Целью Harmony является создание блокчейна на основе сегментов с полной масштабируемостью и безопасностью. Компания изучила множество блокчейн-решений на рынке и предложила собственный план инженерной реализации. Именно здесь Гармония заслуживает всеобщего внимания.
Это очень высокая цель. Прежде всего, она имеет полную масштабируемость. Шардинг Harmony включает в себя не только подтверждение транзакций, сетевое взаимодействие, но и сегментирование состояния блокчейна. Во-вторых, мы должны обеспечить безопасность фрагментации. Разделение Harmony основано на процессе DRG (распределенной случайной генерации), что делает его непредсказуемым, справедливым, поддающимся проверке и масштабируемым. Кроме того, Harmony использует механизм PoS вместо механизма PoW для выбора валидаторов и имеет собственную оптимизацию для механизма консенсуса PBFT. PoS имеет определенный порог не только для того, чтобы мелкие игроки могли участвовать в сети и получать доход, но и для того, чтобы злоумышленники не могли получить контроль над одним сегментом. Harmony реализует распространение информации внутри сегмента и по сети сегментов с помощью алгоритма адаптивного распространения информации. Harmony также использует маршрутизацию Kademlia для реализации транзакций между сегментами, которые масштабируются логарифмически по мере увеличения количества сегментов. При сегментировании также необходимо поддерживать согласованность транзакций между сегментами Harmony также поддерживает транзакции между сегментами, поддерживает прямую связь между сегментами и обеспечивает согласованность транзакций между сегментами с помощью атомарного механизма блокировки.
В целом, Harmony пытается обеспечить масштабируемую, безопасную и децентрализованную цепочку блоков, оптимизируя уровень протокола и сетевой уровень, который может поддерживать более распространенные сценарии децентрализованных приложений, включая игры, децентрализованные биржи, IoT и т. д. Это амбициозное видение.

Видение проекта

В настоящее время многие новые блокчейн-проекты пытаются увеличить скорость обработки транзакций (пропускную способность), но новые решения, такие как dPoS в EOS и TRON, Rootchain в Quarkchain и т. д., должны пожертвовать некоторыми ключевыми элементами, например децентрализацией. и безопасность могут значительно повысить производительность.
Хотя такая система работает очень быстро, ее можно рассматривать только как полуцентрализованную систему, которая теряет основную концепцию блокчейна - децентрализацию.
В качестве решения для расширения блокчейна сегментирование может значительно повысить производительность сети без ущерба для безопасности и децентрализации.
Harmony решает проблему расширения блокчейна, вводя сегментирование состояния в блокчейн. Поскольку для завершения транзакции каждому узлу нужно запустить и сохранить только часть данных блокчейна, рабочая нагрузка по обработке транзакций распределяется между ними. Это значительно улучшает масштабируемость самого блока.

Основные моменты проекта

Масштабирование — одна из самых обсуждаемых проблем в индустрии блокчейнов. Кто первым решит эту проблему, тот и станет лидером отрасли. Конечно, посылка здесь заключается в том, что при учете двух атрибутов безопасности и децентрализации, если прорыв достигается за счет принесения в жертву этих двух ключевых атрибутов, это только прорыв низкого уровня, или он движется к разный путь развития.
Принимая во внимание безопасность и децентрализацию, сегментирование является одним из наиболее важных путей расширения блокчейна. Harmony занимается исследованием этого вопроса. Хотя существуют и другие проекты сегментирования блокчейна, в том числе Ethereum 2.0, существуют и кроссчейн-проекты. Если Harmony сможет исследовать сегментирование, он может быть более надежным, чем другие проекты. Тогда у него есть шанс получить фора на соревнованиях.
Конечно, команда Harmony выбрала трудный путь, который требует больших усилий и имеет очень сильных конкурентов. Согласно представлению команды Harmony о Blue Fox Notes, проект получил финансирование в размере 18 миллионов долларов США, и инвесторы получили средства из Силиконовой долины, Австралии, Гонконга и Сингапура, и это дало хороший старт.
Из официального документа Harmony видно, что команда имеет четкое техническое мышление и глубоко продумала проблемы, с которыми придется столкнуться при реализации проектов шардинга.Команда в основном состоит из сотрудников отдела исследований и разработок, в основном из Microsoft, Google и Apple.

Технический обзор

Масштабируемый механизм консенсуса FBFT
Harmony использует не PoW, а механизм PoS, пользователи получают права и вознаграждения за создание блоков путем размещения токенов. В то же время Harmony использует механизм FBPT в процессе производства и проверки блоков. Прежде чем объяснять, что такое FBFT, мы знаем, что PBFT — это практическая византийская отказоустойчивость. Поскольку PBFT имеет механизм, который необходим верификаторам для передачи своих голосов другим верификаторам, это значительно увеличивает сложность связи PBFT, затрудняя расширение блокчейна, если в системе сотни или тысячи узлов.
Для проблемы, связанной с трудностью расширения PBFT, FBFT был оптимизирован, и FBFT может обеспечить линейное расширение с точки зрения сложности связи. Конкретно, как этого добиться? В механизме FBFT он также имеет роли лидера и верификатора и не требует, чтобы все верификаторы транслировали свои голоса.Лидер запускает процесс подписи с мультиподписью для сбора голосов верификаторов.Размер этой мультиподписи равно O(1), а затем транслировать голосование. Это означает, что каждому валидатору нужно получить только одну мультиподпись, что снижает сложность связи с O(n^2) до O(n).
Механизм подписи Шнорра может обеспечивать агрегацию нескольких подписей постоянного размера и формировать дерево многоадресной рассылки среди верификаторов для облегчения доставки сообщений, но мультиподпись Шнорра требует секретных раундов подтверждения, что приведет к проблеме двух круговых поездок для одного multi-signature , FBFT использует схему мультиподписи BLS (Boneh-Lynn-Shacham) для оптимизации этой проблемы, и для ее достижения требуется только одно обращение туда и обратно.Поэтому FBFT на 50% быстрее, чем BFT, использующий механизм подписи Шонорра. Наконец, Harmony также использует код фонтана RaptorQ для ускорения процесса блочного вещания.
Следует отметить, что все верификаторы консенсуса Harmony выбираются на основе механизма PoS. Валидаторы с большим количеством голосующих акций имеют больше голосов, чем все остальные, вместо того, чтобы подписывать по одному голосу за раз. Это также означает, что лидер ждет не подписи 2f+1 верификаторов, а голосующих акций 2f+1 верификаторов.
Случайный алгоритм, объединяющий VRF и VDF
Для блокчейна его необходимо быстро расширять.Например, вышеупомянутый FBFT может обеспечить более быстрое подтверждение транзакции, но безопасность всегда важнее всего. важно из. В процессе проверки блоков сохранение случайности является главным приоритетом безопасности.
Хороший случайный алгоритм должен быть непредсказуемым, поддающимся проверке, недискриминационным и в то же время масштабируемым. Некоторые протоколы могут быть непредсказуемыми, недискриминационными и поддающимися проверке, но масштабируемость слабая, например, протокол RandHound. У них есть свои преимущества и недостатки.
Harmony предлагает алгоритм случайной генерации, сочетающий технологии VRF и VDF. VRF — это проверяемая случайная функция, а VDF — проверяемая функция задержки. Algorand использует криптографическую классификацию, основанную на VRF (проверяемая случайная функция), для выбора группы проверки консенсуса; Ethereum 2.0 предлагает VDF (проверяемая функция задержки), чтобы задержать раскрытие фактического случайного числа и предотвратить атаку последнего раскрывателя.
Из-за VDF лидер не может знать фактическое окончательное случайное число, пока pRnd не будет отправлен в блокчейн. Поскольку для вычисления Rnd используется VDF, pRnd уже зафиксирован в предыдущем блоке, поэтому лидер не может им манипулировать. Если лидер не отправляет pRnd для остановки протокола, FBFT имеет механизм тайм-аута для переключения лидера и перезапуска протокола. Кроме того, сложность протокола DRG, принятого Harmony, составляет O(n), что как минимум на порядок быстрее, чем в некоторых проектах.
Разделение на основе PoS
Как PoW, так и PoS должны предотвращать атаки Sybil. Цепочка PoW использует вычислительную мощность для подтверждения своей личности и, таким образом, получает право производить блоки. Harmony принимает механизм PoS, и PoS использует залог токена капитала валидатора, чтобы доказать это. Чтобы стать валидатором Harmony, вы должны сначала поставить определенные токены. Чем больше токенов поставлено, тем больше голосов валидатора вы можете получить. Каждая голосующая акция соответствует одному голосу для консенсуса BFT.
Участники стейкинга получают доли с правом голоса, пропорциональные количеству токенов, которыми они торгуют. Голосующие акции распределяются по осколкам случайным образом. Заинтересованные стороны, которые становятся валидаторами сегмента, получают соответствующие права голоса в сегменте.
В процессе согласования и сегментирования Harmony существует концепция циклов (эпох). Периоды — это заранее определенные интервалы времени, в течение которых структура сегмента фиксируется, и каждый сегмент постоянно работает на основе консенсуса с одним и тем же набором валидаторов.
В начале каждого цикла протоколом DRG будет генерироваться случайное число, и структура фрагментации будет определяться на основе случайного числа. Валидаторы должны размещать свои токены в предыдущем периоде, если они хотят проверять транзакции в течение определенного периода. Крайний срок для залога ставки наступает до того, как прообраз случайного числа pRnd будет отправлен в блокчейн.
В начале каждого нового цикла проверки голосующие доли нового валидатора случайным образом распределяются между осколками. Новые валидаторы присоединяются к сегменту, и их голосующие доли распределяются. Консенсус по осколкам требует подписи блоков как минимум с 2f+1 голосующими акциями.
Чтобы обеспечить безопасность одного сегмента, Harmony использует адаптивный порог PoS, который корректирует цену акций с правом голоса с помощью алгоритмов адаптивным образом и присваивает сегментам отдельные акции с правом голоса вместо единой проверки.
Чтобы предотвратить крупномасштабные атаки на заложенные токены, Harmony не использует сегменты через верификаторы, а сегментирует их с помощью акций с правом голоса, чтобы не допустить, чтобы большое количество верификаторов, владеющих монетами, заняли один сегмент. Один валидатор может быть назначен нескольким сегментам, если у него есть голосующие доли, назначенные разным сегментам. Лидером шарда определяется валидатор с первой голосующей долей в определенной группе.
В то же время доли голосов настолько малы, что злоумышленники не могут собрать всю мощь в одном сегменте. После расчета Harmony считает, что при наличии более 600 голосующих акций высокая безопасность шардинга может быть гарантирована.
С точки зрения экономической выгоды валидаторы с большим количеством токенов имеют больше шансов быть избранными лидерами. В случае злонамеренного поведения валидаторы, разместившие токены, опасаются, что их интересы будут уменьшены, тем самым обеспечивая безопасность сети.
В дополнение к вышеупомянутым механизмам Harmony также использует перетасовку схемы сегментирования для повышения безопасности. Потому что, если осколки остаются структурированными, у злоумышленников все еще есть возможность проводить свои атаки. Например, реализация атаки статического цикла, атака медленной адаптации или атака полной адаптации и так далее. Для решения этих проблем Harmony использует механизм решардинга, основанный на правилах Cuckoo. В конце цикла валидации, когда валидаторы, выводящие свою ставку, удаляются из сети, а те, кто сохраняет свою ставку, остаются.
Быстрая синхронизация состояний
Первый блок эпохи содержит хэш-ссылку на первый блок предыдущей эпохи. Это позволяет быстро синхронизировать состояние новых узлов, где они могут полагаться на серые блоки для быстрой проверки текущего состояния.
Если вам нужно загрузить всю историю блокчейна для проверки транзакций сегментов, то время слишком велико.Если вы синхронизировали историю блокчейна Ethereum, вы знаете, что это может занять несколько дней. Harmony нужно только загрузить текущее состояние в пределах временного окна цикла.
В Harmony новые валидаторы, присоединяющиеся к сегменту, сначала загружают попытки текущего состояния для этого сегмента. Новые узлы загружают исторические заголовки блоков и проверяют заголовки блоков, проверяя их подписи. Состояние сегмента допустимо до тех пор, пока существуют криптографические следы от текущего состояния до исходного блока, такие как хэш-указатели и подписи.
При этом, с целью снижения стоимости и временных затрат на расчет проверки подписи, первый блок каждого цикла Harmony содержит дополнительный хэш-указатель, указывающий на первый блок предыдущего цикла. Таким образом, новый узел может пропускать другие блоки в цикле при отслеживании своего указателя хэша на исходный блок, тем самым ускоряя проверку текущего состояния блокчейна. Наконец, для дальнейшей оптимизации процесса синхронизации состояния Harmony будет поддерживать как можно меньшее состояние блокчейна.

Ссылки по теме:
https://www.qukuaiwang.com.cn/szhb/3285.html###