目前而言，雖然走入現實技術和應用的區塊鏈正慢慢被普羅大眾接受，但離其廣泛應用顯然還有相當一段長的路要走，這其中，最大的一個障礙就是區塊鏈本身的響應速度問題。越來越多的商家開始接觸、了解并接受用比特幣和以太坊等虛擬貨幣支付進行交易的概念，但如果真要將虛擬貨幣當成一種正規且通用的支付手段，并占據跨境交易市場，它的性能和相應的技術基礎就需要達到Visa和Mastercard等這些人們早已習慣的傳統支付方式正面競爭的水平。

從現有的事實看，區塊鏈還太落后了。目前區塊鏈的性能還無法滿足這一要求，比特幣每秒只能處理不到10筆交易，以太坊哪怕在最高峰時每秒也只能處理不到40筆交易，相比之下，Visa每秒處理的交易可達2000~5000筆，差距顯而易見。

目前多個區塊鏈項目已經在嘗試用不同手段解決區塊鏈的性能問題。以太坊提出了自己的擴容方案——以太坊2.0，但目前開發進度非常緩慢，擴容升級遙遙無期。在區塊鏈領域，為了提升性能，通常需要犧牲其安全性或去中心化程度，這就是大家常說并被廣為接受的區塊鏈“不可能三角”理論。分片技術作為最新的擴容方案，是唯一一個突破不可能三角的方向。區塊鏈的分片簡單來講，就是分而治之，將整個區塊鏈賬本橫向切分為更小的賬本。其實，傳統的中心化信息系統早已經開始使用分片技術，但直到近期，這一技術才開始被區塊鏈世界所重視。

Zilliqa可能是大家第一個想到的區塊鏈分片項目。被稱作“高性能公鏈”的Zilliqa在測試網中實現了2828筆比交易每秒（TPS）的速度。需要注意的是，在分片系統中，TPS交易速度（TPS）會隨節點數量的增加而增加，Zilliqa的這個TPS數值是在3600個節點中獲得的。在過去的一段時間里，除了Zilliqa還有一些新項目也在利用分片技術開發高性能區塊鏈。其中最令人期待的項目之一便是在過去一年里潛心開發的公鏈Harmony。作為下一代的開放式高性能公鏈，Harmony的愿景是無縫鏈接數十億人的經濟運轉。為了達到這個目標，Harmony在區塊鏈協議層、網絡層和系統層都做了大量創新。

是什么讓Harmony團隊在眾多公鏈項目中脫穎而出？讓我們來深度剖析一下Harmony與Zilliqa等項目到底有何不同。

State Sharding狀態分片技術

盡管都是打著分片技術的期號，但Harmony和Zilliqa的分片技術顯然有所差異。Zilliqa僅對網絡和交易進行了分片，而Harmony則在這一基礎上，進一步對區塊鏈狀態進行了分片處理。簡而言之，Zilliqa是將網絡節點分到不同的分片，每個分片包含幾百個節點（即網絡分片），這使得不同的交易可以被各分片同時處理（即交易分片）。然而，為了能夠處理跨片交易，每個分片的每個節點都需要存儲區塊鏈的整個賬本數據，這使得某些性能差的節點無法參加到網絡中，進而減弱去中心化。

相比之下，Harmony對區塊鏈的賬本數據也做了進行了分片處理（即狀態分片），團隊將這種在分片技術中各方面突破的總和方案命名為“深度分片”。深度分片，是包括對網絡、交易和狀態的多層分片，同時在網絡層的數據傳輸協議中，利用糾刪碼技術對區塊數據進行分片，使廣播者的網絡壓力很小，再加上引入Kademlia路由協議，讓區塊數據能通過最短路徑傳輸到目的地，在此基礎上，還可以允許小節點的加入，最大限度地保證了去中心化程度。

PBFT Consensus Mechanism/PBFT共識機制

Zilliqa的共識機制被稱為PBFT（實用拜占庭容錯）協議。在這一協議里，一個節點被選為“領導者”，其余節點作為“驗證者”。每一次共識過程包括兩個階段：prepare（準備）和commit（確認）。在每個階段，領導者向所有驗證者廣播一個提議，所有驗證者收到提議后，再反過來將自己的投票意見廣播給其他人，最后每個驗證者都要計算所有收到的其他投票。這個過程導致總消息復雜度為O（n*n），這里n是總節點數。通過簡單的計算可知，這種算法在幾百個節點的網絡中并不實用。

Harmony 在 PBFT 算法的基礎上進行了大量改良，創造出FBFT算法（快速拜占庭算法）。在這個新的算法中，驗證者不用廣播他們的投票，只需通過數字簽名的方式把投票發給領導者即可，領導者把收到的數字簽名合成為一個數據量位O（1）的多重簽名，再廣播出去，這使得整個共識過程的消息復雜度從O（n*n）驟降到O（n）。

此外，驗證者的選取是通過PoS抵押代幣的機制完成的，想要成為驗證者的節點需要抵押一定數量的代幣才有權參與共識。PoS相比于PoW有節能高效的特點，在這點上，基于PoS的Harmony要比基于PoW的Zilliqa具有更多優勢。抵押代幣越多的節點，被選為領導者的幾率越大，但恰恰因為抵押代幣越多，他們才不會輕易作惡，因為一旦被網絡檢查到，他們的抵押代幣將會被全部沒收。

Distributed Randomness Generation/分布式隨機數生成

分片區塊鏈系統通常需要一個隨機的節點分配過程，目的是避免單一分片受到攻擊。這就需要生成一個隨機數來實現隨機的分片過程。隨機數本身需要具有完全不可預測，不可干擾的特性，這樣惡意節點就無法知道它將被分配到哪個分片。此外，這個隨機數的產生過程還需要快速并且可驗證。

在這個問題上，我們先看看Harmony白皮書里提到的其他幾個分片項目方案的做法。項目Omniledger采用的分布式隨機數產生協議叫RandHound，協議中會把所有參與的節點劃分成若干組，我們以c代表組數。這個協議的弱點在于它的復雜度為O（n*c*c），對于節點眾多的區塊鏈系統來說，如此高的復雜度會使協議速度極慢。RapidChain作為比Omniledger更新的分片項目設計，采用了基于Verifiable Secret Sharing（VSS）的分布式隨機數產生協議。雖然這個協議比RandHound快很多，但它并不安全，容易受到攻擊者的干擾和阻礙。大家熟知的項目Algorand用到了Verifiable Random Function（VRF）作為隨機數，雖然它是基于密碼學里重要的技術，但它不是分布式的協議，任何單一節點都可以獨自完成隨機數過程。最后以太坊2.0采用了Verifiable Delay Function（VDF）的最新技術，可以大大提高分布式隨機數協議的安全性。

有了信標鏈的保護，攻擊者必須同時攻陷分片鏈和信標鏈才有可能進行雙花攻擊。不止如此，由于信標鏈在分片鏈區塊頭的廣播中起到了中樞的作用，所導致的網絡開銷僅為O（n）的量級。設想一下，如果沒有信標鏈的幫助，每個分片都需要分別廣播它的區塊頭，那么總體網絡開銷將是O（n*n），這極有可能造成網絡阻塞，而通過信標鏈，Harmony則巧妙地避免了這個問題。

Parting Thoughts/總結

可以看出，Harmony愿景遠大，而一個遠大宏大的愿景是成功改變世界的起點開始。在測試網中，Harmony利用44，000個節點跑出了驚人的118，000TPS的數據。誠然，好的技術也需要有好的落地場景和市場來檢驗，Harmony團隊在市場開發這方面也毫不遜色，相信他們會在不久的將來開拓出自己的市場。除此之外更重要的是，Harmony是一個關注社群建設的項目，他們的開發者一直在Telegram和Discord上積極回答社群問題，并聽取建議。