Blockchain-Sharding verstehen

Harmony implementiert Blockchain-Sharding in drei Dimensionen: Status, Netzwerk und Transaktion. Dieser mehrdimensionale Sharding-Ansatz wurde entwickelt, um die Skalierbarkeit und Leistung zu verbessern. Beim State Sharding unterhält jeder Shard seine eigene Blockchain und Statusdatenbank, sodass Validatoren in jedem Shard nur einen Bruchteil des Zustands des gesamten Netzwerks speichern können. Diese Aufteilung stellt sicher, dass die Blockchain mit der Anzahl der Shards skaliert werden kann, wodurch die Speichereffizienz und die Verarbeitungsgeschwindigkeit verbessert werden.

Beim Netzwerk-Sharding wird das Validator-Netzwerk von Harmony in separate Shards mit jeweils eigenen Validatoren unterteilt. Diese Validatoren arbeiten eng zusammen, um einen Konsens zu erzielen und Blöcke innerhalb ihres Shards zu synchronisieren. Diese Struktur ermöglicht eine effiziente Kommunikation und Konsenserzielung zwischen den Validatoren, wodurch der Overhead und die Latenz reduziert werden, die mit einem einzigen, monolithischen Blockchain-Netzwerk verbunden sind.

Transaktions-Sharding ermöglicht es Harmony, Transaktionen parallel über verschiedene Shards hinweg zu verarbeiten. Jede Transaktion wird einem bestimmten Shard zugewiesen, was eine gleichzeitige Verarbeitung ermöglicht und den gesamten Transaktionsdurchsatz des Netzwerks erheblich erhöht. Diese Methode stellt sicher, dass Harmony ein hohes Transaktionsvolumen bewältigen kann, ohne Kompromisse bei Geschwindigkeit oder Effizienz einzugehen.

Der Sharding-Mechanismus von Harmony ist so konzipiert, dass er nahtlos funktioniert, wobei Shard-übergreifende Transaktionen durch einen strukturierten Ansatz erleichtert werden, der eine spätere Atomarität gewährleistet. Das bedeutet, dass das Netzwerk trotz der Trennung der Shards garantiert, dass Transaktionen über Shards hinweg so ausgeführt werden, dass Doppelausgaben vermieden werden und Konsistenz und Integrität über die gesamte Blockchain hinweg gewährleistet sind.

Epochen spielen eine entscheidende Rolle in der Sharding-Struktur von Harmony und markieren Zeiträume, in denen die Validierungskomitees von Shards unverändert bleiben. Der Übergang zwischen den Epochen beinhaltet die Wahl neuer Validierungskomitees, um sicherzustellen, dass das Netzwerk dynamisch und sicher bleibt. Diese periodische Rotation von Validatoren über Shards hinweg verbessert die Sicherheit und Dezentralisierung, da sie verhindert, dass eine einzelne Gruppe von Validatoren ungebührlichen Einfluss auf das Netzwerk ausübt.

Crosslinks dienen als Brücke zwischen Shard-Chains und der Beacon-Chain und stellen sicher, dass in Shard-Chains bestätigte Blöcke vom gesamten Netzwerk erkannt und validiert werden. Diese Crosslinks bestätigen nicht nur den kanonischen Status von Shard-Chain-Blöcken, sondern spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Aufzeichnung von Validator-Aktivitäten, die für die Berechnung der Blockbelohnung und die Aufrechterhaltung der Integrität des Netzwerks unerlässlich sind.

Die vollständig skalierbare Architektur von Harmony

Die Architektur von Harmony ist so konzipiert, dass sie vollständig skalierbar ist und das Blockchain-Trilemma adressiert, indem ein Gleichgewicht zwischen Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit erreicht wird. Die Architektur nutzt Sharding, um die Last des Netzwerks auf mehrere Shards zu verteilen, von denen jeder in der Lage ist, Transaktionen zu verarbeiten und seinen eigenen Zustand unabhängig zu verwalten. Dieses Design ermöglicht es Harmony, linear zu skalieren, wenn die Anzahl der Shards zunimmt, ohne Kompromisse bei der Sicherheit oder Dezentralisierung einzugehen.

Die skalierbare Architektur des Netzwerks wird durch einen robusten Konsensmechanismus, Fast Byzantine Fault Tolerance (FBFT), untermauert, der schnelle Blockbestätigungszeiten gewährleistet und den Durchsatz des Netzwerks erhöht. FBFT ist auf Leistung optimiert und ermöglicht es Harmony, die Blockfinalität in nur wenigen Sekunden zu erreichen, eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Blockchain-Systemen.

Die Architektur von Harmony umfasst auch einen neuartigen Staking-Mechanismus, Effective Proof-of-Stake (EPoS), der darauf ausgelegt ist, die Zentralisierung zu reduzieren und eine faire Verteilung der Belohnungen unter den Validatoren zu gewährleisten. EPoS fördert die Teilnahme, indem es Validatoren mit unterschiedlichen Mengen an gestakten Token ermöglicht, zur Sicherheit des Netzwerks beizutragen und sicherzustellen, dass kein einzelner Validator oder eine Gruppe von Validatoren das Netzwerk dominieren kann.

Die Infrastruktur des Netzwerks basiert auf dem branchenführenden Peer-to-Peer-Protokoll libp2p, das eine robuste und skalierbare Netzwerkschicht bietet. Diese Wahl der Netzwerktechnologie stellt sicher, dass Harmony das hohe Kommunikationsvolumen, das für Shard-zu-Shard- und Cross-Shard-Transaktionen erforderlich ist, effizient bewältigen kann, wodurch die Skalierbarkeit des Netzwerks weiter verbessert wird.

Die Architektur von Harmony wird durch eine Reihe von Entwicklertools und -protokollen ergänzt, die die Erstellung und Bereitstellung dezentraler Anwendungen (dApps) erleichtern. Diese Tools bieten in Kombination mit der skalierbaren Infrastruktur von Harmony eine förderliche Umgebung für Entwickler, die skalierbare und effiziente dApps ohne die Einschränkungen herkömmlicher Blockchain-Plattformen erstellen möchten.

Die Designprinzipien der Architektur betonen Einfachheit, Modularität und Zukunftssicherheit und stellen sicher, dass sich Harmony an den sich entwickelnden technologischen Fortschritt und die Bedürfnisse der Benutzer anpassen kann. Dieser zukunftsorientierte Ansatz positioniert Harmony als skalierbare und vielseitige Blockchain-Plattform, die in der Lage ist, eine Vielzahl von Anwendungen und Anwendungsfällen zu unterstützen.

Das Engagement von Harmony für eine vollständig skalierbare Architektur zeigt sich in den laufenden Forschungs- und Entwicklungsbemühungen, die sich auf die Verbesserung der Fähigkeiten des Netzwerks und die Bewältigung der Herausforderungen im Zusammenhang mit der Blockchain-Skalierbarkeit konzentrieren. Durch kontinuierliche Innovation und Community-Engagement zielt Harmony darauf ab, die Grenzen dessen, was im Blockchain-Bereich möglich ist, zu verschieben und die Einführung dezentraler Technologien in verschiedenen Branchen voranzutreiben.

Sicheres Random Sharding erklärt

Sicheres zufälliges Sharding ist ein Eckpfeiler des Ansatzes von Harmony, eine skalierbare und sichere Blockchain zu erreichen. Diese Technik beinhaltet die zufällige Zuweisung und das Mischen von Validatoren zu verschiedenen Shards, um sicherzustellen, dass das Netzwerk vor potenziellen Shard-basierten Angriffen geschützt bleibt. Die im Sharding-Prozess verwendete Zufälligkeit wird durch einen verteilten Algorithmus zur Generierung von Zufall generiert, der unvorhersehbar, unvoreingenommen, überprüfbar und skalierbar ist.

Die Sicherheit des Sharding-Prozesses von Harmony wird durch die Verwendung von Verifiable Random Functions (VRFs) und Verifiable Delay Functions (VDFs) weiter erhöht, die kryptografische Garantien für die Zufälligkeit bieten, die bei der Zuweisung von Validatoren verwendet wird. Dadurch wird sichergestellt, dass Angreifer die Zuordnung von Validatoren zu Shards nicht vorhersagen oder manipulieren können, wodurch die Integrität und Sicherheit des Netzwerks gewahrt bleibt.

Der sichere Random-Sharding-Mechanismus von Harmony umfasst auch einen Prozess, der als Resharding bekannt ist und bei dem Validatoren in regelmäßigen Abständen verschiedenen Shards zugewiesen werden. Dieser Prozess wird unterbrechungsfrei durchgeführt, wobei die "Kuckucksregel" verwendet wird, um sicherzustellen, dass das Netzwerk widerstandsfähig gegen langsam angepasste byzantinische Gegner bleibt. Resharding erhöht die Sicherheit des Netzwerks, indem es Angreifer daran hindert, eine dauerhafte Präsenz in einem einzelnen Shard aufzubauen.

Die Verwendung von sicherem Random Sharding ermöglicht es Harmony, ein hohes Maß an Dezentralisierung und Sicherheit aufrechtzuerhalten, selbst wenn das Netzwerk skaliert. Indem sichergestellt wird, dass die Validatoren gleichmäßig und zufällig auf die Shards verteilt sind, mindert Harmony die mit der Zentralisierung verbundenen Risiken und erhöht die allgemeine Sicherheit der Blockchain.

Sicheres Random Sharding spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Erleichterung effizienter Cross-Shard-Transaktionen. Durch die Sicherstellung, dass Shards aus zufällig ausgewählten Validatoren bestehen, ermöglicht Harmony eine nahtlose und sichere Kommunikation zwischen Shards und ermöglicht so die effiziente Ausführung von Shard-übergreifenden Transaktionen, ohne die Sicherheit des Netzwerks zu beeinträchtigen.

Die Implementierung von sicherem Random Sharding durch Harmony stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Blockchain-Technologie dar und adressiert die wichtigsten Herausforderungen im Zusammenhang mit Skalierbarkeit und Sicherheit. Durch diesen innovativen Ansatz ist Harmony in der Lage, eine skalierbare, sichere und dezentrale Blockchain-Plattform anzubieten, die sich für eine Vielzahl von Anwendungen und Anwendungsfällen eignet.

Höhepunkte

• Harmony implementiert Blockchain-Sharding in drei Dimensionen: Status, Netzwerk und Transaktion und verbessert die Skalierbarkeit und Leistung, indem es eine parallele Verarbeitung und einen reduzierten Speicherplatz pro Validator ermöglicht.
• State Sharding unterteilt die Blockchain und die State-Datenbank in Shards, wobei jeder Shard seine eigene Kette unterhält, so dass Validatoren nur einen Bruchteil des gesamten Netzwerkzustands speichern können.
• Netzwerk-Sharding organisiert Validatoren in separaten Shards, optimiert den Konsens und die Blocksynchronisierung innerhalb von Shards und erleichtert eine effiziente Shard-übergreifende Kommunikation.
• Beim Transaktions-Sharding werden Transaktionen bestimmten Shards zur parallelen Verarbeitung zugewiesen, wodurch der Transaktionsdurchsatz und die Effizienz des Netzwerks erheblich erhöht werden.
• Die Architektur von Harmony ist auf vollständige Skalierbarkeit ausgelegt und nutzt Sharding, einen robusten Konsensmechanismus (FBFT) und einen neuartigen Staking-Mechanismus (EPoS), um Dezentralisierung, Sicherheit und Skalierbarkeit in Einklang zu bringen.
• Sicheres zufälliges Sharding stellt die zufällige Zuweisung und das Mischen von Validatoren zu Shards sicher, wobei kryptografische Methoden (VRFs und VDFs) verwendet werden, um vor Shard-basierten Angriffen zu schützen und die Netzwerkintegrität aufrechtzuerhalten.
• Die Kombination dieser technischen Grundlagen ermöglicht es Harmony, eine skalierbare, sichere und dezentrale Plattform bereitzustellen, die für eine breite Palette dezentraler Anwendungen und Dienste geeignet ist.