El objetivo de Harmony es crear una cadena de bloques basada en fragmentos con escalabilidad y seguridad completas. Ha estudiado muchas soluciones de blockchain en el mercado y ha propuesto su propio plan de implementación de ingeniería. Aquí es donde Harmony merece la atención de todos.
Este es un objetivo muy alto. En primer lugar, tiene una escalabilidad completa. La fragmentación de Harmony incluye no solo la confirmación de transacciones, la comunicación de red, sino también la fragmentación del estado de la cadena de bloques. En segundo lugar, debemos garantizar la seguridad de la fragmentación. La fragmentación de Harmony se basa en el proceso DRG (generación aleatoria distribuida), que lo hace impredecible, justo, verificable y escalable. Además, Harmony adopta el mecanismo PoS en lugar del mecanismo PoW para seleccionar validadores y tiene su propia optimización para el mecanismo de consenso PBFT. PoS tiene un cierto umbral, no solo para garantizar que las pequeñas partes interesadas puedan participar en la red y obtener ingresos, sino también para evitar que los atacantes maliciosos obtengan el control de un solo fragmento. Harmony implementa la difusión de información dentro de un fragmento y a través de una red de fragmentos mediante el algoritmo de dispersión de información adaptable. Harmony también utiliza el enrutamiento de Kademlia para realizar transacciones entre fragmentos que escalan logarítmicamente a medida que aumenta la cantidad de fragmentos. Con la fragmentación, también se debe mantener la coherencia de las transacciones entre fragmentos. Harmony también admite transacciones entre fragmentos, admite la comunicación directa entre fragmentos y garantiza la coherencia de las transacciones entre fragmentos a través de un mecanismo de bloqueo atómico.
En general, Harmony intenta proporcionar una cadena de bloques escalable, segura y descentralizada mediante la optimización de la capa de protocolo y la capa de red, que puede admitir escenarios de aplicaciones descentralizadas más convencionales, incluidos juegos, intercambios descentralizados, IoT, etc. Esta es una visión ambiciosa.

Visión del proyecto

En la actualidad, muchos proyectos nuevos de blockchain están tratando de aumentar la velocidad de procesamiento de transacciones (rendimiento), pero las nuevas soluciones como dPoS en EOS y TRON, Rootchain en Quarkchain, etc. deben sacrificar algunos elementos clave, por ejemplo, la descentralización. y la seguridad pueden mejorar significativamente el rendimiento.
Aunque un sistema de este tipo se ejecuta muy rápidamente, solo puede considerarse como un sistema semicentralizado, que pierde el concepto central de blockchain: la descentralización.
Como solución para la expansión de blockchain, la fragmentación puede mejorar significativamente el rendimiento de la red sin comprometer la seguridad y la descentralización.
Harmony resuelve el problema de la expansión de la cadena de bloques mediante la introducción de la fragmentación del estado en la cadena de bloques; dado que cada nodo solo necesita ejecutar y almacenar una parte de los datos de la cadena de bloques para completar la transacción, la carga de trabajo del procesamiento de la transacción es compartida por Esto mejora enormemente la escalabilidad del propio bloque.

Puntos destacados del proyecto

La escalabilidad es uno de los temas más discutidos en la industria de la cadena de bloques en este momento. Quien resuelva este problema primero se convertirá en el líder de la industria. Por supuesto, la premisa aquí es que bajo la premisa de tener en cuenta los dos atributos de seguridad y descentralización, si se logra un avance sacrificando estos dos atributos clave, este es solo un avance de bajo nivel, o se está moviendo hacia un diferente camino de desarrollo.
Bajo la premisa de tener en cuenta la seguridad y la descentralización, el sharding es uno de los caminos más importantes para la expansión de blockchain. Este es el enfoque de la exploración de Harmony. Aunque hay otros proyectos de blockchain de sharding, incluido Ethereum 2.0, también hay proyectos de cadena cruzada. Si Harmony puede explorar sharding, puede ser más sólido que otros proyectos. Entonces tiene la oportunidad de obtener una ventaja en la competencia.
Por supuesto, el equipo de Harmony eligió un camino difícil, que requiere mucho esfuerzo y tiene competidores muy fuertes. Según la introducción del equipo de Harmony a Blue Fox Notes, el proyecto ha completado una financiación de 18 millones de dólares estadounidenses y los inversores tienen fondos de Silicon Valley, Australia, Hong Kong y Singapur, y ha tenido un buen comienzo.
Del libro blanco de Harmony, se puede ver que el equipo tiene un pensamiento técnico claro y ha reflexionado profundamente sobre los problemas que se enfrentarán en la implementación de proyectos de sharding. El equipo está compuesto principalmente por personal de I + D, principalmente del fondo. de Microsoft, Google y Apple.

Resumen técnico

Mecanismo de consenso FBFT escalable
Harmony no adopta PoW, sino un mecanismo PoS, los usuarios obtienen los derechos y las recompensas de producir bloques apostando tokens. Al mismo tiempo, Harmony utiliza el mecanismo FBPT en el proceso de producción y verificación de bloques. Antes de explicar qué es FBFT, sabemos que PBFT es tolerancia práctica a fallas bizantinas. Dado que PBFT tiene un mecanismo que los verificadores necesitan para transmitir sus votos a otros verificadores, esto aumenta en gran medida la complejidad de la comunicación de PBFT, lo que dificulta la expansión de la cadena de bloques si el sistema tiene cientos o miles de nodos.
Para el problema de que PBFT es difícil de expandir, FBFT ha sido optimizado y FBFT puede lograr una expansión lineal en términos de complejidad de comunicación. En concreto, ¿cómo lograrlo? En el mecanismo FBFT, también tiene los roles de líder y verificador, y no requiere que todos los verificadores transmitan sus votos. El líder ejecuta un proceso de firma de múltiples firmas para recolectar los votos de los verificadores. El tamaño de esta multifirma es O(1), y luego transmitir el voto. Esto significa que cada validador solo necesita recibir una multifirma, lo que reduce la complejidad de la comunicación de O(n^2) a O(n).
El mecanismo de firma de Schnorr puede lograr una agregación de firmas múltiples de tamaño constante y formar un árbol de multidifusión entre los verificadores para facilitar la entrega de mensajes, pero la firma múltiple de Schnorr requiere rondas de compromiso secretas, lo que conducirá al problema de dos viajes de ida y vuelta para un solo multi-firma, FBFT usa el esquema de firmas múltiples BLS (Boneh-Lynn-Shacham) para optimizar este problema, y ​​solo se requiere un viaje de ida y vuelta para lograrlo. Por lo tanto, FBFT es 50% más rápido que BFT usando el mecanismo de firma de Schonorr. Finalmente, Harmony también emplea el código fuente RaptorQ para acelerar el proceso de transmisión en bloque.
Una cosa a tener en cuenta es que todos los verificadores de consenso de Harmony se seleccionan según el mecanismo PoS. Los validadores con más acciones con derecho a voto tienen más votos que los demás, en lugar de firmar un voto a la vez. Esto también significa que lo que espera el líder no es la firma de los verificadores 2f+1, sino las acciones con derecho a voto de los verificadores 2f+1.
Algoritmo aleatorio que integra VRF y VDF
Para blockchain, debe expandirse rápidamente. Por ejemplo, el FBFT mencionado anteriormente puede lograr una confirmación de transacción más rápida, pero la seguridad siempre es lo más importante. importante de. En el proceso de validación de bloques, mantener la aleatoriedad es una prioridad máxima para la seguridad.
Un buen algoritmo aleatorio debe ser impredecible, verificable, no discriminatorio y escalable al mismo tiempo. Algunos protocolos pueden ser impredecibles, no discriminatorios y verificables, pero la escalabilidad es débil, como el protocolo RandHound. Tienen sus propias ventajas y desventajas.
Harmony propone un algoritmo de generación aleatoria que combina las tecnologías VRF y VDF. VRF es una función aleatoria verificable y VDF es una función de retardo verificable. Algorand utiliza la clasificación criptográfica basada en VRF (función aleatoria verificable) para seleccionar un grupo de verificación de consenso; Ethereum 2.0 propone VDF (función de retraso verificable) para retrasar la revelación del número aleatorio real y evitar el ataque del último revelador.
Debido a VDF, el líder no puede conocer el número aleatorio final real hasta que pRnd se envía a la cadena de bloques. Dado que el VDF se usa para calcular Rnd, pRnd ya se ha comprometido en el bloque anterior, por lo que el líder no puede manipularlo. Si el líder no envía pRnd para detener el protocolo, FBFT tiene un mecanismo de tiempo de espera para cambiar el líder y reiniciar el protocolo. Además, la complejidad del protocolo DRG adoptado por Harmony es O(n), que es al menos un orden de magnitud más rápido que algunos proyectos.
Fragmentación basada en PoS
Tanto PoW como PoS deben evitar los ataques de Sybil. La cadena PoW utiliza el poder de cómputo para probar su identidad y, por lo tanto, obtiene el derecho a producir bloques. Harmony adopta el mecanismo PoS, y PoS utiliza el compromiso de token de equidad del validador para probarlo. Para convertirse en un validador de Harmony, primero debe apostar ciertas fichas. Cuantos más tokens se apuesten, más acciones de votación del validador puede obtener. Cada acción con derecho a voto corresponde a un voto para el consenso BFT.
Los apostadores obtienen acciones con derecho a voto proporcionales a los tokens que apuestan. Las acciones con derecho a voto se asignan aleatoriamente a fragmentos. Las partes interesadas que se convierten en validadores de fragmentos obtienen los derechos de voto correspondientes en el fragmento.
En el proceso de consenso y fragmentación de Harmony, existe un concepto de ciclos (épocas). Los períodos son intervalos de tiempo predeterminados durante los cuales se fija la estructura del fragmento y cada fragmento ejecuta continuamente el consenso con el mismo conjunto de validadores.
Al comienzo de cada ciclo, el protocolo DRG generará un número aleatorio y la estructura de fragmentación se determinará en función del número aleatorio. Los validadores deben apostar sus tokens en el período anterior si desean validar transacciones durante un período determinado. La fecha límite para el compromiso de participación es antes de que el pRnd de preimagen de número aleatorio se envíe a la cadena de bloques.
Al comienzo de cada nuevo ciclo de validación, las acciones con derecho a voto del nuevo validador se asignan aleatoriamente a los fragmentos. Los nuevos validadores se unen a un fragmento y se distribuyen sus acciones con derecho a voto. El consenso de fragmentos requiere firmas en bloque con al menos 2f+1 acciones con derecho a voto.
Para garantizar la seguridad de un único fragmento, Harmony adopta un PoS de umbral adaptativo, que ajusta el precio de las acciones con derecho a voto a través de algoritmos de manera adaptativa, y asigna acciones con derecho a voto individuales a los fragmentos en lugar de una sola verificación.
Para evitar ataques de tokens comprometidos a gran escala, Harmony no fragmenta a través de validadores, sino a través de acciones de votación para evitar que una gran cantidad de validadores que poseen tokens capturen un solo fragmento. Se puede asignar un único validador a varios fragmentos si tiene acciones de voto asignadas a diferentes fragmentos. Se determina que el líder de un fragmento es el validador con la primera participación con derecho a voto en un determinado grupo.
Al mismo tiempo, las cuotas de voto son tan pequeñas que los atacantes malintencionados no pueden acumular poder en un solo fragmento. Después del cálculo, Harmony cree que una vez que haya más de 600 acciones con derecho a voto, se puede garantizar la alta seguridad de fragmentación.
Teniendo en cuenta los beneficios económicos, los validadores con más tokens apostados tienen más posibilidades de ser elegidos como líderes. En caso de comportamiento malicioso, los validadores que han apostado tokens temen que sus intereses se vean disminuidos, lo que garantiza la seguridad de la red.
Además de los mecanismos anteriores, Harmony también adopta un esquema de fragmentación reorganizado para mejorar su seguridad. Porque si los fragmentos permanecen estructurados, los atacantes maliciosos aún tienen la oportunidad de llevar a cabo sus ataques. Como la implementación de un ataque de ciclo estático, un ataque de adaptación lenta o un ataque de adaptación total, etc. Harmony utiliza un mecanismo de fragmentación basado en las reglas de Cuckoo para resolver estos problemas. Al final de un ciclo de validación en el que los validadores que retiran su participación son expulsados ​​de la red, los que mantienen su participación permanecen.
Sincronización de estado rápida
El primer bloque de una época contiene un enlace hash al primer bloque de la época anterior. Esto permite sincronizar rápidamente el estado de los nuevos nodos, donde pueden confiar en bloques grises para verificar rápidamente el estado actual.
Si necesita descargar todo el historial de la cadena de bloques para verificar las transacciones de fragmentos, entonces el tiempo es demasiado largo. Si ha sincronizado el historial de la cadena de bloques de Ethereum, sabrá que puede llevar varios días. Harmony solo tiene que descargar el estado actual dentro de una ventana de tiempo de ciclo.
En Harmony, los nuevos validadores que se unen a un fragmento primero descargan los intentos de estado actuales para ese fragmento. Los nuevos nodos descargan encabezados de bloque históricos y verifican los encabezados de bloque comprobando sus firmas. El estado del fragmento es válido siempre que haya rastros criptográficos desde el estado actual hasta el bloque de génesis, como punteros hash y firmas.
Al mismo tiempo, para reducir el costo y el tiempo del cálculo de verificación de firma, el primer bloque de cada ciclo de Harmony contiene un puntero hash adicional que apunta al primer bloque del ciclo anterior. De esta forma, un nuevo nodo puede omitir otros bloques en un ciclo al rastrear su puntero hash al bloque de génesis, acelerando así la verificación del estado actual de la cadena de bloques. Finalmente, para optimizar aún más el proceso de sincronización de estado, Harmony mantendrá el estado de la cadena de bloques lo más pequeño posible.

Enlaces relacionados:
https://www.qukuaiwang.com.cn/szhb/3285.html###