風(fēng)險提示：理性看待區(qū)塊鏈，提高風(fēng)險意識！
ONE
Harmony
流動性分數(shù)
Harmony的目標是打造一個基于分片的區(qū)塊鏈，具備完全擴展性、安全性。它研究了市面上很多的區(qū)塊鏈解決方案，提出了自己的工程落地方案。這也是Harmony值得大家關(guān)注的地方。
這個是很高的目標，首先具備完全的可擴展性，Harmony的分片不僅包括交易確認、網(wǎng)絡(luò)通信，也包括區(qū)塊鏈狀態(tài)的分片。其次要保證分片的安全性。Harmony的分片基于DRG（分布式隨機生成）過程，這讓它具有無法被預(yù)測、公平、可驗證和可擴展的特性。此外，Harmony采用了PoS機制，而不是PoW機制來選擇驗證者，它對PBFT共識機制有自己的優(yōu)化。PoS有一定的門檻，既要保證小的權(quán)益質(zhì)押者能夠參與網(wǎng)絡(luò)和賺取收益，也要防止惡意攻擊者在單個分片獲得掌控權(quán)。Harmony通過采用自適應(yīng)信息擴散算法（Adaptive Information Dispersal Algorithm）實現(xiàn)分片內(nèi)和跨分片網(wǎng)絡(luò)的信息傳播。Harmony還采用Kademlia路由實現(xiàn)跨分片交易隨著分片數(shù)量增加呈對數(shù)級擴展。有了分片，還必須保持跨分片交易的一致性，Harmony也支持跨分片交易，支持分片之間的直接通信，通過原子鎖定機制確?？绶制灰椎囊恢滦?。
總言之，Harmony通過對協(xié)議層和網(wǎng)絡(luò)層的優(yōu)化，試圖提供一個可擴展的，同時也是安全和去中心化的區(qū)塊鏈，能夠支持更多主流的去中心化應(yīng)用場景，包括游戲、去中心化交易所、IoT等。這是一個目標遠大的愿景。
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目前，許多新的區(qū)塊鏈項目正試圖提高交易處理速度（吞吐量），但像EOS和TRON中的dPoS，Quarkchain中的Rootchain等新解決方案都必須犧牲部分關(guān)鍵要素，譬如去中心化和安全性，才能顯著提升性能。
這樣的系統(tǒng)盡管運行過程十分迅速，但只能算是半中心化的系統(tǒng)，喪失了區(qū)塊鏈的核心理念——去中心化。
分片作為區(qū)塊鏈擴容的解決方案，可顯著提升網(wǎng)絡(luò)性能且不損失安全性和去中心化。
Harmony通過在區(qū)塊鏈中引入狀態(tài)分片來解決區(qū)塊鏈擴容問題——由于每個節(jié)點只需運行和存儲一部分區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)就可以完成交易，交易處理工作量被分攤，由此大大提高了區(qū)塊本身的可擴展性。
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擴展問題是目前區(qū)塊鏈行業(yè)最受關(guān)注的問題之一。誰率先解決這個問題，誰將成為行業(yè)的引領(lǐng)者。當(dāng)然，這里的前提是在兼顧安全和去中心化兩個屬性的前提下，如果以犧牲這兩個關(guān)鍵屬性來實現(xiàn)突破，這只是低層級的突破，或者是走向了不同的發(fā)展路徑。
在兼顧安全和去中心化前提下，分片是區(qū)塊鏈擴展的最重要的路徑之一。Harmony探索的重點就在于此，盡管目前有其他的分片區(qū)塊鏈項目，還有以太坊2.0，也有跨鏈的項目，Harmony如果能在分片的探索路上能夠比其他項目的工程落地更扎實，那么它就有機會在競爭中獲得先機。?
當(dāng)然，Harmony團隊選擇的是一條難的路，需要很多的努力，也有非常強勁的競爭者。據(jù)Harmony團隊向藍狐筆記介紹，項目已完成1800萬美元融資，投資人有來自硅谷、澳大利亞、香港、新加坡的基金，有了一個很好的開始。
從Harmony的白皮書可以看出，團隊在技術(shù)思路上清晰，對于分片工程落地要面對的問題也有深入思考，團隊以研發(fā)人員為主，主要來自于微軟、谷歌、蘋果公司的背景。
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可擴展的FBFT共識機制
Harmony沒有采用PoW，而是采用PoS機制，用戶通過質(zhì)押代幣獲得生產(chǎn)區(qū)塊的權(quán)利及獎勵。同時，Harmony在區(qū)塊的生產(chǎn)和驗證過程中，采用FBPT的機制。在說明什么是FBFT之前，我們知道PBFT是實用拜占庭容錯。由于PBFT有一個驗證者需要把其投票廣播給其他驗證人的機制，這使得PBFT在通信復(fù)雜度上極大增加，導(dǎo)致系統(tǒng)如果節(jié)點達到幾百上千個時，區(qū)塊鏈很難擴展。?
針對PBFT難以擴展的問題，F(xiàn)BFT進行了優(yōu)化，F(xiàn)BFT在通信復(fù)雜度方面可以實現(xiàn)線性擴展。具體來說，怎么實現(xiàn)？FBFT機制中，它也有領(lǐng)導(dǎo)者和驗證者的角色，并不要求所有驗證者廣播他們的投票，領(lǐng)導(dǎo)者運行一個多重簽名的簽名過程來收集驗證者的投票，這個多簽的大小是O(1)，然后廣播投票。這意味每個驗證者只需接收一個多重簽名，將通信的復(fù)雜度從O(n^2)減少到O(n)。?
Schnorr簽名機制可以實現(xiàn)恒定大小的多重簽名聚合，并在驗證者之間形成多播樹以方便消息傳遞，但是schnorr多重簽名要求秘密承諾輪次，會導(dǎo)致單個多重簽名兩次往返的問題，F(xiàn)BFT則采用了BLS（Boneh-Lynn- Shacham）多簽方案來優(yōu)化這個問題，實現(xiàn)只要求一次往返，由此，F(xiàn)BFT比普通采用Schonorr簽名機制的BFT要快50%。最后，Harmony還采用RaptorQ噴泉碼來加速區(qū)塊廣播過程。
需要注意的一點是，所有Harmony的共識驗證者都是基于PoS機制選出來的。有更多投票份額的驗證者比其他人有更多的選票，而不是一次簽名一票。這也意味者，領(lǐng)導(dǎo)者等待的不是2f+1的驗證者簽名，而是2f+1的驗證者的投票權(quán)份額。?
融合VRF和VDF的隨機算法?
對于區(qū)塊鏈來說，要快速要擴展，比如上述的FBFT能夠?qū)崿F(xiàn)更快速的交易確認，但安全永遠是最重要的。在驗證區(qū)塊的過程中，保持隨機性是安全的重中之重。?
好的隨機算法必須同時保證不可預(yù)測、可驗證、一視同仁、以及可擴展。有的協(xié)議可以實現(xiàn)不可預(yù)測、一視同仁和可驗證，但擴展性上較弱，例如RandHound協(xié)議。它們有各自的有點和缺點。?
Harmony提出一種隨機生成的算法，它融合了VRF和VDF兩種技術(shù)。VRF是可驗證隨機函數(shù)（Verifiable Random Function），VDF是可驗證延遲函數(shù)（Verifiable Delay Function）。Algorand利用基于VRF（可驗證隨機函數(shù)）的加密分類來選擇共識驗證組；以太坊2.0提出VDF（可驗證延遲函數(shù)）用于延遲實際隨機數(shù)的揭示，防止最后揭示者的攻擊。?
由于有VDF，領(lǐng)導(dǎo)者在 pRnd提交到區(qū)塊鏈之前，無法知道實際的最終隨機數(shù)。由于使用VDF來計算Rnd，pRnd已經(jīng)在前一個區(qū)塊中提交，所以領(lǐng)導(dǎo)者就無法操縱它。如果領(lǐng)導(dǎo)者不提交pRnd 停止協(xié)議，F(xiàn)BFT有一個超時機制可以切換領(lǐng)導(dǎo)者并重新啟動協(xié)議。此外，Harmony所采用的DRG協(xié)議，其協(xié)議的復(fù)雜度是O(n) , 比有些項目在速度上至少快一個數(shù)量級。
基于PoS的分片
不管是PoW還是PoS都要預(yù)防女巫攻擊。PoW鏈通過算力來進行身份證明，并由此獲得生產(chǎn)區(qū)塊的權(quán)利。而Harmony采用的是PoS機制，PoS使用驗證者權(quán)益代幣質(zhì)押來進行證明。要想成為Harmony的驗證者，必須首先質(zhì)押一定的代幣。所質(zhì)押的代幣越多，所能獲得的驗證者投票份額也就越多。每個投票份額對應(yīng)BFT共識的一票。
權(quán)益質(zhì)押者獲得跟其所質(zhì)押的代幣成正比的投票份額。該投票份額會隨機分配到分片。成為分片驗證者的權(quán)益質(zhì)押人在分片中獲得相應(yīng)的投票權(quán)。?
Harmony的共識和分片過程中，有一個周期（Epochs）的概念。周期是預(yù)定的時間間隔，在這個期間內(nèi)，分片結(jié)構(gòu)是固定的，每個分片持續(xù)地與同一組驗證者運行共識。?
每個周期的開始，會由DRG協(xié)議產(chǎn)生隨機數(shù)，基于隨機數(shù)來確定分片結(jié)構(gòu)。驗證者如果想要驗證某個時期內(nèi)的交易，必須在前一時期質(zhì)押其代幣。權(quán)益質(zhì)押的截止時間是在隨機數(shù)原像 pRnd被提交到區(qū)塊鏈之前。?
在每個新的驗證周期開始，新驗證者的投票份額都會隨機分給分片。新驗證者加入分片，其中的投票份額會得到分配。分片的共識達成至少需要有2f+1的投票份額的區(qū)塊簽名。?
為了保證單個分片的安全，Harmony采用了自適應(yīng)閥值PoS，它會以自適應(yīng)的方式來通過算法調(diào)整投票份額的價格，并把個體投票份額分配給分片，而不是單個驗證者。?
為了預(yù)防大規(guī)模質(zhì)押代幣攻擊，Harmony不是通過驗證者進行分片，而是通過投票份額進行分片，防止大量持幣驗證者攻占單一分片。如果單個驗證者擁有分配到不同分片的投票份額，則它可以被分配到多個分片。分片的領(lǐng)導(dǎo)者被確定為在某組中擁有第一個投票份額的驗證者。?
同時投票份額較小，以至于惡意攻擊者無法在單個分片中聚集力量。Harmony經(jīng)過測算認為，一旦超過600個投票份額，可以保證分片的高安全性。?
從經(jīng)濟利益來考量，擁有更多質(zhì)押代幣的驗證者有更多機會被選為領(lǐng)導(dǎo)者。如果發(fā)生惡意行為，質(zhì)押了代幣的驗證者擔(dān)心其利益會被消減，也由此會保證網(wǎng)絡(luò)的安全。?
除了以上的機制之外，Harmony還采用一種重新洗牌的分片方案來提高其安全性。因為如果分片保持結(jié)構(gòu)固定，惡意攻擊者仍有機會實施攻擊。比如實施靜態(tài)循環(huán)攻擊、慢適應(yīng)攻擊或完全適應(yīng)攻擊等。Harmony采用基于Cuckoo規(guī)則的重新分片機制來解決這些問題。在一個驗證周期結(jié)束，其中撤回質(zhì)押的驗證者會被逐出該網(wǎng)絡(luò)，保留質(zhì)押的人會留下來。?
快速的狀態(tài)同步
?一個周期的首個區(qū)塊包含上一個周期首個區(qū)塊的哈希鏈接。這允許新節(jié)點的狀態(tài)快速同步，其中它們可以依賴灰色區(qū)塊來快速驗證當(dāng)前的狀態(tài)。?
假如說要驗證分片交易，需要下載整個區(qū)塊鏈歷史，那么時間上太過于漫長，如果你同步過以太坊區(qū)塊鏈歷史就知道了，可能需要好幾天的時間。而Harmony只須下載一個周期時間窗口內(nèi)的當(dāng)前狀態(tài)。?
在Harmony，加入分片的新驗證者首先下載該分片的當(dāng)前狀態(tài)tries。新節(jié)點下載歷史區(qū)塊頭，并通過檢查其簽名來驗證區(qū)塊頭。只要有從當(dāng)前狀態(tài)返回到創(chuàng)世區(qū)塊的加密蹤跡，如哈希指針和簽名，該分片狀態(tài)就有效。?
同時，為了減少簽名驗證計算所帶來費用和時間成本，Harmony的每個周期的首個區(qū)塊包含額外的哈希指針指向上個周期的首個區(qū)塊。通過這種方式，新節(jié)點在追蹤其到創(chuàng)世區(qū)塊的哈希指針時可以跳過一個周期內(nèi)的其他區(qū)塊，由此加快對當(dāng)前區(qū)塊鏈狀態(tài)的驗證。最后，為了進一步優(yōu)化狀態(tài)同步過程，Harmony將使區(qū)塊鏈狀態(tài)本身盡可能小。
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