引言
將分片技術納入區塊鏈網路，實現交易的並行化處理，是當下以以太坊為代表的眾多區塊鏈專案正在踐行的擴容方案，而2019年也是大批分片專案落地交付的關鍵性一年。
即將於今日14:00上線幣安Launchpad平臺的Harmony正是一個主打分片技術的新興公鏈專案，其核心創新點是狀態分片和P2P網路，旨在為下一代去中心化經濟服務，提供提一個能夠同時容納100億人和1000億臺裝置的平臺。
Harmony基於PoS採用升級版FBFT共識機制，透過特有的狀態分片技術提供更加去中心化、同時安全高效能的區塊鏈網路，目前測試網已在執行當中，測試網上已達到每秒處理11.8萬筆交易的成績，遠超其他分片專案。
此外，作為後起之秀，Harmony採用了類似於以太坊的分片架構設計，在確保分片安全性的前提下去做擴充套件性突破，並將先於以太坊在今年第4季度釋出全功能主網。
小蔥對Harmony專案聯合創始人蘭榮堅進行了專訪，以下為訪談實錄：
Q：Harmony專案在甚麼背景下創立？核心技術目標是甚麼？
A：此前有許多區塊鏈專案已經在嘗試用不同方法提升區塊鏈的效能，以太坊提出了自己的擴容方案——以太坊2.0，但目前開發進展緩慢，擴容升級的實現可能需要到2020年後。
而EOS的DPoS等一批專案，傾向於在犧牲“不能三角”中的一角（如去中心化）的狀態下，去達成區塊鏈效能提升。
意識到這些限制與不足之後，我們想做一條更高效能、更安全、更去中心化的的公鏈。
Harmony打算建立一個支援微交易的電子商務閘道器平臺，在開放的網際網路上，提供一個去中心化的共識協議，做到每秒處理千萬條交易和資料，保證100毫秒左右的延遲，同時讓每筆交易的手續費低於0.1%。
總而言之，Harmony是為下一代去中心化經濟而服務的，提供一個平臺能夠同時容納100億人和1000億臺裝置，旨在建立比世界上最領先的比特幣和以太坊網路還要快1000倍，便宜1000倍的區塊鏈技術。
Q： Harmony的核心定位是甚麼，是否偏向於特定的區塊鏈應用，比如遊戲、金融領域？
A:其實定位於公鏈，本身不一定會偏向某一具體領域的應用，我們比較看重實現應用落地的可行性。當前Harmony較為看好資料交易平臺和遊戲這兩個板塊。
資料交易平臺：交易平臺涉及到各類交易資料的處理，需要用到隱私保護技術，不僅僅是保護幣幣交易的隱私，還包括更多的隱私資料保護，而Harmony的區塊鏈技術能夠提供隱私資料的保護。
遊戲：Harmony透過使用去中心化的隨機數，讓遊戲設計更加公平，不存在一些EOS遊戲能預測隨機數從而讓駭客攻擊或盜幣等問題。
Q：據官方資料，Harmony是一個基於PoS的分片方案，包含一個信標鏈和多個分片鏈，這裡的 “信標鏈”與“分片鏈”各自的核心功能是甚麼？
A：Ziliqila是大家十分熟悉的早期分片技術公鏈，但大家也知道它只有交易分片與網路分片。
與Zilliqa不同的是，Harmony採用了狀態分片，每個片區都能儲存一部分割槽塊狀態，將資料儲存分離，這樣在區塊鏈的狀態檔案越來越大的情況下，可以有效降低對節點裝置的要求，減少交易成本。
Harmony的構架是由一條信標鏈和多條分片鏈組成的多鏈結構，每條鏈的屬性是同質的。
普通的“分片鏈”主要起到賬本維護、共識處理、交易處理的作用。而“信標鏈”則是眾多“分片鏈”中比較特殊的一個，“信標鏈”除了執行共識演算法外，還有三大方面的主要功能：產生去中心化的隨機數、計算POS staking（質押）、做“加速器”代替廣播區塊做資訊蒐集和分發。
1）去中心化的隨機數生成
產生安全、分散式、無偏向、不可預測的隨機數，從而為整個分片系統提供強有力的保障。
隨機數可讓所有的節點完全隨機分配到各個分片中，且可保證每個分片中惡意節點數量在可控範圍內，同時不可預測的隨機數可防止1%攻擊。
2）POS staking（質押）
所有想進入Harmony網路的驗證節點，都需將其代幣stake（質押）至信標鏈，信標鏈再對其進行計算與驗證，才能將節點隨機分配至各個分片。
3）“廣播加速器”，資訊處理中心
分片系統中片與片之間需要進行交易轉賬、驗證確認等資訊的往來，存在較大的溝通成本。之前，跨分片溝通一般透過點對點的區塊廣播來實現，但“廣播模式”資訊傳播路徑長、傳播網路複雜，會產生大量的資料量，網路負荷壓力大。
因此，Harmony利用信標鏈作為一個“資訊中樞”與“加速器”，透過在網路層做“Kademlia”路由機制的最佳化，計算出每個分片間資訊分發的最短路徑，分片將資料透過最短路徑傳送給信標鏈，信標鏈集中收集與分發從而達到跨片溝通的目的。
如此一來，簡化了整體資料處理量，節省資訊處理成本，削減網路開銷且提升了效率。做個簡單比喻，“廣播模式”處理資訊的複雜程度是指數式O（n*n），而信標鏈處理是乘法式O（n）。
值得補充的是，信標鏈與分片鏈都由上百個節點組成，其結構（地位）都是同質的，並無主鏈側鏈之分，這樣的結構更去中心化。
Q：Harmony所採用的FBFT共識機制下，會有一個“領導者”和若干“驗證者”，這裡的“領導者”和“驗證者”分別是如何選出的？我們又如何防止“領導者”作惡呢？
A：“領導者”在分片過程中選出，例如，有1000個節點，10個分片，Harmony會利用隨機數將節點隨機分配到各分片中，每個分片的100個節點中的第一個節點被選為最開始的“領導者”，剩下的節點做驗證者。
但“領導者”只是臨時角色，每個節點至少有一次做“領導者”的機會，且被抽中的機率相同。“領導者”的功能，一是生成區塊，二是在FBFT共識機制裡做所有簽名的收集與分發。
至於“領導者”作惡的情況，一般有兩種：一是不出塊，二是雙花（出了2個塊）。
而每個“驗證者”都有一個計時器，當領導者作惡，共識遲遲達不成時，計時器會進行提醒，這時“驗證者”就可以透過投票選舉下一個“領導者”。
對於作惡的“領導者”，網路會扣留或削減其“stake（質押）”的代幣以作懲罰。
Q：Harmony僅僅依靠分片實現的擴容效果能否滿足商業級應用需求？預期效能想要達到多少，是否有過前期測試？
A：首先，相比不分片的區塊鏈網路，分片網路的效能實現了很大飛躍。之前我們做了一個測試，Harmony網路中100個分片，就跑出了（每秒）11萬8000tps，基於4萬個節點。而比特幣每秒處理的交易僅10筆左右，以太坊每秒處理交易也僅有40筆左右，這拉開了很大距離。
Q：Harmony與其他分片專案如Zilliqa、Quarkchain、Multivac的差異和優勢有哪些？
A：這些專案我們都有研究過，同樣是分片專案，但各自在實現上還是有所差異的。
1）Zilliqa在測試網中實現的2828筆交易每秒（TPS）的速度（基於3600個節點），剛剛提及Harmony的吞吐量更大，效能更高；並且，Zilliqa是沒有佈局狀態分片，這使得他們在可擴充套件性上大打折扣；
Zilliqa的共識機制被稱為PBFT（實用拜占庭容錯）協議，Harmony 是在 PBFT 演算法的基礎上做了大量改良，創造出FBFT演算法（快速拜占庭演算法）。在這個新演算法中，“驗證者”不用廣播他們的投票，只需透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資料量位O（1）的多重簽名，再廣播出去，這使得整個共識過程的訊息複雜度從O（n*n）驟降到O（n）。
2）Quarkchain有狀態分片，不過我們注意到，它的分片的安全性完全依靠主鏈（這與側鏈差別無幾），安全性上難以得到很好的保障，但分片技術的主要問題在於潛在的安全問題，因為攻擊者只需要將算力集中在某個分片上，控制了單個分片即可威脅整個網路。
不同於Zilliqa 或 Quarkchain使用了 PoW 來防止 女巫攻擊（Sybil attack），但對1%攻擊束手無策。Harmony使用的是升級版的拜占庭共識演算法、PoS 代幣權益進行切分和隨機抽樣分片解決1%攻擊。
3）Multivac也有狀態分片，其共識演算法也是基於PBFT，但它的PBFT比較傳統，網路處理效能可能也較差。此外，Multivac的安全隨機數是透過VRF生成的，隨機數並不是分散式的，而是每個單節點自己計算得出。在隨機數協助選舉“領導者”時，可能會出現選出0個領導者或多個領導者的情況，進而影響網路執行速度。而Harmony隨機數透過VRF+VDF生成，可確保惡意攻擊者無法控制單個分片。
Q：Harmony與以太坊2.0-sharding的分片思路是否一致？有何優勢？
A：我們與以太坊設計理念較為類似，即在保證每個分片安全性的前提下再去做進一步最佳化，並且都非常看重隨機數的技術設計與實現，與以太坊有相同的技術要求與水平。
不同的地方在於，我們使用的是PBFT POS共識機制，並且我們的應用會更快地落地應用。
以太坊提2.0擴容方案目前開發進度非常緩慢，擴容升級的實現可能需要到2020年後，Harmony預計在今年第三季度會初步上線主網，在第四季度推出全功能主網。
Q：Harmony專案確切來說是何時發起的，整個開發工作已經耗時多久？當前主要在進行哪些工作？
A：去年6月發起，開發時間將近一年，當前Harmony測試網3.0已經上線一段時間，不久就會推出測試網4.0，之後便是主網上線，預計第四季度實現全功能的主網。
Harmony分片的功能開發已經幾乎竣工，當前主要在做測試調整與最佳化的工作。
Q：目前各個公鏈都孤立發展，各有各的一套技術標準協議和底層設計，生態建設也比較封閉，Harmony在這一塊打算如何突破呢？
A：Harmony也關注到了該問題並在積極推進相關合作。
在技術生態上，我們的開發者工具、環境及資源與以太坊開發者生態是相相容的，以太坊技術生態的開發者和使用者都可以直接遷移至Harmony，不存在太多遷移成本。
此外，等主網上線後我們會繼續拓展開發者工具與資源，可以支援更多的程式語言。
當前Harmony還與大約20-30個專案技術方、應用方（比如產品溯源應用），以及security token等領域的公司等達成了合作，共同促進良好的生態建設。並且，我們比較關注將去中心化應用帶入到地圖服務中，使其降低降低成本提高效率。
Q：據說Harmony代幣將在5月底上線幣安，代幣目前的使用場景主要是哪些？
A：Harmony代幣上線幣安後，可能還會陸續上線其他交易所。Harmony代幣目前使用場景主要有這幾個（其實與其他公鏈平臺的原生代幣功能類似）：
1）Staking，做抵押；2）做交易費；3）用於社羣治理與投票；之後Harmony鏈上的一些應用也可以使用Harmony代幣。
Q：如何看待目前公鏈的整個發展格局？新晉公鏈的發展機遇在哪裡？
A：新晉公鏈與早期公鏈相比，主要有三個方面的不同點（以Harmony為例）。
1）成本低：Harmony成本比以太坊低上百倍；
2）更去中心化：相比於POW，POS機制，Harmony機制更去中心化；
3）包容度更大：能納入更多節點進入網路、准入門檻更低。
