GriDB: Scaling Blockchain Database via Sharding and Off-Chain Cross-Shard Mechanism

区块链数据库引起了广泛关注，但由于底层的不可扩展性区块链，它们的可扩展性较差。虽然区块链分片对于可扩展的区块链数据库是必要的，但它提出了一个新的挑战，即链上跨分片数据库服务。每个跨分片数据库服务（例如跨分片查询或分片间负载平衡）涉及大量的跨分片数据交换，而现有的跨分片机制需要通过相关分片中所有节点的共识（即链上）处理每个跨分片数据交换，以抵抗区块链的拜占庭环境，从而消除分片的好处。为了解决这个挑战，本文提出了 GriDB，第一个可扩展的区块链数据库，通过设计一种新颖的离线跨分片机制，实现高效的跨分片数据库服务。借鉴离线支付的思想，GriDB将大量的跨分片数据交换委托给少数几个节点，每个节点随机选择自不同的分片。考虑到拜占庭环境，不受信任的委托者合作生成简洁的跨分片数据交换证明，而共识仅负责低成本的证明验证。然而，与支付不同，数据库服务的验证具有更多的要求（例如完整性、正确性、新鲜性和可用性）；因此，我们引入了几种新的认证数据结构（ADS）。特别地，我们利用共识扩展威胁模型，并减少传统基于累加器的 ADS 的可验证跨分片查询的复杂性，同时具有丰富的关系运算符。此外，我们研究了分片间负载平衡对于可扩展的区块链数据库的必要性，并设计了一种离线和实时的方法，以实现平衡时的效率和可用性。

如何解决区块链数据库的可扩展性问题，特别是跨区块链的数据库服务问题？

设计一种新的离线跨区块链机制，将跨区块链的数据交换委托给少数几个节点，这些节点从不同的区块链中随机选择。同时，利用新的认证数据结构来验证数据库服务的完整性、正确性、新鲜度和可用性。

使用GriDB实现了第一个可扩展的区块链数据库，提高了跨区块链的数据库服务效率。同时，设计了离线和实时的区块链负载均衡方法。使用了新的认证数据结构来支持具有丰富关系运算符的可验证跨区块链查询。

相关研究包括区块链数据库和跨区块链技术的研究。例如，区块链分片、跨链原子交换和跨链协议等。