡(luò)里我們分成了若干的共識(shí)組，在每個(gè)共識(shí)組里再去運(yùn)行一定的共識(shí)機(jī)制。這些共識(shí)組內(nèi)有一個(gè)Leader節(jié)點(diǎn)。

我們?cè)侔堰@些共識(shí)組分成兩類：一是委員會(huì)、二是普通分片，也可以稱之為交易分片。

委員會(huì)扮演兩個(gè)作用：一是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理；二是管理自身委員會(huì)內(nèi)部的成員。而所有委員會(huì)的內(nèi)部成員，可以分為三種：委員會(huì)的成員、分片的礦工、普通礦工。

邏輯上比較復(fù)雜的是，究竟如何選舉委員會(huì)、如何進(jìn)行分片，來(lái)保證整個(gè)公鏈的安全性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)片內(nèi)的交易更多，跨片的交易更少？

這里共分為4大階段，首先是準(zhǔn)備階段。

我們定義為一個(gè)epoch（在下面有兩個(gè)管理區(qū)塊，兩次委員會(huì)的輪替之間的間隔）一個(gè)epoch結(jié)束時(shí)，各分片統(tǒng)計(jì)本分片內(nèi)符合條件的賬戶作為侯選礦工，上報(bào)給委員會(huì)。

這是為了防止女巫攻擊，我們使用了PoS股權(quán)證明的方法，每一個(gè)參與挖礦的礦工，必須交一定的保證金，這樣想注冊(cè)大量礦工節(jié)點(diǎn)去執(zhí)行拜占庭攻擊的時(shí)候，成本會(huì)有一定的提升，這也是我們對(duì)安全性的第一步保證。

其次分別是開始和POW階段，委員會(huì)收集到礦工的集合，然后廣播競(jìng)選的消息，各個(gè)礦工開始計(jì)算自己的PoW，并將計(jì)算結(jié)果提交給委員會(huì)，此處計(jì)算PoW不是為了挖礦，只是為了算隨機(jī)值，作為分片和選舉的依據(jù)。

最后是確定階段，委員會(huì)搜集到PoW的消息，按照哈希值的排序選出新的委員會(huì)節(jié)點(diǎn)和分片節(jié)點(diǎn)（哈希值最小的節(jié)點(diǎn)是委員會(huì)的節(jié)點(diǎn)），并且將競(jìng)選結(jié)果寫入管理區(qū)塊，這個(gè)管理區(qū)塊是在委員會(huì)里面進(jìn)行共識(shí)，全網(wǎng)廣播，同時(shí)宣布新一輪的epoch開始。

這里我們需要著重強(qiáng)調(diào)的有幾個(gè)地方。第一，我們用了PoS來(lái)抵制女巫攻擊；第二，PoW不是進(jìn)行挖礦，只是計(jì)算隨機(jī)值，對(duì)資源的消耗也比較少一些。

第二，交易分片；

進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分片只是第一步 ，只有實(shí)現(xiàn)了交易分片，才能使各個(gè)分片能并行處理，減少冗余計(jì)算和增加整個(gè)系統(tǒng)的吞吐性。

在交易分片里面會(huì)涉及到兩方，一個(gè)是發(fā)送方，一個(gè)是接收方。我們采用的方法就是以發(fā)送方的地址進(jìn)行分片，這樣的好處就是發(fā)送方進(jìn)行雙發(fā)消息的時(shí)候，交易在同一個(gè)區(qū)塊里進(jìn)行打包共識(shí)，很容易被發(fā)現(xiàn)，一定程度上是讓雙花攻擊的難度變大。

同時(shí)，我們?cè)试S一個(gè)用戶用一對(duì)公鑰在每一個(gè)分片里面創(chuàng)建賬戶（可以簡(jiǎn)單理解為一個(gè)用戶用一個(gè)公鑰可以在每一個(gè)分片里面建賬戶，文章后面我們會(huì)介紹它的好處）。

第三，狀態(tài)分片；

狀態(tài)分片里面的設(shè)計(jì)思路，是讓片內(nèi)的交易逐步增多，讓跨片的交易逐步減少，而并不是排斥這種跨片的交易。一個(gè)跨片交易所執(zhí)行的步驟，就是分片a和分片b，分片a里的用戶a和分片b里的用戶b進(jìn)行交易，有兩個(gè)步驟減少a的余額和增加b的余額。

現(xiàn)在，我們提出了一個(gè)支票的概念，就是分片a里出塊以后，通過一個(gè)“支票”發(fā)給分片b處理，分片a在出塊以后通過一個(gè)區(qū)塊，會(huì)發(fā)出支票的消息。

在這個(gè)里面有三個(gè)分片，分片a、分片b和分片c，其中有三個(gè)是跨分片交易。為了減少通信復(fù)雜度，在區(qū)塊里面，每個(gè)分片相關(guān)的交易會(huì)打包成一個(gè)支票區(qū)塊。

將多筆支票打包成一個(gè)支票的區(qū)塊，發(fā)給分片a和分片b，分片b里面兩筆支票打包成一個(gè)支票區(qū)塊，發(fā)給分片b，c里面有一筆，這樣的話整個(gè)系統(tǒng)在跨分片交易的時(shí)候，通信復(fù)雜度是O（n）方，在跨分片交易足夠少，因?yàn)榉制膊粫?huì)特別大，這是一個(gè)很容易實(shí)現(xiàn)的方案。

另外，我們?cè)诖鎯?chǔ)上面使用了雙鏈的結(jié)構(gòu)，每個(gè)分片內(nèi)存儲(chǔ)兩條鏈，一個(gè)是狀態(tài)區(qū)塊，一個(gè)是交易區(qū)塊，交易區(qū)塊是只存儲(chǔ)本分片的交易，而狀態(tài)區(qū)塊它是由交易區(qū)塊和支票區(qū)塊派生而來(lái)的。

那一筆跨分片的交易是如何進(jìn)行的？我們將其分成了兩個(gè)階段：

第一個(gè)階段，假設(shè)a和b之間轉(zhuǎn)賬，這里有一個(gè)分片派生出來(lái)三個(gè)“支票”區(qū)塊，分別是C12和C13、C21和C23，C31和C32，六個(gè)跨分片的支票區(qū)塊和三個(gè)交易區(qū)塊；

第二個(gè)階段，通過廣播將支票區(qū)塊發(fā)送到對(duì)應(yīng)的分片里去，對(duì)應(yīng)的分片接收支票區(qū)塊，通過交易區(qū)塊和支票區(qū)塊生成最終的狀態(tài)區(qū)塊。

另外，分片里面智能合約和以太坊里面的智能合約有不一樣的地方，就是它有跨分片的智能合約調(diào)用。

如何理解跨分片的智能合約調(diào)用？首先，調(diào)用分片2里面的交易區(qū)塊，鎖定賬戶余額，發(fā)送調(diào)用信息到分片b，分片b調(diào)用相應(yīng)的合約，修改合約的狀態(tài)，收取交易的gas費(fèi)用，將剩余的gas費(fèi)用返回給分片1，涉及到三次更新和兩次的跨分片交易。

為了減少跨分片調(diào)用，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，只支持分片內(nèi)的調(diào)用，而不支持跨分片的調(diào)用。原因是相互關(guān)聯(lián)、相互調(diào)用的合約不會(huì)部署在同一個(gè)分片上，這對(duì)于開發(fā)者來(lái)說(shuō)是比較合理，也是容易做到的。

另外用戶可以在任意分片里創(chuàng)建自己的賬戶。比如說(shuō)分片1里的用戶，要想調(diào)用分片2里合約的話，可以在分片2里面去建賬戶，把跨分片變成了一個(gè)片內(nèi)智能合約的調(diào)用交易。這從一定程度上我們希望把相關(guān)的業(yè)務(wù)都放在一個(gè)分片里，這樣相關(guān)性越高，片內(nèi)交易也就越高，并發(fā)性也就越好。相當(dāng)于我們支持了一個(gè)片內(nèi)的合約調(diào)用：用戶到合約、合約到合約、合約到用戶。

還有一個(gè)方法是在分片2里建一個(gè)用戶，我們可以用跨分片的交易來(lái)做到。首先分片1里面的用戶，調(diào)用分片2里的合約，給分片2里面的用戶做一筆轉(zhuǎn)賬交易，然后分片2里面的用戶再調(diào)用這個(gè)合約，這就是跨分片之間智能合約的調(diào)用的流程。

第四，片內(nèi)共識(shí)；

分片技術(shù)有一個(gè)值得注意的點(diǎn)，每個(gè)分片里節(jié)點(diǎn)數(shù)是固定的，比較方便用其他的共識(shí)算法。缺點(diǎn)是它存在51%的算力的攻擊，因?yàn)樗且粋€(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)，誰(shuí)都可以動(dòng)態(tài)接入、動(dòng)態(tài)退出，而分片里面每一個(gè)分片的用戶數(shù)是一定的，比較方便用其他的共識(shí)算法，比如PBFT算法的好處，第一它能抵三分之一的拜占庭節(jié)點(diǎn)，它的網(wǎng)絡(luò)依然能保證安全運(yùn)行。

我們進(jìn)一步改進(jìn)了PBFT。首先，Leader打包一個(gè)區(qū)塊（我們前面介紹的分片里面都有一個(gè)Leader的角色，PBFT共識(shí)里面需要有一個(gè)Leader，他是負(fù)責(zé)發(fā)起共識(shí)的一個(gè)發(fā)起方。），廣播給其他節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)去驗(yàn)證這個(gè)區(qū)塊，驗(yàn)證通過的其他節(jié)點(diǎn)再?gòu)V播這個(gè)區(qū)塊摘要。

如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到2f+1（f是容忍的拜占庭節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)）個(gè)其它節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的摘要都和自己相等，就向全網(wǎng)廣播一條Commit消息，即可提交新區(qū)塊及其交易到本地的區(qū)塊鏈的狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。在這里，我們可以告訴他們通信的復(fù)雜度，假設(shè)節(jié)點(diǎn)數(shù)是n的話，這個(gè)復(fù)雜度就是O（n2）方。

另外，我們用了BLS的簽名，有兩個(gè)特點(diǎn)。一是聚合、一是短簽名，可以將多筆交易聚合成一個(gè)簽名，這樣把消息通信的復(fù)雜度和存儲(chǔ)簽名的大小做到了降低，而且不需要進(jìn)一步通信就能生成一個(gè)多重簽名，減少通信的次數(shù)。

我們改進(jìn)了PBFT的算法，這里的邏輯首先同樣是Leader打包區(qū)塊，廣播給其他的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證這個(gè)區(qū)塊，驗(yàn)證通過區(qū)塊簽名發(fā)送給Leader。

leader收集到2f+1個(gè)簽名之后，可以聚合成一個(gè)多重簽名sig1，leader將sig1和sig1參與方bitmap1廣播給其他節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)對(duì)sig1和bitmap1的合法性進(jìn)行驗(yàn)證。

為了確保全網(wǎng)賬本一致，還需對(duì)block+sig1+bitmap1進(jìn)行一輪多簽；leader收集到2f+1個(gè)簽名之后，可以聚合成一個(gè)多重簽名sig2。leader將sig1，sig2和對(duì)應(yīng)的bitmap2發(fā)送給其他節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證通過后將block+sig1+bitmap1寫入賬本，通過改進(jìn)PBFT的算法，將消息的復(fù)雜度從O（n2）方變成了O（n）。

還有一個(gè)就是Leader的輪替，如果Leader是拜占庭節(jié)點(diǎn)的話，會(huì)阻礙區(qū)塊的產(chǎn)生，常用方案第一個(gè)是Round-Robin順序選取的方法，一個(gè)是VRF生成隨機(jī)生成區(qū)塊。

第五，分片伸縮；

在分片里比較難的就是分片伸縮，這里有兩個(gè)操作：一是新增分片，一是凍結(jié)分片。

新增分片的時(shí)候，各個(gè)分片會(huì)出現(xiàn)負(fù)載過重的情況，網(wǎng)絡(luò)中有足夠多的礦工可以安全性的去維護(hù)這個(gè)分片，達(dá)到一個(gè)新分片所安全運(yùn)行的理論值，這個(gè)時(shí)候我們通過線上的委員會(huì)的監(jiān)控和線下社區(qū)的投票，由委員會(huì)修改參數(shù)，來(lái)增加這分片。

凍結(jié)分片是在狀態(tài)分片里比較難做的，相當(dāng)于在每個(gè)狀態(tài)分片里，每個(gè)分片存儲(chǔ)的局部賬本，如果一個(gè)分片砍掉的話，這個(gè)分片里的賬本有可能失效。

在這種情況下，每個(gè)分片的節(jié)點(diǎn)少，不滿足安全性的時(shí)候，也是通過委員會(huì)和社區(qū)共識(shí)之后，該分片遷移到其他分片。這個(gè)分片里面的賬本由委員會(huì)來(lái)維護(hù)。下一次新建的時(shí)候再有委員會(huì)交給分片，這從一定程度上保證了全局賬本的一致性。