基于分片技術(shù)的新一代高性能公鏈Harmony介紹

鏈茶訪是鏈茶館開辟的區(qū)塊鏈項(xiàng)目報(bào)道專欄，每周會(huì)對(duì)一個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行專訪，鏈茶館將挖掘不同項(xiàng)目的閃光點(diǎn)，講述區(qū)塊鏈開發(fā)者的創(chuàng)業(yè)故事，為各位區(qū)塊鏈同儕提供最新的項(xiàng)目資訊與行業(yè)動(dòng)向。

低TPS的BTC、ETH飽受詬病，并不能擔(dān)任承載大量DApp的應(yīng)用公鏈，而TPS較高的EOS、COSMOS又都有共識(shí)過(guò)于中心化的劣勢(shì)。那公鏈到底能否兼顧效率和去中心化呢，Harmony項(xiàng)目用已經(jīng)在運(yùn)行的主網(wǎng)告訴大家這是有可能的，Harmony 是基于分片技術(shù)的新一代高性能公鏈，使用PoS共識(shí)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)身份驗(yàn)證，在PBFT共識(shí)基礎(chǔ)上自研優(yōu)化FBFT共識(shí)，提升公鏈的交互效率并兼顧去中心化。

本期鏈茶訪，鏈茶館請(qǐng)到了我們身在美國(guó)硅谷的Harmony CTO蘭榮堅(jiān)先生，他將講述Harmony項(xiàng)目的創(chuàng)業(yè)之路，并講解Harmony的FBFT共識(shí)機(jī)制與分片解決方案。

團(tuán)隊(duì)技術(shù)成員來(lái)自美國(guó)主流互聯(lián)網(wǎng)企業(yè) 在寒冬中堅(jiān)持研發(fā)主網(wǎng)終在6月上線

蘭榮堅(jiān)表示項(xiàng)目在18年初組建，項(xiàng)目CEO之前在Google任職，所以很多成員都是Google出來(lái)的。CEO首個(gè)創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目被Apple收購(gòu)之后，他本人還是想創(chuàng)業(yè)，于是打造了名為TGI的線下創(chuàng)業(yè)者聚會(huì)，Harmony項(xiàng)目大部分的項(xiàng)目成員都是在聚會(huì)上面認(rèn)識(shí)的。

TGI目前每周六還在進(jìn)行，是公司非常重要的活動(dòng)。TGI活動(dòng)中很多人對(duì)區(qū)塊鏈有自己的看法，其中觸及到公鏈速度和性能問(wèn)題，CEO提出用分片解決這個(gè)問(wèn)題，在網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)層做優(yōu)化，幾位早期合伙人一拍即合在2018年開啟了Harmony的創(chuàng)業(yè)。

Harmony選擇分片是因?yàn)樵?8年初這是非常新的技術(shù)，團(tuán)隊(duì)成員大多來(lái)自于美國(guó)互聯(lián)網(wǎng)大廠，在蘋果、亞馬遜等公司技術(shù)部門的摸爬滾打，讓它們對(duì)于技術(shù)非常敏感。傳統(tǒng)行業(yè)分片是基礎(chǔ)架構(gòu)擴(kuò)容方式，這也是區(qū)塊鏈的未來(lái)發(fā)展方向，當(dāng)時(shí)的創(chuàng)始成員有5人，目前全職人員有20人。團(tuán)隊(duì)還擁有很多兼職人員，比如社區(qū)形象大使，涉及工作人員40人左右，分布在很多國(guó)家，項(xiàng)目公司落地在美國(guó)硅谷。

Harmony負(fù)責(zé)技術(shù)的成員大概在12人左右，都是Google、Apple、微軟大公司出來(lái)，都是資深工程技術(shù)者。蘭榮堅(jiān)在美國(guó)博士畢業(yè)后，留在了Google工作，加入Harmony項(xiàng)目之前有著四年多的工作經(jīng)驗(yàn)。

今年年初Harmony進(jìn)入測(cè)試網(wǎng)階段，經(jīng)歷3個(gè)階段迭代，6月份推出初版主網(wǎng)，目前有1000個(gè)節(jié)點(diǎn)在分片內(nèi)，320個(gè)節(jié)點(diǎn)是外部節(jié)點(diǎn)，總共已經(jīng)產(chǎn)出450萬(wàn)個(gè)區(qū)塊。外部節(jié)點(diǎn)目前由社區(qū)的節(jié)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)者參與的，蘭榮堅(jiān)表示這只是階段性的設(shè)置，之后會(huì)開展到更去中心化的主網(wǎng)，項(xiàng)目本身完全不控制任何節(jié)點(diǎn)，完全由驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)運(yùn)行。

談到創(chuàng)業(yè)之路中最大的困難，蘭榮堅(jiān)認(rèn)為去年年底和今年年初的區(qū)塊鏈寒冬，讓項(xiàng)目資金受到很大影響，幣價(jià)降了很多。外部環(huán)境持續(xù)惡化，從業(yè)者越來(lái)越少，項(xiàng)目在美國(guó)招人也很困難。但Harmony本著一種不受到市場(chǎng)干擾，踏實(shí)干事的態(tài)度，僅用一年時(shí)間就完成了主網(wǎng)初步上線。

使用PoS進(jìn)行節(jié)點(diǎn)身份確認(rèn) 優(yōu)化PBFT共識(shí)創(chuàng)造效率更高的FBFT共識(shí)

Harmony并不是使用兩種共識(shí)算法的項(xiàng)目，PoS在項(xiàng)目中只負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)身份的確認(rèn)。使用PoS來(lái)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)，可以有效防止女巫攻擊，防止不工作的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，而不是作為共識(shí)算法。真正的共識(shí)還是由PBFT優(yōu)化演進(jìn)而來(lái)的FBFT共識(shí)，該算法效率比較高、出塊時(shí)間快，可以滿足更多DApp需求，每8秒就可以出一個(gè)塊，可以確認(rèn)塊上的交易，用戶體驗(yàn)會(huì)更好。

FBFT算法不需要像PoW算很多哈希值，不需要花費(fèi)很多算力，對(duì)于能源節(jié)約也會(huì)更好一些。FBFT是團(tuán)隊(duì)自研的，優(yōu)化不僅僅只是共識(shí)過(guò)程的優(yōu)化，還包括BLS簽名機(jī)制的推出，可以實(shí)現(xiàn)FBFT共識(shí)的復(fù)雜度降低，提升共識(shí)的效率，出塊的速度，每個(gè)塊的容量，同時(shí)能處理多少交易和降低延遲。

FBFT作為新的算法，驗(yàn)證者不用廣播他們的投票，只需通過(guò)數(shù)字簽名的方式把投票發(fā)給領(lǐng)導(dǎo)者即可，領(lǐng)導(dǎo)者把收到的數(shù)字簽名合成為一個(gè)數(shù)據(jù)量位 O（1） 的多重簽名，再?gòu)V播出去，這使得整個(gè)共識(shí)過(guò)程的消息復(fù)雜度從 O（n*n） 驟降到 O（n）。

技術(shù)與團(tuán)隊(duì)被認(rèn)可獲得1800萬(wàn)美元投資 Harmony用分片技術(shù)解決公鏈難題

目前，Harmony項(xiàng)目通過(guò)向香港的風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu) Lemniscap、澳大利亞的 BCA 基金、新加坡的 UniValues Associates 和美國(guó)的 Consensus Capital 這些投資機(jī)構(gòu)出售代幣，獲得了1800萬(wàn)美元的融資。

蘭榮堅(jiān)表示，首先這些機(jī)構(gòu)看好團(tuán)隊(duì)的技術(shù)方向和深度，不管是網(wǎng)絡(luò)層的優(yōu)化、還是共識(shí)協(xié)議的特性、加密學(xué)的新型算法，都是非常認(rèn)同的；第二，是看好團(tuán)隊(duì)，工程師的背景是非常有經(jīng)驗(yàn)，商務(wù)團(tuán)隊(duì)也有哈佛的MBA，包括斯坦福畢業(yè)的投資人；第三，項(xiàng)目CEO有互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)業(yè)成功的經(jīng)驗(yàn)，這是一款基于地理位置信息的社交軟件，最終被蘋果收購(gòu)。

目前很多公鏈都存在TPS較低的缺點(diǎn)，Harmony項(xiàng)目通過(guò)分片技術(shù)來(lái)解決。分片數(shù)量的增多可以成倍地提升TPS效率。FBFT的執(zhí)行成本也比較低，這樣交易費(fèi)用也降了下去。TPS數(shù)字比較高就很難產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)阻塞，沒(méi)有阻塞交易費(fèi)用也不會(huì)高，目前Harmony每筆交易費(fèi)用是ETH的千分之一。

另外一個(gè)公鏈需要面對(duì)的難題，就是類似EOS、COSMOS這樣采用幾十個(gè)到一百個(gè)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的公鏈，普通用戶沒(méi)有足夠的資源和代幣成為節(jié)點(diǎn)，生態(tài)容易逐漸變得過(guò)于中心化。Harmony可以無(wú)限擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)，原因就是用分片，可以增加分片的數(shù)量，節(jié)點(diǎn)越多效率越低確實(shí)是限制。但分片層面就不是這樣，增加分片就可以增加節(jié)點(diǎn)，分片越多處理能力越大。

目前Harmony主網(wǎng)1000個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)分片250個(gè)節(jié)點(diǎn)，基于FBFT共識(shí)的特性、包括PoS簽名效率的提升、還有網(wǎng)絡(luò)層的優(yōu)化，讓250個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)效率更高。團(tuán)隊(duì)目標(biāo)是下一版的主網(wǎng)每一個(gè)分片400個(gè)節(jié)點(diǎn)，才能更好保證節(jié)點(diǎn)的安全性，更去中心化。

同樣是使用分片技術(shù)來(lái)優(yōu)化公鏈性能，為什么Harmony項(xiàng)目的進(jìn)展會(huì)比ETH2.0快這么多呢？蘭榮堅(jiān)表示團(tuán)隊(duì)在美國(guó)堅(jiān)持996工作機(jī)制，初創(chuàng)企業(yè)為同一目標(biāo)奮斗，方向明確，所以效率高。ETH 2.0沒(méi)有實(shí)體公司在推，是社區(qū)在做，雖然去中心化但是效率不能保證，對(duì)于項(xiàng)目開發(fā)是人員越集中效率越高。

至于技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面，Harmony跟ETH分片有很多區(qū)別，Harmony用FBFT，ETH用的是沒(méi)有快速確認(rèn)的功能，更容易產(chǎn)生分叉。Harmony所采用的PoS的節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證機(jī)制會(huì)更加高效，相當(dāng)于行業(yè)第一個(gè)發(fā)明的EPoS，有效權(quán)益證明機(jī)制，可以保證網(wǎng)絡(luò)安全性，非常公平去中心化的Staking的機(jī)制，可以讓大戶和普通小戶在這個(gè)機(jī)制得到公平的對(duì)待，系統(tǒng)的抵押著節(jié)點(diǎn)，token分配非常平均，減少中心化的風(fēng)險(xiǎn)。

Harmony的隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證和跨片通信是如何工作的？

Harmony項(xiàng)目選擇了VRF （可驗(yàn)證隨機(jī)函數(shù)）+ VDF （可驗(yàn)證延遲函數(shù)）隨機(jī)數(shù)驗(yàn)證機(jī)制，它們是如何工作的呢？作為隨機(jī)數(shù)的組成部分，VRF是可驗(yàn)證的隨機(jī)人，每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要提交VRF的結(jié)果，Harmony隨機(jī)算法是團(tuán)隊(duì)自研出來(lái)的，是分布式的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生算法。隨機(jī)數(shù)不是一個(gè)節(jié)點(diǎn)自己算出來(lái)，是一個(gè)分片與其他節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的，避免一個(gè)節(jié)點(diǎn)控制隨機(jī)數(shù)，使結(jié)果不公平。在VRF和VDF的配合下，很多節(jié)點(diǎn)共同運(yùn)行，單一節(jié)點(diǎn)無(wú)法左右結(jié)果。

VDF保證單一節(jié)點(diǎn)在算法過(guò)程中，不會(huì)干擾最后的結(jié)果，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都算VRF的結(jié)果共享出去，通過(guò)算法得到統(tǒng)一結(jié)果。VRF+VDF的隨機(jī)數(shù)算法將應(yīng)用在Harmony協(xié)議層面，包括分配節(jié)點(diǎn)到不同的分片，保證惡意節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分到不同的分片，攻擊的意圖無(wú)法集中，保證安全性。在應(yīng)用層的用途中，每個(gè)DApp可以用這個(gè)隨機(jī)數(shù)做隨機(jī)源，讓結(jié)果公平，像EOS被干擾的情況不會(huì)發(fā)生。

目前Harmony主網(wǎng)上有游戲和穩(wěn)定幣的應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)也在跟更多的合作伙伴洽談，比如游戲的廠商、DeFi項(xiàng)目，陸續(xù)在對(duì)接DApp上線。Harmony的SDK和開發(fā)者工具剛剛做好，目前正在開始對(duì)接DApp，未來(lái)主網(wǎng)的應(yīng)用越來(lái)越多，目前TPS每個(gè)分片有1000，主網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可以運(yùn)行4000TPS。

在跨片通信上Harmony項(xiàng)目也使用了提升效率的技術(shù)，Kademlia路由協(xié)議被應(yīng)用在跨片通信當(dāng)中。Kademlia路由協(xié)議加入后，在片和片之間的消息傳播不需要太多節(jié)點(diǎn)，只需要兩個(gè)分片的節(jié)點(diǎn)，還有中間最短路徑的節(jié)點(diǎn)。提升效率的原理在于發(fā)一個(gè)消息不需要所有節(jié)點(diǎn)聽到，而是讓兩個(gè)分片和中間最短路徑的節(jié)點(diǎn)知道。目前Harmony跨片通信效率很高，大概10秒就可以完成，沒(méi)有這個(gè)技術(shù)的話，全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)都要通知到，而有了這一技術(shù)，只需要最短路徑上的節(jié)點(diǎn)。

近期重點(diǎn)為EPoS全新抵押機(jī)制 未來(lái)會(huì)把Harmony打造成具有真正價(jià)值的公鏈

采訪的最后，蘭榮堅(jiān)談到近期Harmony的規(guī)劃是把EPoS全新抵押機(jī)制實(shí)現(xiàn)，在最新主網(wǎng)上推出，是行業(yè)內(nèi)第一個(gè)Staking的機(jī)制，相對(duì)DPoS簡(jiǎn)單的共識(shí)，有突破性的創(chuàng)新，保證去中心化和財(cái)富分配的均勻，為區(qū)塊鏈行業(yè)帶來(lái)經(jīng)驗(yàn)，為社區(qū)潛在用戶帶來(lái)公平的選擇。

長(zhǎng)期規(guī)劃中，Harmony更看好應(yīng)用層、跨境支付領(lǐng)域，深挖這些領(lǐng)域的應(yīng)用，真正帶來(lái)價(jià)值的主網(wǎng)。項(xiàng)目未來(lái)會(huì)在應(yīng)用層繼續(xù)深挖和探索，可能會(huì)自主開發(fā)DeFi、跨境支付、游戲的應(yīng)用，或者開展多方合作，有可能在其中獲得分紅。

蘭榮堅(jiān)認(rèn)為，在WEB3.0時(shí)代，公鏈最重要的還是基本性能，TPS、確認(rèn)時(shí)間、速度和交易費(fèi)用，而Harmony在這四個(gè)點(diǎn)都有很大提升，他相信Harmony能夠成為具有真正價(jià)值的公鏈。
來(lái)源： 鏈茶訪