第3课

共识机制

在本模块中,我们将重点介绍 Harmony 的共识机制,尤其是快速拜占庭容错(FBFT)和有效权益证明(EPoS)。我们将探讨这些机制如何提高 Harmony 的可扩展性和安全性,以及它们与区块链生态系统中其他共识模型的比较。本模块将使学习者深入了解共识机制在维护区块链网络完整性和效率方面发挥的作用。

快速拜占庭容错 (FBFT)

Harmony 的共识算法—快速拜占庭容错(FBFT)—是对实用拜占庭容错(PBFT)算法的创新改进。FBFT 利用 Boneh-Lynn-Shacham (BLS) 聚合签名提高了可扩展性和速度,大大减少了通信开销,使网络能够快速高效地达成共识。

在 FBFT 中,共识过程包括一个领导者和三个阶段:宣布、准备和提交。在宣布阶段,领导者提出一个新区块,并向验证者广播其哈希值。验证者随后验证信息,签署区块哈希值,并将其签名返回给领导者。一旦收集到超过三分之二投票权的签名,准备阶段就结束了。

领导者将这些签名汇总成一个 BLS 聚合签名,并与完整区块一起广播,以启动提交阶段。验证者随后验证区块并重复签名过程。提交阶段结束后即可达成共识,在主网上通常只需 2 秒钟,这充分体现了 FBFT 的效率。

FBFT 的设计包括同步视图更改协议,以解决因恶意领导者而可能导致的共识停滞问题。与依赖超时机制的 PBFT 不同,Harmony 的视图更改协议基于本地时钟和上次成功提交区块后的时间,即使节点出现宕机或不同步,也能确保稳健性和功能性。

这种同步视图更改与 BLS 聚合签名的使用相结合,确保了 FBFT 共识的有效性,并维护了网络的效率和安全性。该协议的设计保证了只要有绝大多数诚实的验证者在线,共识过程就能保持有效,并能抵御故障。

有效权益证明 (EPoS,Effective Proof-of-Stake)

Harmony 的有效权益证明(EPoS)是一种新颖的质押机制,旨在增强网络安全性和去中心化。EPoS 通过引入防止质押集中化和确保在验证者之间公平分配奖励的功能,解决了传统权益证明(PoS)系统的局限性。

EPoS 允许验证者根据其质押的代币进行选举,该机制鼓励验证者在持有大量代币时运行多个节点,从而支持网络的安全性和可扩展性。该系统确保拥有较少质押的验证者仍能有效参与网络,促进包容性和去中心化。

EPoS 机制旨在将质押随机、均匀地分配给所有分片,从而提高每个分片的安全性,防止任何一个分片的安全性低于其他分片。这种分配还能降低分片被接管的风险,增强网络的整体恢复力。

EPoS 采用削减条件来惩罚双重签名等恶意行为,并惩罚当选但不可用的节点,确保所有验证者都能为网络的安全性和可靠性做出积极贡献。这种方法激励验证器保持较高的正常运行时间并遵守网络协议。

EPoS 的经济模型规定了每年代币发行量的上限,并烧毁所有的交易费用,目的是在网络使用率高时实现零通货膨胀。这种模式为验证者提供了可预测的代币回报,鼓励他们长期参与并投资于网络的健康和发展。

与其他共识机制的比较

与工作证明(PoW)和标准权益证明(PoS)等传统共识机制相比,Harmony 的 FBFT 和 EPoS 共识机制具有明显优势。FBFT 通过 BLS 聚合签名达成共识的效率高,可快速完成交易并减少通信开销,与基于 PBFT 和 PoW 的系统相比,速度更快,可扩展性更好。

EPoS 通过确保公平、包容的验证人选举过程和公平的奖励分配,解决了与传统 PoS 机制相关的集中化问题。该系统通过防止利益集中和促进验证者多样性,增强了网络安全性和去中心化。

与能耗高、交易完成速度慢的 PoW 区块链相比,FBFT 和 EPoS 的结合使 Harmony 成为一个更节能、可扩展和安全的区块链平台。与传统的 PoS 系统相比,Harmony 的共识机制在包容性和公平性方面也有所改进,因为传统的 PoS 系统会使财富集中在验证者身上。

亮点

  • Harmony 的快速拜占庭容错(FBFT)是 PBFT 的高级版本,它利用 BLS 聚合签名来降低通信成本,并在 2 秒内达成共识,从而提高了可扩展性和速度。
  • FBFT 通过基于领导者的模型运行,包括宣布、准备和提交阶段,确保快速达成共识,要求超过三分之二的验证者达成一致,从而保持网络效率和安全性。
  • FBFT 中的同步视图变更协议依靠本地时钟计时,从而解决了恶意领导者可能导致的停滞问题,确保即使在节点停机的情况下,共识也能保持实时和稳健。
  • Harmony 中的有效权益证明(EPoS)引入了一种公平的质押和验证者选举机制,可防止权益集中化,为大型利益相关者提供多节点支持,并确保公平的奖励分配。
  • EPoS 通过在所有分片之间平均分配质押来增强分片的安全性,并结合了削减条件来惩罚恶意行为,从而提高了网络可靠性和验证者的责任感。
  • 与 PoW 和 PoS 等传统共识机制相比,Harmony 的 FBFT 和 EPoS 可提供更快的交易完成速度、更低的能耗、更强的可扩展性以及更高的安全性和去中心化,为区块链共识机制设定了新标准。
免责声明
* 投资有风险,入市须谨慎。本课程不作为投资理财建议。
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第3课

共识机制

在本模块中,我们将重点介绍 Harmony 的共识机制,尤其是快速拜占庭容错(FBFT)和有效权益证明(EPoS)。我们将探讨这些机制如何提高 Harmony 的可扩展性和安全性,以及它们与区块链生态系统中其他共识模型的比较。本模块将使学习者深入了解共识机制在维护区块链网络完整性和效率方面发挥的作用。

快速拜占庭容错 (FBFT)

Harmony 的共识算法—快速拜占庭容错(FBFT)—是对实用拜占庭容错(PBFT)算法的创新改进。FBFT 利用 Boneh-Lynn-Shacham (BLS) 聚合签名提高了可扩展性和速度,大大减少了通信开销,使网络能够快速高效地达成共识。

在 FBFT 中,共识过程包括一个领导者和三个阶段:宣布、准备和提交。在宣布阶段,领导者提出一个新区块,并向验证者广播其哈希值。验证者随后验证信息,签署区块哈希值,并将其签名返回给领导者。一旦收集到超过三分之二投票权的签名,准备阶段就结束了。

领导者将这些签名汇总成一个 BLS 聚合签名,并与完整区块一起广播,以启动提交阶段。验证者随后验证区块并重复签名过程。提交阶段结束后即可达成共识,在主网上通常只需 2 秒钟,这充分体现了 FBFT 的效率。

FBFT 的设计包括同步视图更改协议,以解决因恶意领导者而可能导致的共识停滞问题。与依赖超时机制的 PBFT 不同,Harmony 的视图更改协议基于本地时钟和上次成功提交区块后的时间,即使节点出现宕机或不同步,也能确保稳健性和功能性。

这种同步视图更改与 BLS 聚合签名的使用相结合,确保了 FBFT 共识的有效性,并维护了网络的效率和安全性。该协议的设计保证了只要有绝大多数诚实的验证者在线,共识过程就能保持有效,并能抵御故障。

有效权益证明 (EPoS,Effective Proof-of-Stake)

Harmony 的有效权益证明(EPoS)是一种新颖的质押机制,旨在增强网络安全性和去中心化。EPoS 通过引入防止质押集中化和确保在验证者之间公平分配奖励的功能,解决了传统权益证明(PoS)系统的局限性。

EPoS 允许验证者根据其质押的代币进行选举,该机制鼓励验证者在持有大量代币时运行多个节点,从而支持网络的安全性和可扩展性。该系统确保拥有较少质押的验证者仍能有效参与网络,促进包容性和去中心化。

EPoS 机制旨在将质押随机、均匀地分配给所有分片,从而提高每个分片的安全性,防止任何一个分片的安全性低于其他分片。这种分配还能降低分片被接管的风险,增强网络的整体恢复力。

EPoS 采用削减条件来惩罚双重签名等恶意行为,并惩罚当选但不可用的节点,确保所有验证者都能为网络的安全性和可靠性做出积极贡献。这种方法激励验证器保持较高的正常运行时间并遵守网络协议。

EPoS 的经济模型规定了每年代币发行量的上限,并烧毁所有的交易费用,目的是在网络使用率高时实现零通货膨胀。这种模式为验证者提供了可预测的代币回报,鼓励他们长期参与并投资于网络的健康和发展。

与其他共识机制的比较

与工作证明(PoW)和标准权益证明(PoS)等传统共识机制相比,Harmony 的 FBFT 和 EPoS 共识机制具有明显优势。FBFT 通过 BLS 聚合签名达成共识的效率高,可快速完成交易并减少通信开销,与基于 PBFT 和 PoW 的系统相比,速度更快,可扩展性更好。

EPoS 通过确保公平、包容的验证人选举过程和公平的奖励分配,解决了与传统 PoS 机制相关的集中化问题。该系统通过防止利益集中和促进验证者多样性,增强了网络安全性和去中心化。

与能耗高、交易完成速度慢的 PoW 区块链相比,FBFT 和 EPoS 的结合使 Harmony 成为一个更节能、可扩展和安全的区块链平台。与传统的 PoS 系统相比,Harmony 的共识机制在包容性和公平性方面也有所改进,因为传统的 PoS 系统会使财富集中在验证者身上。

亮点

  • Harmony 的快速拜占庭容错(FBFT)是 PBFT 的高级版本,它利用 BLS 聚合签名来降低通信成本,并在 2 秒内达成共识,从而提高了可扩展性和速度。
  • FBFT 通过基于领导者的模型运行,包括宣布、准备和提交阶段,确保快速达成共识,要求超过三分之二的验证者达成一致,从而保持网络效率和安全性。
  • FBFT 中的同步视图变更协议依靠本地时钟计时,从而解决了恶意领导者可能导致的停滞问题,确保即使在节点停机的情况下,共识也能保持实时和稳健。
  • Harmony 中的有效权益证明(EPoS)引入了一种公平的质押和验证者选举机制,可防止权益集中化,为大型利益相关者提供多节点支持,并确保公平的奖励分配。
  • EPoS 通过在所有分片之间平均分配质押来增强分片的安全性,并结合了削减条件来惩罚恶意行为,从而提高了网络可靠性和验证者的责任感。
  • 与 PoW 和 PoS 等传统共识机制相比,Harmony 的 FBFT 和 EPoS 可提供更快的交易完成速度、更低的能耗、更强的可扩展性以及更高的安全性和去中心化,为区块链共识机制设定了新标准。
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