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作者：龙玥、殷耀平，转载请注明出处。

引言

将分片技术纳入区块链网络，实现交易的并行化处理，是当下以以太坊为代表的众多区块链项目正在践行的扩容方案，而2019年也是大批分片项目落地交付的关键性一年。

即将于今日14:00上线币安Launchpad平台的Harmony正是一个主打分片技术的新兴公链项目，其核心创新点是状态分片和P2P网络，旨在为下一代去中心化经济服务，提供提一个能够同时容纳100亿人和1000亿台设备的平台。

Harmony基于PoS采用升级版FBFT共识机制，通过特有的状态分片技术提供更加去中心化、同时安全高性能的区块链网络，目前测试网已在运行当中，测试网上已达到每秒处理11.8万笔交易的成绩，远超其他分片项目。

此外，作为后起之秀，Harmony采用了类似于以太坊的分片架构设计，在确保分片安全性的前提下去做扩展性突破，并将先于以太坊在今年第4季度发布全功能主网。

小葱对Harmony项目联合创始人兰荣坚进行了专访，以下为访谈实录：

Q：Harmony项目在什么背景下创立？核心技术目标是什么？

A：此前有许多区块链项目已经在尝试用不同方法提升区块链的性能，以太坊提出了自己的扩容方案——以太坊2.0，但目前开发进展缓慢，扩容升级的实现可能需要到2020年后。

而EOS的DPoS等一批项目，倾向于在牺牲“不能三角”中的一角（如去中心化）的状态下，去达成区块链性能提升。

意识到这些限制与不足之后，我们想做一条更高性能、更安全、更去中心化的的公链。

Harmony打算建立一个支持微交易的电子商务网关平台，在开放的互联网上，提供一个去中心化的共识协议，做到每秒处理千万条交易和数据，保证100毫秒左右的延迟，同时让每笔交易的手续费低于0.1%。

总而言之，Harmony是为下一代去中心化经济而服务的，提供一个平台能够同时容纳100亿人和1000亿台设备，旨在创建比世界上最领先的比特币和以太坊网络还要快1000倍，便宜1000倍的区块链技术。

Q： Harmony的核心定位是什么，是否偏向于特定的区块链应用，比如游戏、金融领域？

A:其实定位于公链，本身不一定会偏向某一具体领域的应用，我们比较看重实现应用落地的可行性。当前Harmony较为看好数据交易平台和游戏这两个板块。

• 数据交易平台：交易平台涉及到各类交易数据的处理，需要用到隐私保护技术，不仅仅是保护币币交易的隐私，还包括更多的隐私数据保护，而Harmony的区块链技术能够提供隐私数据的保护。


• 游戏：Harmony通过使用去中心化的随机数，让游戏设计更加公平，不存在一些EOS游戏能预测随机数从而让黑客攻击或盗币等问题。

Q：据官方资料，Harmony是一个基于PoS的分片方案，包含一个信标链和多个分片链，这里的 “信标链”与“分片链”各自的核心功能是什么？

A：Ziliqila是大家十分熟悉的早期分片技术公链，但大家也知道它只有交易分片与网络分片。

与Zilliqa不同的是，Harmony采用了状态分片，每个片区都能保存一部分区块状态，将数据存储分离，这样在区块链的状态文件越来越大的情况下，可以有效降低对节点设备的要求，减少交易成本。

Harmony的构架是由一条信标链和多条分片链组成的多链结构，每条链的属性是同质的。

普通的“分片链”主要起到账本维护、共识处理、交易处理的作用。而“信标链”则是众多“分片链”中比较特殊的一个，“信标链”除了运行共识算法外，还有三大方面的主要功能：产生去中心化的随机数、计算POS staking（质押）、做“加速器”代替广播区块做信息搜集和分发。

1）去中心化的随机数生成

产生安全、分布式、无偏向、不可预测的随机数，从而为整个分片系统提供强有力的保障。

随机数可让所有的节点完全随机分配到各个分片中，且可保证每个分片中恶意节点数量在可控范围内，同时不可预测的随机数可防止1%攻击。

2）POS staking（质押）

所有想进入Harmony网络的验证节点，都需将其代币stake（质押）至信标链，信标链再对其进行计算与验证，才能将节点随机分配至各个分片。

3）“广播加速器”，信息处理中心

分片系统中片与片之间需要进行交易转账、验证确认等信息的往来，存在较大的沟通成本。之前，跨分片沟通一般通过点对点的区块广播来实现，但“广播模式”信息传播路径长、传播网络复杂，会产生大量的数据量，网络负荷压力大。

因此，Harmony利用信标链作为一个“信息中枢”与“加速器”，通过在网络层做“Kademlia”路由机制的优化，计算出每个分片间信息分发的最短路径，分片将数据通过最短路径发送给信标链，信标链集中收集与分发从而达到跨片沟通的目的。

如此一来，简化了整体数据处理量，节省信息处理成本，削减网络开销且提升了效率。做个简单比喻，“广播模式”处理信息的复杂程度是指数式O（n*n），而信标链处理是乘法式O（n）。

值得补充的是，信标链与分片链都由上百个节点组成，其结构（地位）都是同质的，并无主链侧链之分，这样的结构更去中心化。

Q：Harmony所采用的FBFT共识机制下，会有一个“领导者”和若干“验证者”，这里的“领导者”和“验证者”分别是如何选出的？我们又如何防止“领导者”作恶呢？

A：“领导者”在分片过程中选出，例如，有1000个节点，10个分片，Harmony会利用随机数将节点随机分配到各分片中，每个分片的100个节点中的第一个节点被选为最开始的“领导者”，剩下的节点做验证者。

但“领导者”只是临时角色，每个节点至少有一次做“领导者”的机会，且被抽中的机率相同。“领导者”的功能，一是生成区块，二是在FBFT共识机制里做所有签名的收集与分发。

至于“领导者”作恶的情况，一般有两种：一是不出块，二是双花（出了2个块）。

而每个“验证者”都有一个计时器，当领导者作恶，共识迟迟达不成时，计时器会进行提醒，这时“验证者”就可以通过投票选举下一个“领导者”。

对于作恶的“领导者”，网络会扣留或削减其“stake（质押）”的代币以作惩罚。

Q：Harmony仅仅依靠分片实现的扩容效果能否满足商业级应用需求？预期性能想要达到多少，是否有过前期测试？

A：首先，相比不分片的区块链网络，分片网络的性能实现了很大飞跃。之前我们做了一个测试，Harmony网络中100个分片，就跑出了（每秒）11万8000tps，基于4万个节点。而比特币每秒处理的交易仅10笔左右，以太坊每秒处理交易也仅有40笔左右，这拉开了很大距离。

Q：Harmony与其他分片项目如Zilliqa、Quarkchain、Multivac的差异和优势有哪些？

A：这些项目我们都有研究过，同样是分片项目，但各自在实现上还是有所差异的。

1）Zilliqa在测试网中实现的2828笔交易每秒（TPS）的速度（基于3600个节点），刚刚提及Harmony的吞吐量更大，性能更高；并且，Zilliqa是没有布局状态分片，这使得他们在可扩展性上大打折扣；

Zilliqa的共识机制被称为PBFT（实用拜占庭容错）协议，Harmony 是在 PBFT 算法的基础上做了大量改良，创造出FBFT算法（快速拜占庭算法）。在这个新算法中，“验证者”不用广播他们的投票，只需通过数字签名的方式把投票发给“领导者”即可，“领导者”把收到的数字签名合成为一个数据量位O（1）的多重签名，再广播出去，这使得整个共识过程的消息复杂度从O（n*n）骤降到O（n）。

2）Quarkchain有状态分片，不过我们注意到，它的分片的安全性完全依靠主链（这与侧链差别无几），安全性上难以得到很好的保障，但分片技术的主要问题在于潜在的安全问题，因为攻击者只需要将算力集中在某个分片上，控制了单个分片即可威胁整个网络。

不同于Zilliqa 或 Quarkchain使用了 PoW 来防止 女巫攻击（Sybil attack），但对1%攻击束手无策。Harmony使用的是升级版的拜占庭共识算法、PoS 代币权益进行切分和随机抽样分片解决1%攻击。

3）Multivac也有状态分片，其共识算法也是基于PBFT，但它的PBFT比较传统，网络处理性能可能也较差。此外，Multivac的安全随机数是通过VRF生成的，随机数并不是分布式的，而是每个单节点自己计算得出。在随机数协助选举“领导者”时，可能会出现选出0个领导者或多个领导者的情况，进而影响网络运行速度。而Harmony随机数通过VRF+VDF生成，可确保恶意攻击者无法控制单个分片。

Q：Harmony与以太坊2.0-sharding的分片思路是否一致？有何优势？

A：我们与以太坊设计理念较为类似，即在保证每个分片安全性的前提下再去做进一步优化，并且都非常看重随机数的技术设计与实现，与以太坊有相同的技术要求与水平。

不同的地方在于，我们使用的是PBFT POS共识机制，并且我们的应用会更快地落地应用。

以太坊提2.0扩容方案目前开发进度非常缓慢，扩容升级的实现可能需要到2020年后，Harmony预计在今年第三季度会初步上线主网，在第四季度推出全功能主网。

Q：Harmony项目确切来说是何时发起的，整个开发工作已经耗时多久？当前主要在进行哪些工作？

A：去年6月发起，开发时间将近一年，当前Harmony测试网3.0已经上线一段时间，不久就会推出测试网4.0，之后便是主网上线，预计第四季度实现全功能的主网。

Harmony分片的功能开发已经几乎竣工，当前主要在做测试调整与优化的工作。

Q：目前各个公链都孤立发展，各有各的一套技术标准协议和底层设计，生态建设也比较封闭，Harmony在这一块打算如何突破呢？

A：Harmony也关注到了该问题并在积极推进相关合作。

在技术生态上，我们的开发者工具、环境及资源与以太坊开发者生态是相兼容的，以太坊技术生态的开发者和用户都可以直接迁移至Harmony，不存在太多迁移成本。

此外，等主网上线后我们会继续拓展开发者工具与资源，可以支持更多的编程语言。

当前Harmony还与大约20-30个项目技术方、应用方（比如产品溯源应用），以及security token等领域的公司等达成了合作，共同促进良好的生态建设。并且，我们比较关注将去中心化应用带入到地图服务中，使其降低降低成本提高效率。

Q：据说Harmony代币将在5月底上线币安，代币目前的使用场景主要是哪些？

A：Harmony代币上线币安后，可能还会陆续上线其他交易所。Harmony代币目前使用场景主要有这几个（其实与其他公链平台的原生代币功能类似）：

1）Staking，做抵押；2）做交易费；3）用于社区治理与投票；之后Harmony链上的一些应用也可以使用Harmony代币。

Q：如何看待目前公链的整个发展格局？新晋公链的发展机遇在哪里？

A：新晋公链与早期公链相比，主要有三个方面的不同点（以Harmony为例）。

1）成本低：Harmony成本比以太坊低上百倍；

2）更去中心化：相比于POW，POS机制，Harmony机制更去中心化；

3）包容度更大：能纳入更多节点进入网络、准入门槛更低。

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