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152 软件学报 2026 年第 37 卷第 1 期

究过程中必须充分考虑这些假设的现实合理性及其适用范围, 以确保研究能够在实际系统中有效应用.

4 研究展望

状态分片技术对于解决区块链扩展性问题以及实现更高效、更可持续的区块链系统具有重要的现实意义, 未
来可从以下 4 个方面展开研究.
(1) 状态分配频率与系统性能之间的权衡
动态分配方法的执行需消耗额外的网络和计算资源. 例如, 图分配方法需要消耗额外的资源开销用于构建和
划分子图. 频繁的状态分配在某些情况下可能为系统带来负面影响. 因此, 未来可深入研究状态分配执行频率与系
统性能间的关系, 通过量化分析状态分配频率对系统性能的影响, 建立相应的数学模型, 为动态分配策略的优化提
供理论依据.
(2) 多目标优化的状态分片技术研究
在状态分片技术的研究中存在多个优化目标, 包括降低跨分片交易比例、平衡分片负载以及减少状态迁移的
数据量. 然而, 这些目标之间往往存在相互制约关系, 难以在同一系统中同时实现最优. 因此, 未来可研究多目标优
化的状态分片技术, 探索上述优化目标之间的平衡点. 例如, 可采用权重法为目标分配权重, 将其合并为一个综合
目标进行优化, 即最大化系统吞吐量. 其中, 跨分片交易比例的权重取决系统中跨分片交易的处理方法, 负载均衡
的权重取决于各分片处理能力, 而状态迁移数据量的权重则取决于具体的迁移策略.
(3) 区块链分片系统的激励机制设计
状态分片的高效执行依赖于矿工、账户等各方参与者诚实且积极地响应系统需求. 在此过程中, 激励机制需
[15]
要确保参与者的积极性并防范潜在的恶意行为, 以维护系统的安全性和可持续发展. 以 BrokerChain 和 X-Shard [45]
为例, 两者均引入中间账户协调处理跨分片交易, 这要求设计有效的激励机制, 确保中间账户愿意积极诚实地提供
服务. 针对这一问题, 文献 [69] 开发了一个去中心化金融 (DeFi) 应用 [70] BrokerFi, 并设计了 Broker2Earn 协议 [71] ,
用于激励中间账户在跨分片交易中的积极参与. 这一工作不仅在理论上构建了针对分片环境的激励机制框架, 同
时也实现了系统原型, 展示了该机制在实际应用场景中的可行性. 尽管上述研究为分片系统中的激励机制设计提
供了有益尝试, 但从整体来看, 当前学术界在该方向的研究仍处于起步阶段, 现有成果在复杂分片系统中的适用性
和有效性尚未得到充分验证. 因此, 未来应重点研究如何根据贡献在不同类型的参与者之间合理分配奖励, 以最大
化系统性能.
(4) 区块链分片技术的落地应用探索
分片技术作为提升区块链系统扩展能力的重要手段, 已应用在多种场景中. 但是由于应用特征的差异, 该技术
在不同应用场景中的可行性与适配性仍需进一步深入研究. 在动态异构的物联网场景中, 状态分片可以根据设备
的计算存储能力自适应地调整分片结构, 实现对资源受限节点的高效适配与任务分配 [72] ; 在高并发的去中心化金
融场景中, 状态分片可以显著降低存储开销与状态读写访问冲突, 提高系统吞吐能力与响应速度 [73] . 然而, 不同的
应用场景在节点规模、数据存储需求与状态数据特征等方面存在显著差异. 例如, 医疗数据共享场景中节点数量
较少, 数据更新频率较低, 且对吞吐量的需求通常较低; 而供应链溯源场景中节点众多且异构, 数据更新频繁, 吞吐
量的需求较高. 因此, 未来研究应聚焦于结合实际场景需求, 选择合适的分片策略, 并对其进行针对性优化, 以实现
更高效的系统资源利用与整体性能提升.
5 总 结

本文首先介绍了区块链分片技术的背景知识, 结合区块链全分片系统的工作机制, 梳理了区块链状态分片技
术的 3 个核心问题, 即状态分配、状态迁移以及跨分片交易处理. 随后, 围绕上述关键问题, 对其现有主流实现方
法以及研究现状进行了分析和综述, 总结并对比其优势与不足. 接下来, 从上述 3 个角度对近年来区块链状态分片
技术最新的研究成果进行总结与对比. 最后, 探讨了状态分片技术未来可能面临的问题以及未来潜在的发展方向,