Das Ziel von Harmony ist es, eine Shard-basierte Blockchain mit voller Skalierbarkeit und Sicherheit zu schaffen. Es hat viele Blockchain-Lösungen auf dem Markt untersucht und einen eigenen technischen Implementierungsplan vorgeschlagen. Hier verdient Harmony die Aufmerksamkeit aller.
Dies ist ein sehr hohes Ziel. Zunächst einmal hat es eine vollständige Skalierbarkeit. Das Sharding von Harmony umfasst nicht nur Transaktionsbestätigung, Netzwerkkommunikation, sondern auch Blockchain-State-Sharding. Zweitens müssen wir die Sicherheit der Fragmentierung gewährleisten. Das Sharding von Harmony basiert auf dem DRG-Prozess (Distributed Random Generation), der es unvorhersehbar, fair, überprüfbar und skalierbar macht. Darüber hinaus übernimmt Harmony den PoS-Mechanismus anstelle des PoW-Mechanismus, um Validatoren auszuwählen, und es verfügt über eine eigene Optimierung für den PBFT-Konsensmechanismus. PoS hat einen bestimmten Schwellenwert, nicht nur um sicherzustellen, dass kleine Staker am Netzwerk teilnehmen und Einnahmen erzielen können, sondern auch um zu verhindern, dass böswillige Angreifer die Kontrolle über einen einzelnen Shard erlangen. Harmony implementiert die Informationsverbreitung innerhalb eines Shards und über ein Shard-Netzwerk mithilfe des Adaptive Information Dispersal Algorithm. Harmony verwendet auch Kademlia-Routing, um Cross-Shard-Transaktionen zu realisieren, die logarithmisch skalieren, wenn die Anzahl der Shards zunimmt. Beim Sharding muss auch die Konsistenz von Cross-Shard-Transaktionen aufrechterhalten werden. Harmony unterstützt auch Cross-Shard-Transaktionen, unterstützt die direkte Kommunikation zwischen Shards und stellt die Konsistenz von Cross-Shard-Transaktionen durch einen atomaren Sperrmechanismus sicher.
Alles in allem versucht Harmony, eine skalierbare, sichere und dezentralisierte Blockchain bereitzustellen, indem die Protokollschicht und die Netzwerkschicht optimiert werden, die mehr gängige dezentrale Anwendungsszenarien unterstützen kann, einschließlich Spiele, dezentrale Börsen, IoT usw. Das ist eine ehrgeizige Vision.

Projektvision

Derzeit versuchen viele neue Blockchain-Projekte, die Transaktionsverarbeitungsgeschwindigkeit (Durchsatz) zu erhöhen, aber neue Lösungen wie dPoS in EOS und TRON, Rootchain in Quarkchain usw. müssen einige Schlüsselelemente opfern, z. B. Dezentralisierung und Sicherheit können die Leistung erheblich verbessern.
Obwohl ein solches System sehr schnell läuft, kann es nur als halbzentralisiertes System betrachtet werden, wodurch das Kernkonzept der Blockchain - Dezentralisierung - verloren geht.
Als Lösung für die Blockchain-Erweiterung kann Sharding die Netzwerkleistung erheblich verbessern, ohne die Sicherheit und Dezentralisierung zu beeinträchtigen.
Harmony löst das Problem der Blockchain-Erweiterung durch die Einführung von State Sharding in die Blockchain – da jeder Knoten nur einen Teil der Blockchain-Daten ausführen und speichern muss, um die Transaktion abzuschließen, wird die Arbeitslast der Transaktionsverarbeitung von beiden geteilt Skalierbarkeit des Blocks selbst.

Projekt-Highlights

Skalierung ist derzeit eines der am meisten diskutierten Themen in der Blockchain-Branche. Wer dieses Problem zuerst löst, wird zum Branchenführer. Die Prämisse hier ist natürlich, dass unter der Prämisse der Berücksichtigung der beiden Attribute Sicherheit und Dezentralisierung, wenn ein Durchbruch durch Opferung dieser beiden Schlüsselattribute erreicht wird, dies nur ein Durchbruch auf niedriger Ebene ist oder sich auf einen zubewegt anderen Entwicklungsweg.
Unter der Prämisse, Sicherheit und Dezentralisierung zu berücksichtigen, ist Sharding einer der wichtigsten Pfade zur Blockchain-Erweiterung. Dies ist der Schwerpunkt von Harmonys Erforschung. Obwohl es andere Sharding-Blockchain-Projekte gibt, einschließlich Ethereum 2.0, gibt es auch Cross-Chain-Projekte. Wenn Harmony Sharding erforschen kann, kann es solider sein als andere Projekte. Dann hat es eine Chance zu bekommen Vorsprung vor der Konkurrenz.
Natürlich wählte das Harmony-Team einen schwierigen Weg, der viel Einsatz erfordert und sehr starke Konkurrenten hat. Laut der Einführung des Harmony-Teams in Blue Fox Notes hat das Projekt eine Finanzierung von 18 Millionen US-Dollar abgeschlossen, und Investoren haben Mittel aus dem Silicon Valley, Australien, Hongkong und Singapur, und es hat einen guten Start hingelegt.
Aus dem Whitepaper von Harmony geht hervor, dass das Team ein klares technisches Denken hat und gründlich über die Probleme nachgedacht hat, die bei der Implementierung von Sharding-Projekten auftreten.Das Team besteht hauptsächlich aus F&E-Personal, hauptsächlich aus dem Hintergrund von Microsoft, Google und Apple.

Technische Übersicht

Skalierbarer FBFT-Konsensmechanismus
Harmony übernimmt keinen PoW, sondern einen PoS-Mechanismus, Benutzer erhalten die Rechte und Belohnungen für die Erzeugung von Blöcken durch Staking von Token. Gleichzeitig verwendet Harmony den FBPT-Mechanismus im Blockproduktions- und Verifizierungsprozess. Bevor wir erklären, was FBFT ist, wissen wir, dass PBFT praktische byzantinische Fehlertoleranz ist. Da PBFT über einen Mechanismus verfügt, den Verifizierer benötigen, um ihre Stimmen an andere Verifizierer zu übertragen, erhöht dies die Kommunikationskomplexität von PBFT erheblich, was es schwierig macht, die Blockchain zu erweitern, wenn das System Hunderte oder Tausende von Knoten hat.
Für das Problem, dass PBFT schwierig zu erweitern ist, wurde FBFT optimiert, und FBFT kann eine lineare Erweiterung in Bezug auf die Kommunikationskomplexität erreichen. Genauer gesagt, wie kann man es erreichen? In dem FBFT-Mechanismus hat er auch die Rollen des Leiters und Verifizierers und erfordert nicht, dass alle Verifizierer ihre Stimmen übertragen.Der Leiter führt einen Multi-Signatur-Signaturprozess durch, um die Stimmen der Verifizierer zu sammeln. Die Größe dieser Mehrfach-Signatur O(1 ) ist, und dann die Abstimmung aussenden. Das bedeutet, dass jeder Validator nur eine Multisignatur empfangen muss, was die Kommunikationskomplexität von O(n^2) auf O(n) reduziert.
Der Schnorr-Signaturmechanismus kann Multi-Signatur-Aggregation konstanter Größe erreichen und einen Multicast-Baum zwischen Prüfern bilden, um die Nachrichtenzustellung zu erleichtern, aber Schnorr-Multi-Signatur erfordert geheime Commitment-Runden, was zu dem Problem von zwei Roundtrips für eine einzige führt Multi-Signature verwendet FBFT das BLS (Boneh-Lynn-Shacham) Multi-Signatur-Schema, um dieses Problem zu optimieren, und es ist nur ein Roundtrip erforderlich, um es zu erreichen. Daher ist FBFT 50 % schneller als BFT, das den Schonorr-Signaturmechanismus verwendet. Schließlich verwendet Harmony auch den RaptorQ-Brunnencode, um den Blockübertragungsprozess zu beschleunigen.
Zu beachten ist, dass alle Harmony-Konsensverifizierer basierend auf dem PoS-Mechanismus ausgewählt werden. Validatoren mit mehr stimmberechtigten Anteilen haben mehr Stimmen als alle anderen, anstatt jeweils eine Stimme zu unterschreiben. Das bedeutet auch, dass der Anführer nicht auf die Unterschrift von 2f+1-Verifizierern wartet, sondern auf die Stimmanteile von 2f+1-Verifizierern.
Zufallsalgorithmus, der VRF und VDF integriert
Für die Blockchain muss es schnell erweitert werden, zum Beispiel kann die oben erwähnte FBFT eine schnellere Transaktionsbestätigung erreichen, aber Sicherheit ist immer das Größte wichtig von. Bei der Validierung von Blöcken hat die Wahrung der Zufälligkeit für die Sicherheit höchste Priorität.
Ein guter Zufallsalgorithmus muss gleichzeitig unvorhersehbar, überprüfbar, nicht diskriminierend und skalierbar sein. Einige Protokolle können unvorhersehbar, nicht diskriminierend und überprüfbar sein, aber die Skalierbarkeit ist schwach, wie z. B. das RandHound-Protokoll. Sie haben ihre eigenen Vor- und Nachteile.
Harmony schlägt einen Zufallsgenerierungsalgorithmus vor, der VRF- und VDF-Technologien kombiniert. VRF ist eine verifizierbare Zufallsfunktion und VDF ist eine verifizierbare Verzögerungsfunktion. Algorand verwendet eine kryptografische Klassifizierung basierend auf VRF (Verifiable Random Function), um eine Konsensverifikationsgruppe auszuwählen; Ethereum 2.0 schlägt VDF (Verifiable Delay Function) vor, um die Enthüllung der tatsächlichen Zufallszahl zu verzögern und den Angriff des letzten Offenbarers zu verhindern.
Aufgrund von VDF kann der Leader die tatsächliche endgültige Zufallszahl nicht kennen, bis pRnd an die Blockchain übermittelt wird. Da der VDF verwendet wird, um Rnd zu berechnen, wurde pRnd bereits im vorherigen Block festgeschrieben, sodass der Leader ihn nicht manipulieren kann. Wenn der Leiter pRnd nicht sendet, um das Protokoll zu stoppen, verfügt FBFT über einen Timeout-Mechanismus, um den Leiter umzuschalten und das Protokoll neu zu starten. Darüber hinaus ist die Komplexität des von Harmony übernommenen DRG-Protokolls O(n), was mindestens eine Größenordnung schneller ist als bei einigen Projekten.
PoS-basiertes Sharding
Sowohl PoW als auch PoS müssen Sybil-Angriffe verhindern. Die PoW-Kette verwendet Rechenleistung, um ihre Identität nachzuweisen, und erhält so das Recht, Blöcke zu produzieren. Harmony übernimmt den PoS-Mechanismus, und PoS verwendet das Eigenkapital-Token-Versprechen des Validators, um dies zu beweisen. Um ein Validator von Harmony zu werden, müssen Sie zunächst bestimmte Token einsetzen. Je mehr Token gestaket werden, desto mehr Validator-Voting-Anteile können Sie erhalten. Jeder Stimmanteil entspricht einer Stimme für den BFT-Konsens.
Staking Staker erhalten stimmberechtigte Anteile proportional zu den Tokens, die sie staken. Die stimmberechtigten Anteile werden zufällig Shards zugewiesen. Stakeholder, die Shard-Validatoren werden, erhalten entsprechende Stimmrechte im Shard.
Im Konsens- und Sharding-Prozess von Harmony gibt es ein Konzept von Zyklen (Epochen). Zeiträume sind vorgegebene Zeitintervalle, in denen die Shard-Struktur festgelegt ist und jeder Shard kontinuierlich Konsens mit demselben Satz von Validatoren ausführt.
Zu Beginn jedes Zyklus wird vom DRG-Protokoll eine Zufallszahl generiert und anhand der Zufallszahl die Fragmentierungsstruktur bestimmt. Validierer müssen ihre Token im vorherigen Zeitraum einsetzen, wenn sie Transaktionen während eines bestimmten Zeitraums validieren möchten. Die Frist für die Beteiligungsverpfändung ist, bevor das Zufallszahlen-Preimage pRnd an die Blockchain übermittelt wird.
Zu Beginn jedes neuen Validierungszyklus werden die stimmberechtigten Anteile des neuen Validierers zufällig den Shards zugewiesen. Neue Validatoren treten einem Shard bei und ihre stimmberechtigten Anteile werden verteilt. Der Shard-Konsens erfordert Blocksignaturen mit mindestens 2f+1 stimmberechtigten Aktien.
Um die Sicherheit eines einzelnen Shards zu gewährleisten, verwendet Harmony einen adaptiven Schwellen-PoS, der den Preis der stimmberechtigten Aktien durch Algorithmen auf adaptive Weise anpasst, und ordnet Shards einzelne stimmberechtigte Aktien zu, anstatt eine einzelne Verifizierung durchzuführen.
Um großangelegte Pledged-Token-Angriffe zu verhindern, teilt Harmony keine Verifizierer, sondern Shards durch stimmberechtigte Anteile, um zu verhindern, dass eine große Anzahl von Münzverifizierern einen einzelnen Shard belegt. Ein einzelner Validator kann mehreren Shards zugewiesen werden, wenn er Stimmrechtsanteile hat, die verschiedenen Shards zugewiesen sind. Der Anführer eines Shards wird als Validator mit dem ersten stimmberechtigten Anteil in einer bestimmten Gruppe bestimmt.
Gleichzeitig sind die Stimmanteile so gering, dass böswillige Angreifer keine Macht in einem einzigen Shard sammeln können. Harmony geht nach Berechnung davon aus, dass bei einmal mehr als 600 stimmberechtigten Aktien die hohe Sicherheit des Shardings gewährleistet werden kann.
In Anbetracht der wirtschaftlichen Vorteile haben Validatoren mit mehr Stakes mehr Chancen, als Leader gewählt zu werden. Bei böswilligem Verhalten befürchten Validatoren, die Token gestaket haben, dass ihre Interessen gemindert werden, wodurch die Sicherheit des Netzwerks gewährleistet wird.
Zusätzlich zu den oben genannten Mechanismen verwendet Harmony auch ein neu gemischtes Sharding-Schema, um seine Sicherheit zu verbessern. Denn wenn die Shards strukturiert bleiben, haben böswillige Angreifer immer noch die Möglichkeit, ihre Angriffe durchzuführen. Wie die Implementierung eines statischen Zyklusangriffs, eines langsamen Anpassungsangriffs oder eines vollständigen Anpassungsangriffs und so weiter. Harmony verwendet einen Resharding-Mechanismus, der auf Kuckucksregeln basiert, um diese Probleme zu lösen. Am Ende eines Validierungszyklus, in dem Validatoren, die ihren Anteil zurückziehen, aus dem Netzwerk ausgeschlossen werden, bleiben diejenigen, die ihren Anteil behalten.
Schnelle Zustandssynchronisation
Der erste Block einer Epoche enthält einen Hash-Link zum ersten Block der vorherigen Epoche. Dadurch kann der Zustand neuer Knoten schnell synchronisiert werden, wobei sie sich auf graue Blöcke verlassen können, um den aktuellen Zustand schnell zu überprüfen.
Wenn Sie den gesamten Blockchain-Verlauf herunterladen müssen, um Shard-Transaktionen zu überprüfen, ist die Zeit zu lang. Wenn Sie den Ethereum-Blockchain-Verlauf synchronisiert haben, wissen Sie, dass dies mehrere Tage dauern kann. Harmony muss nur den aktuellen Zustand innerhalb eines Zykluszeitfensters herunterladen.
In Harmony laden neue Prüfer, die einem Shard beitreten, zuerst den aktuellen Status herunter und versuchen es für diesen Shard. Neue Knoten laden historische Blockheader herunter und verifizieren die Blockheader, indem sie ihre Signaturen überprüfen. Der Shard-Zustand ist gültig, solange es kryptografische Spuren vom aktuellen Zustand zurück zum Genesis-Block gibt, wie z. B. Hash-Zeiger und Signaturen.
Gleichzeitig enthält der erste Block jedes Zyklus von Harmony einen zusätzlichen Hash-Zeiger, der auf den ersten Block des vorherigen Zyklus zeigt, um die Kosten und den Zeitaufwand für die Berechnung der Signaturüberprüfung zu reduzieren. Auf diese Weise kann ein neuer Knoten andere Blöcke in einem Zyklus überspringen, wenn er seinen Hash-Zeiger auf den Genesis-Block verfolgt, wodurch die Überprüfung des aktuellen Blockchain-Zustands beschleunigt wird. Um den Zustandssynchronisierungsprozess weiter zu optimieren, wird Harmony schließlich den Blockchain-Zustand selbst so klein wie möglich halten.

Verwandte Links:
https://www.qukuaiwang.com.cn/szhb/3285.html###