Cílem Harmony je vytvořit blockchain založený na fragmentech s plnou škálovatelností a zabezpečením. Prostudovala mnoho blockchainových řešení na trhu a navrhla svůj vlastní plán implementace inženýrství. Tady si Harmony zaslouží pozornost všech.
Toto je velmi vysoký cíl. Především má úplnou škálovatelnost.Sharding Harmony zahrnuje nejen potvrzování transakcí, síťovou komunikaci, ale také sharding stavu blockchainu. Za druhé, musíme zajistit bezpečnost fragmentace. Harmony's sharding je založen na procesu DRG (Distributed Random Generation), díky kterému je nepředvídatelné, spravedlivé, ověřitelné a škálovatelné. Kromě toho Harmony přijímá mechanismus PoS namísto mechanismu PoW pro výběr validátorů a má vlastní optimalizaci pro mechanismus konsenzu PBFT. PoS má určitou hranici, a to nejen proto, aby se zajistilo, že se malí stakeholdeři mohou zapojit do sítě a vydělávat příjem, ale také proto, aby zabránili zákeřným útočníkům získat kontrolu nad jediným úlomkem. Harmony implementuje šíření informací v rámci datového fragmentu a napříč sítí datových fragmentů pomocí algoritmu Adaptive Information Dispersal Algorithm. Harmony také používá směrování Kademlia k realizaci transakcí mezi fragmenty, které se logaritmicky škálují s rostoucím počtem fragmentů. Při shardingu musí být zachována také konzistence transakcí mezi shardy Harmony také podporuje transakce mezi shardy, podporuje přímou komunikaci mezi shardy a zajišťuje konzistenci transakcí mezi shardy prostřednictvím atomového zamykacího mechanismu.
Celkově se Harmony snaží poskytovat škálovatelný, bezpečný a decentralizovaný blockchain optimalizací vrstvy protokolu a síťové vrstvy, která může podporovat více běžných scénářů decentralizovaných aplikací, včetně her, decentralizovaných burz, internetu věcí atd. To je ambiciózní vize.

Vize projektu

V současné době se mnoho nových blockchainových projektů snaží zvýšit rychlost zpracování transakcí (propustnost), ale nová řešení jako dPoS v EOS a TRON, Rootchain v Quarkchainu atd. musí obětovat některé klíčové prvky, například decentralizace a zabezpečení může výrazně zlepšit výkon.
Přestože takový systém běží velmi rychle, lze jej považovat pouze za semi-centralizovaný systém, který ztrácí základní koncept blockchainu – decentralizace.
Jako řešení pro expanzi blockchainu může sharding výrazně zlepšit výkon sítě, aniž by došlo k ohrožení bezpečnosti a decentralizace.
Harmony řeší problém rozšiřování blockchainu zavedením stavového shardingu do blockchainu – protože každý uzel potřebuje k dokončení transakce spustit a uložit pouze část blockchainových dat, pracovní zátěž zpracování transakcí je sdílena To výrazně zlepšuje škálovatelnost samotného bloku.

Hlavní body projektu

Škálování je v současnosti jedním z nejvíce diskutovaných problémů v odvětví blockchainu. Kdo vyřeší tento problém jako první, stane se lídrem v oboru. Samozřejmě se zde vychází z toho, že za předpokladu zohlednění dvou atributů bezpečnosti a decentralizace, pokud je dosaženo průlomu obětováním těchto dvou klíčových atributů, jedná se pouze o průlom na nízké úrovni, nebo jde o posun směrem k jiná cesta vývoje.
Za předpokladu zohlednění bezpečnosti a decentralizace je sharding jednou z nejdůležitějších cest pro expanzi blockchainu. To je středem zájmu Harmonyho průzkumu. Přestože existují další shardingové blockchainové projekty, včetně Etherea 2.0, existují také cross-chain projekty. Pokud Harmony dokáže prozkoumat sharding, může být pevnější než jiné projekty. Pak má šanci získat náskok v soutěži.
Tým Harmony si samozřejmě zvolil obtížnou cestu, která vyžaduje hodně úsilí a má velmi silné konkurenty. Podle úvodu týmu Harmony do Blue Fox Notes projekt dokončil financování ve výši 18 milionů amerických dolarů a investoři mají prostředky ze Silicon Valley, Austrálie, Hong Kongu a Singapuru a odstartoval dobře.
Z bílé knihy Harmony je vidět, že tým má jasné technické myšlení a hluboce přemýšlel o problémech, kterým je třeba čelit při realizaci projektů shardingu.Tým je složen převážně z pracovníků výzkumu a vývoje, především ze zázemí společností Microsoft, Google a Apple.

Technický přehled

Škálovatelný mechanismus konsenzu FBFT
Harmony nepřijímá PoW, ale mechanismus PoS, uživatelé získávají práva a odměny za výrobu bloků sázením tokenů. Harmony zároveň využívá mechanismus FBPT v procesu výroby a ověřování bloků. Než vysvětlíme, co je FBFT, víme, že PBFT je praktická byzantská odolnost proti chybám. Protože PBFT má mechanismus, který ověřovatelé potřebují vysílat své hlasy jiným ověřovatelům, značně to zvyšuje komunikační složitost PBFT, což ztěžuje rozšíření blockchainu, pokud má systém stovky nebo tisíce uzlů.
Pro problém, že PBFT je obtížné rozšířit, byl FBFT optimalizován a FBFT může dosáhnout lineárního rozšíření z hlediska komunikační složitosti. Konkrétně, jak toho dosáhnout? V mechanismu FBFT má také roli vedoucího a ověřovatele a nevyžaduje, aby všichni ověřovatelé vysílali své hlasy. Vedoucí spouští proces podpisu s více podpisy, aby shromáždil hlasy ověřovatelů. Velikost tohoto vícenásobného podpisu je O(1) a poté odvysílejte hlasování. To znamená, že každý validátor potřebuje přijmout pouze jeden multisignaturu, což snižuje složitost komunikace z O(n^2) na O(n).
Mechanismus podpisu Schnorr může dosáhnout konstantní velikosti agregace více podpisů a vytvořit strom vícesměrového vysílání mezi ověřovateli, aby se usnadnilo doručování zpráv, ale vícenásobný podpis Schnorr vyžaduje tajná kola potvrzení, což povede k problému dvou zpátečních cest pro jeden multi-signature , FBFT používá k optimalizaci tohoto problému schéma více podpisů BLS (Boneh-Lynn-Shacham) a k dosažení tohoto problému je zapotřebí pouze jedna zpáteční cesta. Proto je FBFT o 50 % rychlejší než BFT využívající mechanismus podpisu Schonorr. A konečně, Harmony také používá kód fontány RaptorQ pro urychlení procesu blokového vysílání.
Jedna věc, kterou je třeba poznamenat, je, že všichni ověřovatelé konsenzu Harmony jsou vybíráni na základě mechanismu PoS. Validátoři s více hlasovacími podíly mají více hlasů než všichni ostatní, místo aby podepisovali jeden hlas najednou. To také znamená, že lídr nečeká podpis 2f+1 ověřovatelů, ale hlasovací podíly 2f+1 ověřovatelů.
Náhodný algoritmus integrující VRF a VDF
Pro blockchain je potřeba jej rychle rozšířit. Například výše zmíněný FBFT může dosáhnout rychlejšího potvrzení transakcí, ale bezpečnost je vždy nejdůležitější důležité z. V procesu ověřování bloků je udržování náhodnosti nejvyšší prioritou bezpečnosti.
Dobrý náhodný algoritmus musí být nepředvídatelný, ověřitelný, nediskriminační a zároveň škálovatelný. Některé protokoly mohou být nepředvídatelné, nediskriminační a ověřitelné, ale škálovatelnost je slabá, jako například protokol RandHound. Mají své výhody i nevýhody.
Harmony navrhuje algoritmus náhodného generování, který kombinuje technologie VRF a VDF. VRF je ověřitelná náhodná funkce a VDF je ověřitelná funkce zpoždění. Algorand používá kryptografickou klasifikaci založenou na VRF (Verifiable Random Function) k výběru konsensuální ověřovací skupiny; Ethereum 2.0 navrhuje VDF (Verifiable Delay Function), aby oddálila odhalení skutečného náhodného čísla a zabránila útoku posledního odhaleného.
Kvůli VDF nemůže vedoucí znát skutečné konečné náhodné číslo, dokud nebude pRnd odesláno do blockchainu. Protože se k výpočtu Rnd používá VDF, pRnd již bylo potvrzeno v předchozím bloku, takže s ním vedoucí nemůže manipulovat. Pokud vedoucí neodešle pRnd k zastavení protokolu, FBFT má mechanismus časového limitu pro přepnutí vedoucího a restartování protokolu. Složitost protokolu DRG přijatého Harmony je navíc O(n), což je minimálně o řád rychlejší než některé projekty.
Sharding na základě PoS
PoW i PoS musí zabránit útokům Sybil. Řetězec PoW využívá k prokázání identity výpočetní výkon, a tím získává právo na výrobu bloků. Harmony přijímá mechanismus PoS a PoS k tomu používá příslib vlastního tokenu validátoru. Abyste se stali validátorem Harmony, musíte nejprve vsadit určité žetony. Čím více tokenů vložíte, tím více akcií s hlasovacím právem můžete získat. Každá akcie s hlasovacím právem odpovídá jednomu hlasu pro konsensus BFT.
Sázkaři získají hlasovací podíly úměrné tokenům, které vsadí. Hlasovací podíly jsou náhodně přiřazeny ke střípkům. Zúčastněné strany, které se stanou validátory fragmentů, získají odpovídající hlasovací práva ve fragmentu.
V procesu konsensu a shardingu Harmony existuje koncept cyklů (epoch). Období jsou předem stanovené časové intervaly, během kterých je struktura útržku pevná a každý útržek nepřetržitě probíhá konsensus se stejnou sadou validátorů.
Na začátku každého cyklu bude protokolem DRG vygenerováno náhodné číslo a na základě tohoto náhodného čísla bude určena struktura fragmentace. Validátoři musí vsadit své tokeny v předchozím období, pokud chtějí ověřovat transakce během určitého období. Lhůta pro příslib sázky je před odesláním předobrazu pRnd náhodného čísla do blockchainu.
Na začátku každého nového ověřovacího cyklu jsou hlasovací podíly nového ověřovatele náhodně přiřazeny k úlomkům. Noví validátoři se připojí k datovému fragmentu a rozdělí se jejich hlasovací podíly. Dílčí konsenzus vyžaduje blokové podpisy s alespoň 2f+1 podíly s hlasem.
Aby byla zajištěna bezpečnost jednoho fragmentu, Harmony přijímá adaptivní prahovou hodnotu PoS, která upravuje cenu akcií s hlasovacím právem pomocí algoritmů adaptivním způsobem a přiřazuje jednotlivé akcie s hlasovacími právy k fragmentům namísto jediného ověření By.
Aby se zabránilo rozsáhlým útokům na přislíbené tokeny, Harmony neprovádí střípky prostřednictvím ověřovatelů, ale úlomky prostřednictvím podílů na hlasování, aby zabránila velkému počtu ověřovatelů, kteří drží mince, obsadit jediný úlomek. Jeden validátor může být přiřazen k více fragmentům, pokud má akcie s hlasováním přiřazené k různým fragmentům. Vedoucí úlomku je určen jako validátor s prvním hlasovacím podílem v určité skupině.
Zároveň jsou hlasovací podíly tak malé, že zlomyslní útočníci nemohou shromáždit moc v jediném úlomku. Po výpočtu se Harmony domnívá, že při více než 600 hlasovacích akciích lze zaručit vysokou bezpečnost shardingu.
S ohledem na ekonomické výhody mají validátoři s více vsazenými tokeny více šancí být zvoleni vedoucími. V případě škodlivého chování se validátoři, kteří vsadili tokeny, obávají, že budou omezeny jejich zájmy, čímž bude zajištěna bezpečnost sítě.
Kromě výše uvedených mechanismů přijímá Harmony také přeuspořádané schéma sdílení, aby zlepšilo svou bezpečnost. Protože pokud úlomky zůstanou strukturované, zlovolní útočníci mají stále možnost své útoky provést. Jako je implementace statického cyklu útoku, pomalého adaptačního útoku nebo plného adaptačního útoku a tak dále. Harmony používá k řešení těchto problémů mechanismus resharding založený na pravidlech Kukačky. Na konci ověřovacího cyklu, ve kterém jsou validátoři, kteří stáhli svůj podíl, vyloučeni ze sítě, ti, kteří si svůj podíl ponechávají, zůstávají.
Rychlá stavová synchronizace
První blok epochy obsahuje hash odkaz na první blok předchozí epochy. To umožňuje rychlou synchronizaci stavu nových uzlů, kde se mohou spolehnout na šedé bloky pro rychlé ověření aktuálního stavu.
Pokud potřebujete stáhnout celou historii blockchainu k ověření transakcí shard, pak je čas příliš dlouhý. Pokud jste synchronizovali historii blockchainu Ethereum, budete vědět, že to může trvat několik dní. Harmony musí pouze stáhnout aktuální stav v rámci časového okna cyklu.
V Harmony si noví validátoři, kteří se připojují k fragmentu, nejprve stáhnou aktuální stav, který se pro daný fragment pokouší. Nové uzly stahují hlavičky historických bloků a ověřují hlavičky bloků kontrolou jejich podpisů. Stav fragmentu je platný, pokud existují kryptografické stopy od aktuálního stavu zpět do bloku geneze, jako jsou hash ukazatele a podpisy.
Zároveň, aby se snížily náklady a časové náklady na výpočet ověření podpisu, obsahuje první blok každého cyklu Harmony další hash ukazatel ukazující na první blok předchozího cyklu. Tímto způsobem může nový uzel přeskočit další bloky v cyklu při sledování svého hash ukazatele na blok genesis, čímž urychlí ověření aktuálního stavu blockchainu. A konečně, pro další optimalizaci procesu synchronizace stavu bude Harmony udržovat samotný stav blockchainu co nejmenší.

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