Harmony:一文搞懂分片公鏈Harmony、Near、Elrond

大家好我是巴韭特一顆想成為巴菲特的韭菜

新的巴韭特晚餐終于又來了，這段時間在研究分片，看了不少資料，終于完成了這篇文章。

區塊鏈的可拓展性或者說擴容問題一直是行業關注的焦點，以太坊之后的大多數公鏈都致力于解決這個問題，于是也迎來了后來的公鏈大爆發。諸如EOS通過改變共識機制，使用偏中心化的DPoS實現更快的共識確認，IOTA通過改變網絡結構，使用DAG實現更強的拓展性，當然也有通過側鏈或狀態通道實現擴容的二層解決方案，例如Celer。除此之外，分片也是非常重要的擴容解決方案之一。關于分片可能很多人早已聽過，最早Zilliqa以及后來的Quarkchain都是知名的分片公鏈，以太坊也已經計劃在將來版本中使用分片，而在新一代公鏈中，國外知名的分片項目Harmony、Near和Elrond也同樣值得關注。

其中Harmony已登陸幣安并上線了其主網，Elrond也登陸了幣安，并于18年12月底啟動了Pre-Staking，進入主網啟動階段，Near還沒有登錄任何交易所，他們計劃在今年第一季度啟動主網。那么，這三個分片公鏈在技術上到底有哪些區別？他們的市值相差多大？哪個背景更強？哪個會是2020年的黑馬呢？

分片到底是什么？

在分析這三個項目之前，也許需要簡單普及下分片到底是個啥？分片在互聯網領域早已有之，一般稱之為數據庫分片。它指的是將單個數據庫中的數據，通過某種策略分攤到多個表結構與其相同的其他數據庫中，這樣每個數據庫中的數據量就會相對減少很多，并且可以部署在不同服務器上，理論上能夠實現數據庫的無限橫向拓展。在區塊鏈領域，道理也是相似的。分片指的是將區塊鏈網絡中的任務分攤給不同的節點進行處理的一種水平擴容方式。在這樣的網絡中并不是所有的節點共同參與一筆記賬，而是有很多個小組，每個小組單獨記賬，通過這種并行處理的方式來提升整個網絡的性能。

Poly Network攻擊者將999枚Metis轉入OKX:7月8日消息，據推特用戶benmo.eth發推稱，Poly Network攻擊者將999枚Metis轉入OKX，價值約1.5萬美元。[2023/7/8 22:25:49]

以太坊分片方案示意圖，imagebyHsiao-WeiWang分片的目標是能夠在達成共識的同時，減少計算和存儲冗余，并以足夠快的方式處理交易或事務，同時保證網絡有足夠的安全性。舉例來說，假設目前網絡中有1000個節點，可以將節點分為10個小組，每個小組內有100個節點，這樣網絡中的所有交易將會被分給這10個小組進行并行處理。分片有哪些類型呢？

在分片的區塊鏈網絡中，并不一定所有的事務都需要進行分片，通常來講分片有三種類型，分別為網絡分片、交易分片、狀態分片。網絡分片就是將整個區塊鏈網絡進行分組，每個小組叫做一個分片，所有分片同時處理不同的交易，實現并行記賬。或者稱之為物理分片。交易分片就是將交易隨機分到不同的分片或小組，讓某些節點進行記賬，比如可以通過交易Hash或者地址進行分配，也可以通過VRF等隨機的方式進行分配。狀態分片就是把完整的賬本信息存儲在各個分片中，每個分片內各自維護部分的賬本信息。這里可能還會涉及到跨分片數據同步，跨片交易等問題，是最復雜的一種分片方式。關于分片介紹的差不多了，下面我們分別來聊聊這三個項目的分片解決方案吧。

Part1Harmony

Harmony是什么？

Harmony是一個基于狀態分片和PoS的高性能公鏈項目，它的分片架構由一條信標鏈和多條分片鏈組成，信標鏈提供包括去中心化的隨機數，分片鏈Header的驗證，接受驗證節點的權益抵押等服務。在共識算法方面，Harmony在每個分片內部使用FBFT達成共識，FBFT是PBFT深度優化的共識，通過BLS多重簽名，使傳統的PBFT的效率提升了一個數量級，通過這種方式在分片內快速達成共識。下方是FBFT的示意圖：

CZ：我們是Twitter的少數股東，擁有言論自由權:金色財經報道，Binance首席執行官CZ在社交媒體上稱，免責聲明：我們是Twitter的一個極少數股東。擁有不受約束的言論自由。[2023/5/27 9:45:48]

目前Harmony主網v0版本，每個分片內有250個節點，出塊時間在8秒以內，官方說優化后預計達到5秒以內。5秒真男人？？嗯，這是褒義

Harmony怎么保證分片系統的安全性？

在分片公鏈中，可能1%攻擊即可進行雙花。因為網絡分片后，全網算力和抵押代幣數量都被分割了，每個分片只有網絡的N分之一，如果有100個分片，在沒有特殊安全協議的設計的情況下，利用全網1%的算力或權益就可以控制一個分片，進行雙花，甚至憑空創造新幣。Harmony采用了EPoS(EffectiveProof-of-Stake)的有效抵押機制和安全的隨機分片技術(RandomSharding)，靠協議的規定把大戶抵押的代幣打散成許多細小的部分，并隨機分配到多個分片里，這樣任何人就無法把他抵押的代幣集中到單一分片內，從而無法攻擊單一分片。以下是隨機分配權益的示意圖：

上圖中紅色是攻擊者，他的代幣被隨機分配到了多個分片，這樣就沒法在任何一個分片內得到主動權。EPoS不僅有效解決了抵押Stake中心化的問題，同時支持抵押復利和抵押委托。在Harmony的網絡中，抵押者并非按照實際抵押量來獲得獎勵，而是按照”有效抵押“獲得獎勵。有效抵押，簡單來說就是取用戶抵押數量的中位數，所有抵押的代幣數量都在這個中位數上下15%的數值之內。舉個極端的例子好了，假設現在有5個節點，抵押ONE數量分別為1,10,100,200,1000。這里的中位數就是100，那其他節點的”有效抵押“分別為85,85,100,115,115。

*1600個節點的有效抵押圖示EPoS的有效抵押主要是為了減緩“富人越富”效應，以及防止PoS網絡趨于中心化的問題。不過對于這種方式，可能有些大戶并不會特別樂意，我倒是覺得是不錯的解決方案，當然仁者見仁智者見智了。

ConsenSys已更新隱私政策，將收集MetaMask用戶交易時的IP地址和ETH地址:11月24日消息，以太坊基礎設施開發公司ConsenSys更新了其隱私政策，聲明當用戶在MetaMask中使用Infura作為默認RPC時，將在用戶發送交易時收集對應的IP地址和ETH地址。如果用戶使用自己的以太坊節點或第三方RPC提供商，那么Infura和MetaMask不會收集用戶的IP地址或ETH地址，具體情況將取決于用戶所使用的RPC提供商進行的任何信息收集以及他們關于此類要求的條款。[2022/11/24 8:03:34]

Harmony已于2019年7月份上線了其第一階段的主網「DayONE」，它具備分片和共識等基本功能，總共有4個全狀態分片，包括150個基石節點在內的總共600個節點同時參與共識。Harmony如何防止節點被賄賂？

除了1%攻擊之外，還有另一個攻擊方式是賄賂攻擊，既在初始分片結束后，攻擊者通過收買或賄賂的形式，獲得單一分片內的絕大部分權力，進行攻擊。為了避免賄賂攻擊，Harmony引入了基于CuckooRule的隨機再分片機制協議產生安全不可預測的隨機數，這是一種特殊的多方計算MPC方法。DRG協議讓每一個參與其中的節點生成一個本地的VRF(可驗證隨機函數)，然后這些隨機數會被結合起來生成一個preimage數字，并放到下一個區塊中，之后這個preimage會被用來運算VDF(可驗證延遲函數）來生成最終的隨機數。

在DRG中，VRF保證了結果的隨機性，VDF保證了結果的不可干擾性。Harmony已經利用BLS12-381橢圓曲線實現了VRF的功能，并完成了第一個用Go語言實現的VDF可驗延遲函數。VDF的作用可以簡單理解為，是防止最后一個節點在看到前面的隨機數之后，自己快速計算一個有利于自己的隨機數來左右最終結果。而通過VDF可以延遲計算和公布前面的隨機數，從而讓最后的節點無法在最后修改有利于自己的結果。關于VDF更詳細的介紹可以查看這篇文章：《一文搞懂可驗證延遲函數VDF》

Harmony如何優化跨片通信？

在狀態分片中最重要的就是跨片通信。而如果采用簡單的P2P廣播協議，最終系統將產生非常多的消息負載，這樣的系統沒法支持大量的分片。Harmony采用了「Kademlia跨片路由技術」，來控制跨片間通信的網絡開銷，并且利用「糾刪碼」對區塊廣播過程進行優化，使廣播者的網絡壓力更小，避免發送者的網絡瓶頸問題，從而實現高效的橫向分片擴展。糾刪碼是什么？因為下面還會提到糾刪碼，所以這里簡單解釋下，糾刪碼是存儲領域常見的一種數據冗余技術，它可以將數據分割成片段，把冗余數據塊擴展、編碼，并將其存儲在不同的位置，當某些數據丟失時，可以通過重構算法恢復原來的數據。與之有相似功能的是多副本策略，即把數據復制多份存儲起來，以便能恢復。Part2NearProtocol

外媒：與門頭溝被盜相關交易平臺經營者被引渡至美國:8月5日消息，據CNN報道，BTC-e運營商Alexander Vinnik的法國律師Frederic Belot表示，Vinnik已從希臘引渡到美國。

幾周前，美國取消了對Vinnik的引渡請求。然而，如果取消引渡請求，Vinnik可能會被送往希臘，然后再送往美國。

Vinnik被認為是BTC-e的運營商，后者與比特幣交易所Mt.Gox的黑客事件有關，該交易所在744,408 BTC被盜后從未恢復，并且于2014年關閉。Vinnik本人一直否認他經營BTC-e，聲稱他只是在該交易所工作。（CoinDesk）[2022/8/5 12:04:06]

NearProtocol是什么？

Near是基于全狀態分片、對開發者友好的可拓展性公鏈，他們提出了一種新的協議和解決方案，稱之為夜影協議。Near與其他分片公鏈不同的是，它的技術架構并不是由一個信標鏈和多個分片鏈組成的，而是把系統建模成一個單獨的區塊鏈，在區塊級別進行了分片，每個分片中有很多“段”。

具體來說，Near將區塊分為一個個物理組成塊，因為每一個區塊都包含這些物理組成塊，經過對多個區塊的驗證，物理組成塊均相同的時候就可以驗證這些區塊是正確的。每個區塊邏輯上包含所有分片的所有交易，并切分分片的狀態，驗證者只負責驗證交易所針對分片相對應的狀態即可。項目主網上線時計劃是8個分片，24個區塊/塊生產者以及800個驗證人。這意味著每一個區塊切分成8份，然后需要800個驗證人負責驗證24個區塊確認每一個物理組成塊不出問題，相應的NEAR的區塊間隔也就會更低。Near采用了什么共識機制？

Near采用了獨創的稱之為Doomslug的共識機制，該共識機制允許一組區塊生產者只需要一輪通信就可以創建區塊，從而使得每個區塊都不可逆。而且即使有50%的區塊生產者不在線，也依然可以完成。同時他們還推出了一種類似Casper的最終確定性工具，稱之為NightshadeFinalityGadget，它可以保證區塊在不超過1/3惡意攻擊者的情況下會被最終確定，進而增強了網絡安全性。Near如何保證分片的安全性？

為了不暴露特定分片的驗證人，Near通過VRF對驗證人進行隨機分配，隱藏驗證人分配到分片的信息。這樣節點只知道驗證人的存在，卻并不知道每個驗證人所對應的分片是哪個。而且，這些隱藏的驗證人是對塊進行簽名，而不是具體的段，這樣也會隱藏驗證人具體是驗證了哪個分片。

Meta正在調查首席運營官，涉嫌將公司資源用于個人事務:6月12日消息，Facebook母公司Meta正在調查首席運營官、被稱為Facebook二號人物的雪莉·桑德伯格(Sheryl Sandberg)，調查涉及對桑德伯格多年來將Facebook資源用于個人事務的更廣泛審查，包括Facebook員工為支持桑德伯格的倡導職場女性權益的基金會LeanIn所做的工作，以及為她第二本書的寫作和推廣。值得注意的是，稍早之前，桑德伯格在當地時間6月1日宣布，將辭去Meta首席運營官(COO)一職，但將繼續擔任Meta Platforms董事。桑德伯格表示，此舉并不是因為公司面臨的監管壓力，也不是因為目前廣告業務的放緩。（華爾街日報）[2022/6/12 4:19:51]

Near如何保證數據的可用性？

Near也是通過「糾刪碼」來解決分片的數據的可用性問題，因為分片的存在，并不是所有的節點都有所有分片的狀態，如果一些節點沒有某些分片的狀態，就難以保證某些數據的可用性。Near的解決思路是，每一個節點會把他們所制造的區塊分成很多部分發送給不同的驗證者，使得只需要依靠其中的一些部分，就可以重組它這個節點所制造的分片區塊，從而使得數據的可用性能夠得到保證。

Elrond是什么？

Elrond是一個自適應狀態分片的高吞吐量公鏈。他們提出了一種改良的權益證明機制，稱之為安全權益證明的共識機制，引入隨機選擇的共識組，抵押加評級的方式。與Harmony類似，Elrond也有一條主鏈，稱之為公證鏈或元鏈，負責所有網絡和全局數據操作，比如節點加入和離開網絡，驗證人列表，節點分配等。哦，原來元鏈是大哥，都聽大哥的那。。。

Elrond的共識機制是什么？

Elrond采用SPoS共識機制，他們參考了Algorand隨機選擇機制，并進行了改進。Elrond通過隨機選擇共識組，與抵押和評級這些維度相結合的方式來達成共識，它與傳統PoS不同的是，加入了對每個參與打包節點進行評級這個維度，以及共識組內通過pBFT進行簽名確認。Elrond如何跨分片通信？

Elrond執行跨分片通信的策略是使用異步模型。Elrond的每個塊結構由一個區塊頭表示，它包含塊隨機數、輪次、提議節點、驗證節點時間戳等信息，以及包含交易信息的微塊，每個微塊都包含所有事務。在這個網絡中，交易的驗證和執行會先在發送方的分片中完成，然后在元鏈中進行公證并提供執行證明，之后再到接收方的分片中完成并更新余額等。在這個過程中的處理單元就是微塊。

Elrond如何保證安全？

Elrond使用了隨機數來保證安全性，例如將區塊提議者和驗證者隨機采樣到共識組中，并在一個輪次結束后對分片之間的節點進行改組。通過這種方式也可以防止上文所說的賄賂攻擊等。

隨機性是區塊鏈的核心，不僅是在PoS共識中，可能通過持幣量和幣齡，或者隨機數等選擇每一輪的記賬節點，在PoW共識中很重要的一點也是需求某種隨機性。巴韭特評論：

是不是太過于技術了，可能看起來并不容易理解。

于是我做了一張簡單的技術對比圖。把比較知名的幾個做分片公鏈的項目做了一個匯總，其中參考了Harmony幣安的研究報告，以及部分內容聯系官方做了確認。

除了MultiVAC，國內TOPNetwork也是采用了分片解決方案，后面有機會也會研究一下。技術是一方面，對于內容我也想簡單提一下，哈哈哈，其中Harmony讓我看的最透徹，他們在Medium和幣乎有大量的中文資料，而且白皮書和AMA中對技術的闡述條理清晰。Near確實夠技術，技術到夜影協議中文版白皮書我都看不太懂具體的實現方案，更別提其他幾個原版白皮書了，我四級的英文水平，看到頭痛欲裂。

Elrond幾乎很少的中文資料，只看到Tokengazer對他們的分析和評級，還好他們的白皮書和其他資料比較有條理。面對中國市場，技術再厲害，沒有好的內容向大家展示也許是非常可怕的，一個中國區負責人或者一個靠譜的Marketing團隊是很有必要性的。社區需要優質的內容，要不然就只是閑聊的社群而已。三大分片公鏈投資分析

Harmony總發行量126億枚，目前流通量大約37億枚，據Coingecko數據Harmony市值排在143名。他們在18年5月份完成種子輪募資，投資方包括ContinueCapital、CypherMines、Lemniscap、UnivaluesAssociates、Qtum、點陣資本、共識資本等，出售了22.4%的額度總共融了1830萬美元，19年5月份在幣安IEO出售了12.5%的額度又融了500萬美元。投資方背景很強，融資金額還算充裕，不過如果18年5月份融資的以太坊沒有變現，到現在估計也有點捉襟見肘了。Harmony二級市場表現還算可以，目前價格0.0048左右，相較于私募價0.0065雖處于破發狀態，但相較于IEO0.003175的價格還處于盈利。

不過Harmony代幣分配感覺并不是很合理，關于協議進展和生態建設部分讓人摸不著頭腦。

根據團隊公開的代幣解鎖信息，2020年還有兩次種子輪的解鎖，約14億枚。加上協議進展和生態建設以及團隊的代幣，到今年底預計流通量達到70%左右。目前Harmony的Staking好像并沒有開始，他們計劃在Q1開放抵押，預計年化收益率在10%左右。如果Staking將流通量控住在更小的范圍，加之主網之后Dapp的發展，也許還會有不錯的表現，當然也要看團隊的決策和資金了。NEAR是以傳統形式進行的融資，投資方包括MultiCoinCapital、Coinbase、ElectricCapital、MetaStable、百度風投、SVAngel等，共融資1210萬美元。目前Near還未登陸任何交易所，預計Q1啟動主網并登陸交易所。關于代幣分配和解鎖以及私募價格等信息官方暫時沒有公布。最近看到Near來國內做了幾場線下活動，效果還不錯，不過來國內的時間貌似選的并不太好，年底國內的環境和市場并不好，并且沒有大的利好，很難刺激大家的神經。期待春節后的動作吧。Elrond總發行量200億枚，目前流通量大約100億枚，據Coingecko數據Elrond市值排在149名，竟然和Harmony排名相差很少。Elrond相對來說估值低很多，私募出售了19%的額度融了190萬美元，投資者包括BinanceLabs、ElectricCapital、NGC、Maven11、WoodstockCapita。后來Elrond在幣安進行了IEO，出售了25%的額度融資325萬美金。相比來說，Elrond融資應該是最少的，而在官網上看到他們團隊有20多人，成本還是很高的，資金看上去也并不充裕，不知道他們是否有再融資的計劃。目前項目方都不太容易，如果真的有突破和價值，削減成本保證開發，未來可期。最后，感謝大家的閱讀，為了寫這篇文章看了很多資料。可能還有很多點未能詳盡介紹和分析，以后有機會我們再慢慢聊~原創文章，尋求轉賬/業務合作請聯系作者，未經授權嚴禁轉載，違規轉載法律必究。參考資料：

https://info.binance.com/https://elrond.com/https://www.odaily.com/http://www.mimajike.com/https://ethfans.org/https://bihu.com/https://www.chainnews.com/http://near.ai/doomslughttps://github.com/

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