一个新的 Layer1和社区驱动的区块链即将面世! 它将如何在其他 Layer1区块链（如比特币、以太坊、Cardano、Solana）中定位自己？它将如何解决其他智能合约平台所没有的挑战，保留可扩展性、安全性和去中心化？虽然你会从它本身的名字中得到线索--Shardeum，但它的内容不只限于眼前。通过本文讨论的技术和其他因素的结合，Shardeum的目标是使DApps在真正的全球范围内被采用。在这篇文章中，我们将解读Shardeum背后有趣的机制。

正如我们许多人现在所知道的，像比特币和以太坊这样的既定第1层网络目前是缓慢和昂贵的。最近的 Layer1区块链声称有成千上万的TPS（每秒交易量），几乎没有任何费用。然而，他们在以下一个或多个方面存在不足，这是可以理解的--线性可扩展性、高安全性和高效存储，这几乎是不可共存的。

这就是诸如Polygon等Layer1解决方案找到其价值主张的地方。请记住，第1层网络是在开源区块链上运行的，这使得此类第2层解决方案，更快、更便宜，可以建立在它们之上。上述架构已经相当成功地实现了各种解决方案，如DeFi、NFT和为其用户和投资者提供的去中心化游戏。但显然，到目前为止，没有一个区块链能够解决区块链的三难问题，以服务我们的去中心化世界将带来的数十亿用户。

区块链的可扩展性三难问题

以太坊著名的联合创始人Vitalik Buterin创造了一个术语，"可扩展性三难"。可扩展性三难是指区块链无法使其所有3个基本属性--安全、可扩展性和去中心化--同时并存。Vitalik Buterin认为，在未来一段时间内，3个属性中最多只有2个可以共存，而牺牲了第3个属性。

现在，即使可扩展性问题通过第2层的应用得到缓解，也只有渐进式的改进才能满足趋势性区块链用例的需求。当其他数十亿用户加入到医疗保健、供应链、游戏、元宇宙、社交媒体、学术界、政府应用等的用例中时，怎么办？我们所知道的互联网，即Web 2.0，提供了我们都习惯的高效的用户体验，而去中心化的应用程序必须在此基础上进行改进，以便社会采用。

可扩展性问题还有很多

假如说有一个去中心化的社交媒体应用。今天，社交媒体应用程序在其网络上承载了数十亿的活动和用户。一个人可以进行许多活动，如 "喜欢"、"分享 "和 "订阅 "其上的内容。作为用户，我们还在这些平台上即时发布音频和视频片段。想象一下3亿人产生的此类活动所需的吞吐量（就一秒钟！）。事实是，即使是最近的第1层或第2层网络也无法提供中心化竞争者今天所提供的吞吐量，而且绝对难以提供符合当下社会所习惯的用户体验。最近coindesk.com上的一篇文章的摘录，恰当地总结了这种情况。

"有多少区块链游戏有传说或世界观的构建？社交媒体上由社区驱动的内容和互动在哪里？甚至很难找到据说有几十万用户的加密货币游戏的YouTube视频或Twitch直播。"

考虑到创新，存储是另一个经常被第1层区块链忽略的领域，以满足用户的即时需求。存储与上述三个基本属性息息相关。如果L1区块链继续忽视对基础设施的需求，最终包括托管，比如说，一个去中心化的社交媒体应用程序，我们就有相当多的基本问题在手。

如果没有能力在区块链上有效地扩展文件存储，企业和消费者将不得不继续依赖中心化的平台，如谷歌、Twitter或Facebook（Meta）来处理我们的PII。众所周知，中心化实体一再滥用托管用户PII的权力，这也是去中心化的一个催化剂。

上述滥用的一个例子是歧视性的做法。例如，集中式应用程序根据用户提供的凭证和个人偏好，限制某些实际存在的人访问他们的应用程序。数以亿计的人仍然无法获得银行账户和基本医疗服务是有原因的。长期以来形成的不信任感不可能在一夜之间被治愈。

除了存储问题，一个去中心化网络的安全必须足够安全，以减少或减轻对其生态系统的恶意黑客攻击。区块链必须保护链上的每个用户、投资者和应用程序。

Shardeum对可扩展性三难问题的解决方案

当Shardeum由联合创始人Nischal Shetty公开宣布时，他明确表示Shardeum并不打算重新发明车轮。相反，Shardeum旨在利用现有的工具和应用程序，如EVM，在不影响安全和去中心化的情况下解决可扩展性的三难问题。当然，Shardeum也有独特的创新，正如另一位联合创始人兼首席架构师Omar Syed所说。Shardeum是利用Omar在2018年初推出的独特分布式账本项目Shardus开发的。

Omar曾作为首席架构师在NASA、雅虎、Raytheon和Zynga（Farmville等游戏的开发商）等企业工作，构建高度安全、容错和可扩展的分布式系统。他在2011年被介绍给比特币，此后他一直密切关注区块链领域的发展。奥马尔对中本聪通过比特币的区块链在密码学中引入去中心化的事实深表赞赏。比特币激发了他积极致力于开发Shardus和其他网络3.0技术。他的最终目标是最终对无银行服务/无服务的人类产生积极影响，就像他在加密货币行业的其他一些高尚的同行一样。

Shardeum的白皮书，预计在2022年第一季度末发布，将详细介绍用于完成Shardeum解决可扩展性三难问题的技术特征。同时，让我根据我对Shardeum最近推出/正在进行中的网站的理解，在高层次上介绍Shardeum的一些首要亮点和差异化因素。这里有一个附带说明--Shardus和Shardeum是两个不同的项目。Shardus是一个软件，用于轻松地启动一个可线性扩展的分散网络，因此开发者可以专注于应用层。Shardeum是在应用层将EVM与Shardus整合在一起。

Shardeum区块链的与众不同

目前大多数的分布式账本协议都有自我设定的扩展限制。有限的可扩展性是在节点承诺验证/更新交易之前将交易分组为区块的结果。比方说，比特币或以太坊的协议，或当今任何其他典型的区块链，都规定了其区块的最大尺寸和产生区块的速度。

上述协议对其网络处理交易的速度设定了上限。限制TPS最终会导致网络拥堵。因此，矿工和验证者现在不得不更努力地工作（通过更大的计算和/或经济资源）以达成共识。当网络拥堵导致运营节点的成本增加时，节点会按照支付的最高费用的顺序来优先处理交易，而不是按照收到交易的顺序来处理。这些都是明显的问题，扼杀了许多区块链的可扩展性。

虽然交易费用通常被这些网络烧掉，以防止原生币出现短期通货膨胀，但高需求往往导致高额（气体）费用。不断增加的气体费用对于向网络提交交易的用户来说是一种困扰。想象一下，用250美元购买一个价值200美元的NFT，（50美元是交易费）。这就是今天的实际情况。澄清一下，这是由供求问题造成的，而不是其他什么。这就是Shardeum等项目介入并推动区块链生态系统的地方。

Shardeum网络上的交易在提交前不会被分组为区块，这为网络提供了早期优势。只有持有交易中提到的至少一个账户的节点才会通过对交易达成共识并更新账户来处理。现在，交易被提交，然后将它们分组为区块或分区，再传递给存档节点。现在让我们来看看交易将如何在Shardeum上得到验证。

共识算法

交易是通过一种相对不那么复杂和创新的共识机制进行验证/更新的，这种机制被称为PoQ或Proof-of-Quorum。与目前使用的PoW和其他共识算法不同，PoQ中的节点在收到带有时间戳的交易后，立即对其进行单独验证（没有重复花费的可能性）。随后，将交易广播给网络上共识组中的所有其他节点，而不是网络上的每个节点（当我们在下面揭开Shardeum的更多信息时，你会知道为什么）。

从本质上讲，每个节点都会知道组内的其他节点都知道某项交易。这使得以收据的形式进行无信任的投票（或法定人数）的收集。而当有超过50%的收据时，交易在网络上得到确认/更新。因此，最终结果会以低延迟的方式快速达成，这有助于避免网络拥堵。

自动可扩展性、安全性和能源效率

Shardeum将通过结合PoQ和PoS（权益证明）来达成共识，以提高网络的安全性，这与Shardeum的自动扩展功能相得益彰。自动扩展是至关重要的，因为当你建立一个网络时，它最好能够自我管理它所需要的节点数量，以适当地进行激励。自动缩放功能使网络能够根据任何时候可用的节点数量按比例扩大吞吐量。

共识算法，发挥其关键作用，在允许Shardeum节点加入网络之前，将为其分配一个 "节点ID"。网络将在轮流、无领导的基础上随机分配节点ID给参与的节点，以利用其他待命/等待的节点。在我看来，这个功能加上PoQ，足以让网络达到BFT级的安全水平，这在共识算法中排名最高。

有了PoS，安全性得到进一步加强。到那时，节点需要押上一定数量的网络币才能成为验证者，所以你可以期待行为不端的节点在必要时被砍掉。Shardeum最终将不需要超出处理交易所需的过多能量，现在有可能无限地扩展。

100万TPS：进入动态状态的分片管理...

分片并不是区块链行业的一个新概念。相反，它是以太坊等第一层区块链的一个非常好的研究解决方案。事实上，几十年来，科技行业已经认识到分片集中式数据库是各种应用中可扩展性的主要解决方案。分片是如何帮助扩展集中式网络的？下面你会发现一张图片--它是分片的简化图。简单地说，分片将验证和确认交易的工作分成小的、可管理的部分，或称分片。虽然分片最终是解决可扩展性问题的最佳方式，但将其应用于基于区块链的网络并不像应用于集中式数据库那样容易。

Shardeum的好消息是，正如我们在上面的段落中所讨论的那样，交易在被分组为区块或分区之前首先被提交。这使得网络能够将计算工作量、存储和带宽均匀地分配给网络上的所有节点。因此，每个节点将能够每秒处理'x'数量的交易。由此产生了一个新的术语，即 "每个节点每秒的交易量"。

Shardeum，进一步，希望发出一个明确的信息，即任何人都应该能够以最小的资源和计算要求来操作一个节点并加入网络，以最大限度地实现去中心化。这让我们想到Shardeum提供的另一个关键功能，作为一个想法，它在区块链社区内被广泛实践。在大多数区块链中，每个节点都存储了一份完整的账本，其中包括在区块中排序的历史交易记录，以及一个维护当前/全球状态的状态数据库。Shardeum提出，验证者/共识节点只需要维护一个分片内的当前状态，而历史数据可以由网络上的存档节点处理。这有助于网络实现一个核心目标--以低带宽进行横向扩展。

继续，现在让我们回顾一下Shardeum预见自己可以实现相当无缝的吞吐量的例子。假设Shardeum已经可以处理100个TPS，总共有100个节点。这意味着网络可以处理 "每个节点每秒1次交易"。当再有9900个节点加入网络时，随着节点的加入，它将能够扩展到10000个TPS。而通过将状态分片、快速终结和低带宽带入等式，100万TPS将最终被突破! 通过线性扩展和强大的智能合约，Shardeum将有能力处理在其网络之上开发的全球规模的第2层应用程序（以及它们产生的吞吐量），而不影响其性能和用户体验。

总结

一言以蔽之，"效率 "是Shardeum最显著的特征。如上所述，白皮书预计将在2022年第一季度末发布，其中包括Shardeum在解决可扩展性三难问题上的突破的确切细节。Alphanet计划在22年第二季度推出，Betanet在22年第三季度推出。主网和Shardeum的原生币Shard（使用简称SHM）的推出预计将在第四季度发生。

除了作为一个去中心化的团队运作外，Shardeum还公开承诺效忠于OCC，这将构成项目的核心使命。OCC是开放、协作和社区驱动的简称。OCC的特质为世界上任何地方的任何人提供了加入Shardeum及其运动的机会，使其透明地运作并实现其里程碑。用联合创始人的话说，Shardeum并不是要与其他网络竞争。相反，Shardeum热衷于与自己竞争，以客观地改进。这样一来，Shardeum基金会可以专注于向同行学习，同时也激励其他人在全球范围内进行产业去中心化，建立服务于数十亿用户的DApps。

在我看来，Web 3.0的目标应该是像Web 1.0或2.0一样具有变革性，但它也应该努力实现1.0和2.0永远无法实现的目标。那就是，以可扩展和安全的方式实现去中心化的应用。我明白这样的意图现在已经成为陈词滥调，被过度使用。但它们值得循环。可扩展性的三难问题是值得探索的，直到它被解决。这就是我最后想表达的意思--当开源区块链的三个核心原则最终得到共存--我们将更接近行业的大议程。当一个无信任的社会成为现实时--在那里，你不必一定要寄希望于一个中介机构来容纳你或不容纳你。

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本出版物中表达的观点是作者的观点。他们不一定要反映Shardeum基金会的意见或观点。

关于作者

Subbu是Shardeum的内容开发人员和金融技术内容博主。通过他的内容，他试图引导人们在网上利用金融资源，实现他们本应有的力量。

Gregory Hemmer是位于德克萨斯州达拉斯的加密企业家和商业发展专家。为每个人建立去中心化的Shardeum和Shardus。