Harmony区块链的分片扩展之路

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区块链的性能间题直接影响到它走向主流人群的步伐。比特币tps大概为 7 个左右,这让它目前真难达成当初的点对点支付系统的目标。以太坊tps大概为 15 个左右,也无法成为运行DApp的“世界计算机”。这愿因比特币和以太坊都真难 走向性能要求没真难 高的价值存储和去中心化金融方向。

而且 区块链要达成去中心化网络的目标,构建1个去中介化的应用生态,也什么都我实现web3. 0 的愿景,其中1个无法逃避的最重要的间题是在兼顾其安全和去中心化的情况汇报下,达到一定规模的性能,都都都里能 实现核心行为链上运行。

Harmony的坚守与改进

为了实现区块链性能上的突破,各种不同项目绞尽脑汁,从各个层面和维度进行改进。从共识机制、分片、layer2、子链、跨链等淬硬层 进行扩展。共识机制从PoW转为PoS,有的项目,甚至为了实现更高的性能,选用帕累托图牺牲去中心化的程度,比如DPoS机制;都不 很多同的数据底部形态上着手,类似DAG、Holochain等。总之,什么都我各显神通,从大的视野看,那此实践,对于区块链发展都不 前行的探索,能给整个行业带来实践启示和而且 进展。

目前看,为了兼顾安全和去中心化,分片是其中最重要的突破方向之一。分片就像高速公路的收费站,什么都我 只1个收费通道,都得排队,吞吐量小。而且 开放了更多的收费通道,其处置能力也会随之线性增长。分片对于公链的性能提升是显而易见的。

当然分片也是技术要求很高的处置方案,这里有有些难点还要处置。比如分片安全、跨分片交易、网络通信等。有些项目在分片过程中而且 其依赖PoW作为随机生成的机制容易受到单分片接管攻击,有的分片项目不划分区块链数据存储,而且 会影响帕累托图机器参与网络,影响去中心化的程度。

真难 ,Harmony为什么在么在看待你这些 间题?它咋样来处置区块链的性能间题?

Harmony的目标是打造1个基于分片的区块链,具备完全扩展性、安全性。它研究了市面上什么都有的区块链处置方案,提出了有些人的工程落地方案。这也是Harmony值得大伙儿关注的地方。

你这些 是很高的目标,首先具备完全的可扩展性,Harmony的分片不仅包括交易确认、网络通信,也包括区块链情况汇报的分片。其帕累托图保证分片的安全性。Harmony的分片基于DRG(分布式随机生成)过程,这让它具不是法被预测、公平、可验证和可扩展的底部形态。此外,Harmony采用了PoS机制,而都不 PoW机制来选用验证者,它对PBFT共识机制有有些人的优化。PoS有一定的门槛,既要保证小的权益质押者都都都里能 参与网络和赚取收益,也要处置恶意攻击者在单个分片获得掌控权。Harmony通过采用自适应信息扩散算法(Adaptive Information Dispersal Algorithm)实现分片内和跨分片网络的信息传播。Harmony还采用Kademlia路由实现跨分片交易随着分片数量增加呈对数级扩展。有了分片,还还要保持跨分片交易的一致性,Harmony也支持跨分片交易,支持分片之间的直接通信,通过原子锁定机制确保跨分片交易的一致性。

总言之,Harmony通过对协议层和网络层的优化,试图提供1个可扩展的,同去也是安全和去中心化的区块链,都都都里能 支持更多主流的去中心化应用场景,包括游戏、去中心化交易所、IoT等。这是1个目标远大的愿景。

具体来说,Harmony在那此特色值得关注?Harmony从安全和可扩展性上都不 那此落地的考量?

可扩展的FBFT共识机制

Harmony真难 采用PoW,什么都我采用PoS机制,用户通过质押代币获得生产区块的权利及奖励。同去,Harmony在区块的生产和验证过程中,采用FBPT的机制。在说明那此是FBFT完后 ,大伙儿知道PBFT是实用拜占庭容错。而且 PBFT1个验证者还要把其投票广播给有些验证人的机制,这使得PBFT在通信繁复度上极大增加,愿因系统而且 节点达到几百上千个时,区块链真难扩展。

针对PBFT难以扩展的间题,FBFT进行了优化,FBFT在通信繁复度方面还要实现线性扩展。具体来说,为什么在么在实现?FBFT机制中,它都不 领导者和验证者的角色,很多要求所有验证者广播大伙儿的投票,领导者运行1个多重签名的签名过程来下发验证者的投票,你这些 多签的大小是O(1),而且 广播投票。这愿因每个验证者只需接收1个多重签名,将通信的繁复度从O(n^2)减少到O(n)。

Schnorr签名机制还要实现恒定大小的多重签名聚合,并在验证者之间形成多播树以方便消息传递,而且 schnorr多重签名要求秘密承诺轮次,会愿因单个多重签名两次往返的间题,FBFT则采用了BLS(Boneh-Lynn- Shacham)多签方案来优化你这些 间题,实现也不求一次往返,由此,FBFT比普通采用Schonorr签名机制的BFT要快30%。最后,Harmony还采用RaptorQ喷泉码来加速区块广播过程。

Harmony的FBFT运行图

还要注意的有些是,所有Harmony的共识验证者都不 基于PoS机制选出来的。有更多投票份额的验证者比有些人有更多的选票,而都不 一次签名一票。这也愿因者,领导者等待时间的都不 2f+ 1 的验证者签名,什么都我2f+ 1 的验证者的投票权份额。

融合VRF和VDF的随机算法

对于区块链来说,要快速要扩展,比如上述的FBFT都都都里能 实现加快速率单位速的交易确认,但安全永远是最重要的。在验证区块的过程中,保持随机性是安全的重中之重。

好的随机算法还要同去保证不可预测、可验证、一视同仁、以及可扩展。有的协议还要实现不可预测、一视同仁和可验证,但扩展性上较弱,类似RandHound协议。它们有各自 的有点儿和缺点。

Harmony提出这些生活随机生成的算法,它融合了VRF和VDF这些生活技术。VRF是可验证随机函数(Verifiable Random Function),VDF是可验证延迟函数(Verifiable Delay Function)。Algorand利用基于VRF(可验证随机函数)的加密分类来选用共识验证组;以太坊2. 0 提出VDF(可验证延迟函数)用于延迟实际随机数的揭示,处置最后揭示者的攻击。

而且 有VDF,领导者在 pRnd提交到区块链完后 ,无法知道实际的最终随机数。而且 使用VDF来计算Rnd,pRnd而且 在前1个区块中提交,什么都有领导者就无法操纵它。而且 领导者不提交pRnd 停止协议,FBFT1个超时机制还要切换领导者并重新启动协议。此外,Harmony所采用的DRG协议,其协议的繁复度是O(n) , 比有些项目在淬硬层 上大概快1个数量级。

VDF延迟了最终随机性的揭示

基于PoS的分片

不管是PoW还是PoS都不 预防女巫攻击。PoW链通过算力来进行身份证明,并由此获得生产区块的权利。而Harmony采用的是PoS机制,PoS使用验证者权益代币质押来进行证明。要想成为Harmony的验证者,还要首先质押一定的代币。所质押的代币很多,所能获得的验证者投票份额也就很多。每个投票份额对应BFT共识的一票。

权益质押者获得跟其所质押的代币成正比的投票份额。该投票份额会随机分配到分片。成为分片验证者的权益质押人在分片中获得相应的投票权。

Harmony的共识和分片过程中,1个周期(Epochs)的概念。周期是预定的时间间隔,在你这些 期间内,分片底部形态是固定的,每个分片持续地与同一组验证者运行共识。

每个周期的刚开始英文英文了了,会由DRG协议产生随机数,基于随机数来选用分片底部形态。验证者而且 我想要验证某个时期内的交易,还要在前一时期质押其代币。权益质押的截止时间是在随机数原像 pRnd被提交到区块链完后 。

在每个新的验证周期刚开始英文英文了了,新验证者的投票份额都不 随机分给分片。新验证者加入分片,其中的投票份额会得到分配。分片的共识达成大概还要有2f+ 1 的投票份额的区块签名。

为了保证单个分片的安全,Harmony采用了自适应阀值PoS,它会以自适应的最好的办法来通过算法调整投票份额的价格,并把个体投票份额分配给分片,而都不 单个验证者。

为了预防大规模质押代币攻击,Harmony都不 通过验证者进行分片,什么都我通过投票份额进行分片,处置极少量持币验证者攻占单一分片。而且 单个验证者拥有分配到不同分片的投票份额,则它还要被分配到多个分片。分片的领导者被选用为在某组中拥有第1个投票份额的验证者。

同去投票份额较小,以至于恶意攻击者无法在单个分片中聚集力量。Harmony经过测算认为,一旦超过 300 个投票份额,还要保证分片的高安全性。

从经济利益来考量,拥有更多质押代币的验证者有更多而且 被选为领导者。而且 处在恶意行为,质押了代币的验证者担心其利益会被消减,也由此会保证网络的安全。

除了以上的机制之外,Harmony还采用这些生活重新洗牌的分片方案来提高其安全性。而且 而且 分片保持底部形态固定,恶意攻击者仍有而且 实施攻击。比如实施静态循环攻击、慢适应攻击或完全适应攻击等。Harmony采用基于Cuckoo规则的重新分片机制来处置那此间题。在1个验证周期刚开始英文英文了,其中取消质押的验证者会被逐出该网络,保留质押的人会留下来。