Cieľom Harmony je vytvoriť blockchain založený na zlomkoch s plnou škálovateľnosťou a bezpečnosťou. Preštudovala mnohé blockchainové riešenia na trhu a navrhla vlastný plán implementácie inžinierstva. Tu si Harmony zaslúži pozornosť všetkých.
Toto je veľmi vysoký cieľ. V prvom rade má úplnú škálovateľnosť Harmony's sharding zahŕňa nielen potvrdenie transakcie, sieťovú komunikáciu, ale aj sharding stavu blockchainu. Po druhé, musíme zaistiť bezpečnosť fragmentácie. Harmony's sharding je založený na procese DRG (Distributed Random Generation), vďaka čomu je nepredvídateľný, spravodlivý, overiteľný a škálovateľný. Okrem toho Harmony používa mechanizmus PoS namiesto mechanizmu PoW na výber validátorov a má vlastnú optimalizáciu pre mechanizmus konsenzu PBFT. PoS má určitú hranicu, a to nielen na zabezpečenie toho, aby sa malí stávkujúci mohli zapojiť do siete a zarábať príjmy, ale aj na zabránenie zákerným útočníkom získať kontrolu nad jedným zlomkom. Harmony implementuje šírenie informácií v rámci fragmentu a naprieč sieťou fragmentov pomocou algoritmu Adaptive Information Dispersal Algorithm. Harmony tiež používa smerovanie Kademlia na realizáciu transakcií krížových fragmentov, ktoré sa logaritmicky škálujú so zvyšujúcim sa počtom fragmentov. Pri shardingu musí byť zachovaná aj konzistencia cross-shard transakcií Harmony podporuje aj cross-shard transakcie, podporuje priamu komunikáciu medzi shardmi a zabezpečuje konzistenciu cross-shard transakcií prostredníctvom atómového uzamykacieho mechanizmu.
Celkovo sa Harmony snaží poskytnúť škálovateľný, bezpečný a decentralizovaný blockchain optimalizáciou protokolovej vrstvy a sieťovej vrstvy, ktorá môže podporovať bežné scenáre decentralizovaných aplikácií vrátane hier, decentralizovaných búrz, internetu vecí atď. Toto je ambiciózna vízia.

Vízia projektu

V súčasnosti sa mnoho nových blockchainových projektov snaží zvýšiť rýchlosť spracovania transakcií (priepustnosť), ale nové riešenia ako dPoS v EOS a TRON, Rootchain v Quarkchaine atď. musia obetovať niektoré kľúčové prvky, napríklad decentralizáciu a bezpečnosť môže výrazne zlepšiť výkon.
Hoci takýto systém beží veľmi rýchlo, možno ho považovať len za polocentralizovaný systém, ktorý stráca základný koncept blockchainu – decentralizáciu.
Ako riešenie pre rozšírenie blockchainu môže sharding výrazne zlepšiť výkon siete bez ohrozenia bezpečnosti a decentralizácie.
Harmony rieši problém expanzie blockchainu zavedením stavového shardingu do blockchainu – keďže každý uzol potrebuje na dokončenie transakcie spustiť a uložiť iba časť údajov blockchainu, pracovné zaťaženie spracovania transakcií je zdieľané. škálovateľnosť samotného bloku.

Hlavné body projektu

Škálovanie je momentálne jedným z najdiskutovanejších problémov v blockchainovom priemysle. Kto prvý vyrieši tento problém, stane sa lídrom v tomto odvetví. Samozrejme, vychádza sa tu z toho, že za predpokladu zohľadnenia dvoch atribútov bezpečnosti a decentralizácie, ak sa prelom dosiahne obetovaním týchto dvoch kľúčových atribútov, ide len o prielom na nízkej úrovni, alebo ide o posun smerom k iná cesta vývoja.
Podľa predpokladu zohľadňovania bezpečnosti a decentralizácie je sharding jednou z najdôležitejších ciest expanzie blockchainu. Toto je stredobodom skúmania Harmony. Hoci existujú aj iné shardingové blockchainové projekty vrátane Etherea 2.0, existujú aj cross-chain projekty. Ak Harmony dokáže preskúmať sharding, môže byť pevnejší ako iné projekty. Potom má šancu získať náskok v súťaži.
Harmony tím si samozrejme vybral náročnú cestu, ktorá si vyžaduje veľa úsilia a má veľmi silných konkurentov. Podľa úvodu tímu Harmony do Blue Fox Notes projekt dokončil financovanie vo výške 18 miliónov amerických dolárov a investori majú finančné prostriedky zo Silicon Valley, Austrálie, Hong Kongu a Singapuru a začal dobre.
Z bielej knihy Harmony je vidieť, že tím má jasné technické myslenie a hlboko premýšľal o problémoch, ktorým je potrebné čeliť pri realizácii projektov shardingu.Tím je zložený najmä z pracovníkov výskumu a vývoja, najmä zo zázemia spoločností Microsoft, Google a Apple.

Technický prehľad

Škálovateľný mechanizmus konsenzu FBFT
Harmony neprijíma PoW, ale mechanizmus PoS, používatelia získavajú práva a odmeny za produkciu blokov vkladaním tokenov. Harmony zároveň využíva mechanizmus FBPT v procese výroby a overovania blokov. Predtým, ako vysvetlíme, čo je FBFT, vieme, že PBFT je praktická byzantská odolnosť voči chybám. Keďže PBFT má mechanizmus, ktorý overovatelia potrebujú vysielať svoje hlasy iným overovateľom, značne to zvyšuje komunikačnú zložitosť PBFT, čo sťažuje rozšírenie blockchainu, ak má systém stovky alebo tisíce uzlov.
Pre problém, že PBFT je ťažké rozšíriť, bol FBFT optimalizovaný a FBFT môže dosiahnuť lineárne rozšírenie z hľadiska zložitosti komunikácie. Konkrétne, ako to dosiahnuť? V mechanizme FBFT má tiež úlohu vedúceho a overovateľa a nevyžaduje, aby všetci overovatelia vysielali svoje hlasy. Vedúci spúšťa proces podpisu s viacerými podpismi, aby zhromaždil hlasy overovateľov. Veľkosť tohto viacnásobného podpisu je O(1) a potom odvysielajte hlasovanie. To znamená, že každý validátor potrebuje prijať iba jeden viacnásobný podpis, čím sa zložitosť komunikácie znižuje z O(n^2) na O(n).
Mechanizmus podpisu Schnorr môže dosiahnuť agregáciu viacerých podpisov konštantnej veľkosti a vytvoriť strom multicast medzi overovateľmi, aby sa uľahčilo doručovanie správ, ale viacnásobný podpis Schnorr vyžaduje tajné kolá záväzku, čo povedie k problému dvoch spiatočných ciest pre jeden multi-signature , FBFT používa na optimalizáciu tohto problému schému viacerých podpisov BLS (Boneh-Lynn-Shacham) a na jeho dosiahnutie je potrebná iba jedna spiatočná cesta. Preto je FBFT o 50 % rýchlejší ako BFT pomocou mechanizmu podpisov Schonorr. Napokon, Harmony využíva aj kód fontány RaptorQ na urýchlenie procesu blokového vysielania.
Jedna vec, ktorú treba poznamenať, je, že všetky overovače konsenzu Harmony sú vybrané na základe mechanizmu PoS. Validátori s väčším počtom hlasovacích podielov majú viac hlasov ako všetci ostatní, namiesto toho, aby podpisovali jeden hlas naraz. To tiež znamená, že líder nečaká podpis overovateľov 2f+1, ale podiely na hlasovaní overovateľov 2f+1.
Náhodný algoritmus integrujúci VRF a VDF
Pre blockchain je potrebné ho rýchlo rozšíriť. Napríklad vyššie spomínaný FBFT môže dosiahnuť rýchlejšie potvrdenie transakcie, ale bezpečnosť je vždy najdôležitejšia dôležité z. V procese overovania blokov je udržiavanie náhodnosti najvyššou prioritou bezpečnosti.
Dobrý náhodný algoritmus musí byť nepredvídateľný, overiteľný, nediskriminačný a zároveň škálovateľný. Niektoré protokoly môžu byť nepredvídateľné, nediskriminačné a overiteľné, ale škálovateľnosť je slabá, ako napríklad protokol RandHound. Majú svoje výhody a nevýhody.
Harmony navrhuje algoritmus náhodného generovania, ktorý kombinuje technológie VRF a VDF. VRF je overiteľná náhodná funkcia a VDF je overiteľná funkcia oneskorenia. Algorand používa kryptografickú klasifikáciu založenú na VRF (Verifiable Random Function) na výber konsenzuálnej overovacej skupiny; Ethereum 2.0 navrhuje VDF (Verifiable Delay Function) na oddialenie odhalenia skutočného náhodného čísla a zabránenie útoku posledného odhaleného.
Kvôli VDF nemôže líder poznať skutočné konečné náhodné číslo, kým sa pRnd neodošle do blockchainu. Keďže VDF sa používa na výpočet Rnd, pRnd už bol potvrdený v predchádzajúcom bloku, takže vedúci s ním nemôže manipulovať. Ak vedúci nepošle pRnd na zastavenie protokolu, FBFT má mechanizmus časového limitu na prepnutie vedúceho a reštartovanie protokolu. Okrem toho zložitosť protokolu DRG, ktorý prijala spoločnosť Harmony, je O(n), čo je minimálne o rádovo rýchlejšie ako niektoré projekty.
Sharding na základe PoS
PoW aj PoS musia zabrániť útokom Sybil. Reťazec PoW využíva výpočtový výkon na preukázanie svojej identity, a tak získava právo na výrobu blokov. Harmony si osvojí mechanizmus PoS a PoS na to použije prísľub vlastného tokenu validátora. Ak sa chcete stať overovateľom Harmónie, musíte najprv vsadiť určité žetóny. Čím viac žetónov vložíte, tým viac akcií s hlasovaním overovateľov môžete získať. Každá akcia s hlasovaním zodpovedá jednému hlasu pre konsenzus BFT.
Stávkujúci stávkujúci získajú hlasovacie podiely úmerné žetónom, ktoré vkladajú. Hlasovacie podiely sú náhodne priradené k zlomkom. Zainteresované strany, ktoré sa stanú validátormi fragmentov, získajú zodpovedajúce hlasovacie práva v fragmente.
V procese konsenzu a shardingu Harmony existuje koncept cyklov (epoch). Periódy sú vopred určené časové intervaly, počas ktorých je štruktúra úlomkov fixovaná a na každom úlomku nepretržite prebieha konsenzus s rovnakou sadou validátorov.
Na začiatku každého cyklu sa protokolom DRG vygeneruje náhodné číslo a na základe náhodného čísla sa určí štruktúra fragmentácie. Validátori musia vložiť svoje tokeny v predchádzajúcom období, ak chcú overiť transakcie počas určitého obdobia. Lehota na prisľúbenie vkladu je pred odoslaním predobrazu pRnd náhodného čísla do blockchainu.
Na začiatku každého nového validačného cyklu sú hlasovacie podiely nového validátora náhodne priradené k zlomkom. Noví validátori sa pripoja k zlomku a ich hlasovacie podiely sa rozdelia. Čistý konsenzus vyžaduje blokové podpisy s najmenej 2f+1 podielmi s hlasmi.
Na zaistenie bezpečnosti jedného fragmentu prijíma Harmony adaptívny prah PoS, ktorý upravuje cenu akcií s hlasovacím právom prostredníctvom algoritmov adaptívnym spôsobom a priraďuje jednotlivé hlasovacie akcie k fragmentom namiesto jediného overenia By.
Aby sa predišlo rozsiahlym útokom na prisľúbené tokeny, Harmony neroztrieštia cez overovače, ale oddelia cez hlasovacie podiely, aby zabránila veľkému počtu overovateľov, ktorí držia mince, obsadiť jeden zlomok. Jeden validátor môže byť priradený k viacerým zlomkom, ak má hlasovacie podiely priradené k rôznym zlomkom. Vodca úlomku je určený ako validátor s prvým hlasovacím podielom v určitej skupine.
Podiely na hlasovaní sú zároveň také malé, že zlomyseľní útočníci nedokážu zhromaždiť silu v jednom zlomku. Po prepočte sa Harmony domnieva, že pri viac ako 600 hlasovacích podieloch je možné zaručiť vysokú bezpečnosť shardingu.
Vzhľadom na ekonomické výhody majú overovatelia s väčším počtom vsadených tokenov viac šancí byť zvolení za lídrov. V prípade škodlivého správania sa validátori, ktorí vsadili tokeny, obávajú, že ich záujmy budú oslabené, čím sa zabezpečí bezpečnosť siete.
Okrem vyššie uvedených mechanizmov prijíma Harmony aj preskupenú schému shardingu, aby zlepšila svoju bezpečnosť. Pretože ak črepy zostanú štruktúrované, zlomyseľní útočníci majú stále možnosť vykonať svoje útoky. Ako napríklad implementácia statického cyklu útoku, pomalého adaptačného útoku alebo úplného adaptačného útoku atď. Harmony na vyriešenie týchto problémov používa mechanizmus resharding založený na pravidlách Kukučky. Na konci validačného cyklu, v ktorom sú validátori, ktorí stiahnu svoj vklad, vylúčení zo siete, tí, ktorí si svoj podiel ponechajú, zostávajú.
Rýchla synchronizácia stavu
Prvý blok epochy obsahuje hash prepojenie na prvý blok predchádzajúcej epochy. To umožňuje rýchlu synchronizáciu stavu nových uzlov, kde sa môžu spoľahnúť na sivé bloky na rýchle overenie aktuálneho stavu.
Ak potrebujete stiahnuť celú históriu blockchainu na overenie transakcií fragmentov, potom je čas príliš dlhý. Ak ste synchronizovali históriu blockchainu Ethereum, budete vedieť, že to môže trvať niekoľko dní. Harmony musí iba stiahnuť aktuálny stav v rámci časového okna cyklu.
V Harmony si noví validátori, ktorí sa pripájajú k fragmentu, najprv stiahnu aktuálny stav, ktorý sa pokúša pre daný fragment. Nové uzly sťahujú historické hlavičky blokov a overujú hlavičky blokov kontrolou ich podpisov. Stav zlomku je platný, pokiaľ existujú kryptografické stopy od aktuálneho stavu späť do bloku genézy, ako sú hash pointery a podpisy.
Zároveň, aby sa znížili náklady a časové náklady na výpočet overenia podpisu, prvý blok každého cyklu Harmony obsahuje dodatočný hash ukazovateľ ukazujúci na prvý blok predchádzajúceho cyklu. Týmto spôsobom môže nový uzol preskočiť ďalšie bloky v cykle pri sledovaní svojho hash ukazovateľa na blok genézy, čím sa urýchli overenie aktuálneho stavu blockchainu. Nakoniec, aby sa ďalej optimalizoval proces synchronizácie stavu, Harmony bude udržiavať samotný stav blockchainu čo najmenší.

Súvisiace odkazy:
https://www.qukuaiwang.com.cn/szhb/3285.html###