Tolérance rapide aux pannes byzantines (FBFT)

L'algorithme de consensus d'Harmony, Fast Byzantine Fault Tolerance (FBFT), est une adaptation innovante de l'algorithme Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT). La FBFT améliore l'évolutivité et la rapidité en utilisant les signatures agrégées Boneh—Lynn—Shacham (BLS), qui réduisent considérablement les frais de communication et permettent au réseau de parvenir à un consensus rapidement et efficacement.

Dans la FBFT, le processus de consensus implique un leader et se déroule en trois phases : annoncer, préparer et engager. Le leader propose un nouveau bloc et diffuse son hash aux validateurs pendant la phase d'annonce. Les validateurs vérifient ensuite le message, signent le hachage et renvoient leur signature au leader. La phase de préparation s'achève une fois que les signatures représentant plus des deux tiers des voix ont été collectées.

Le leader regroupe ces signatures en une seule signature agrégée BLS et la diffuse avec le bloc complet pour lancer la phase de validation. Les validateurs vérifient ensuite le blocage et répètent le processus de signature. Le consensus est atteint une fois la phase de validation terminée, généralement en 2 secondes sur le réseau principal, ce qui démontre l'efficacité de la FBFT.

La conception de la FBFT inclut un protocole de changement de vue synchrone pour faire face à d'éventuels blocages du consensus dus à des dirigeants malveillants. Contrairement au PBFT, qui repose sur un mécanisme de temporisation, le protocole de changement de vue d'Harmony est basé sur les horloges locales et le temps écoulé depuis le dernier bloc validé avec succès, garantissant ainsi robustesse et fonctionnalité même en cas de panne ou de désynchronisation des nœuds.

Ce changement de vue synchrone, combiné à l'utilisation des signatures agrégées du BLS, garantit la pérennité du consensus de la FBFT et préserve l'efficacité et la sécurité du réseau. La conception du protocole garantit que tant que la majorité des validateurs honnêtes sont en ligne, le processus de consensus reste actif et résiste aux erreurs.

Preuve de participation effective (ePOS)

Harmony's Effective Proof-of-Stake (ePOS) est un nouveau mécanisme de jalonnement conçu pour améliorer la sécurité et la décentralisation du réseau. ePOS répond aux limites des systèmes de preuve de participation (PoS) traditionnels en introduisant des fonctionnalités qui empêchent la centralisation des mises et garantissent une répartition équitable des récompenses entre les validateurs.

ePOS permet d'élire les validateurs en fonction de leurs jetons misés, le mécanisme encourageant les validateurs à gérer plusieurs nœuds s'ils détiennent une part importante, renforçant ainsi la sécurité et l'évolutivité du réseau. Ce système permet aux validateurs ayant des enjeux plus faibles de continuer à participer efficacement au réseau, favorisant ainsi l'inclusivité et la décentralisation.

Le mécanisme ePOS est conçu pour répartir les mises de manière aléatoire et uniforme sur tous les fragments, afin d'améliorer la sécurité de chaque fragment et d'empêcher qu'un fragment ne soit moins sécurisé que les autres. Cette distribution atténue également le risque de prise de contrôle de fragments et améliore la résilience globale du réseau.

ePOS intègre des conditions strictes pour sanctionner les comportements malveillants, tels que la double signature, et pour pénaliser les nœuds sélectionnés mais indisponibles, afin que tous les validateurs contribuent de manière positive à la sécurité et à la fiabilité du réseau. Cette approche incite les validateurs à maintenir une disponibilité élevée et à respecter les protocoles réseau.

Le modèle économique d'ePOS plafonne l'émission annuelle de jetons et augmente tous les frais de transaction, dans le but de parvenir à une inflation nulle lorsque l'utilisation du réseau est élevée. Ce modèle fournit aux validateurs un retour prévisible sur leurs jetons misés, encourageant ainsi une participation à long terme et des investissements dans la santé et la croissance du réseau.

Comparaison avec d'autres mécanismes de consensus

Les mécanismes de consensus FBFT et ePOS d'Harmony offrent des avantages distincts par rapport aux modèles de consensus traditionnels tels que Proof of Work (PoW) et PoS standard. L'efficacité de la FBFT en matière de recherche de consensus, rendue possible par les signatures agrégées du BLS, permet de finaliser rapidement les transactions et de réduire les frais de communication, ce qui la rend nettement plus rapide et plus évolutive que les systèmes PBFT et POW.

ePOS répond aux problèmes de centralisation liés aux mécanismes de PoS traditionnels en garantissant un processus d'élection des validateurs juste et inclusif et une distribution équitable des récompenses. Ce système renforce la sécurité du réseau et la décentralisation en empêchant la concentration des enjeux et en favorisant la diversité des validateurs.

La combinaison de FBFT et d'ePOS fait d'Harmony une plateforme blockchain plus économe en énergie, plus évolutive et plus sécurisée que les blockchains PoW, qui se caractérisent par une consommation d'énergie élevée et un ralentissement de la finalité des transactions. Les mécanismes de consensus d'Harmony offrent également des améliorations en termes d'inclusivité et d'équité par rapport aux systèmes PoS traditionnels, qui peuvent favoriser la concentration du patrimoine entre les validateurs.

Les temps forts

• La Fast Byzantine Fault Tolerance (FBFT) d'Harmony est une version avancée du PBFT qui utilise les signatures agrégées BLS pour réduire les coûts de communication et parvenir à un consensus en 2 secondes, améliorant ainsi l'évolutivité et la rapidité.
• La FBFT fonctionne selon un modèle basé sur les leaders avec des phases d'annonce, de préparation et d'engagement, garantissant un consensus rapide avec l'exigence de plus des deux tiers de l'accord des validateurs, tout en préservant l'efficacité et la sécurité du réseau.
• Le protocole de changement de vue synchrone de FBFT permet de résoudre les blocages potentiels dus à des leaders malveillants en s'appuyant sur les horloges locales pour le chronométrage, garantissant ainsi que le consensus reste actif et solide même en cas de panne des nœuds.
• Une preuve de participation efficace (ePOS) dans Harmony introduit un mécanisme équitable de jalonnement et d'élection des validateurs qui empêche la centralisation des mises, prend en charge plusieurs nœuds pour les principales parties prenantes et garantit une distribution équitable des récompenses.
• ePOS renforce la sécurité des partitions en répartissant les enjeux de manière égale entre toutes les partitions et en incorporant des conditions strictes pour sanctionner les comportements malveillants, promouvoir la fiabilité du réseau et la responsabilité des validateurs.
• Comparés aux mécanismes de consensus traditionnels tels que le PoW et le PoS, le FBFT et l'ePOS d'Harmony permettent de finaliser les transactions plus rapidement, de réduire la consommation d'énergie, d'améliorer l'évolutivité et d'améliorer la sécurité et la décentralisation, établissant ainsi une nouvelle norme en matière de modèles de consensus blockchain.