Tolerância rápida a falhas bizantinas (FBFT)

O algoritmo de consenso do Harmony, Fast Byzantine Fault Tolerance (FBFT), é uma adaptação inovadora do algoritmo Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT). A FBFT aumenta a escalabilidade e a velocidade utilizando assinaturas agregadas Boneh-Lynn-Shacham (BLS), que reduzem significativamente a sobrecarga de comunicação, permitindo que a rede alcance o consenso de forma rápida e eficiente.

Na FBFT, o processo de consenso envolve um líder e três fases: anunciar, preparar e comprometer-se. O líder propõe um novo bloco e transmite o seu hash aos validadores durante a fase de anúncio. Os validadores verificam então a mensagem, assinam o hash do bloco e devolvem as suas assinaturas ao líder. A fase de preparação termina quando são recolhidas assinaturas que representam mais de dois terços do poder de voto.

O líder agrega estas assinaturas numa única assinatura agregada BLS e transmite-a juntamente com o bloco completo para iniciar a fase de confirmação. Os validadores verificam então o bloco e repetem o processo de assinatura. O consenso é alcançado assim que a fase de confirmação é concluída, normalmente em 2 segundos na rede principal, demonstrando a eficiência do FBFT.

A conceção da FBFT inclui um protocolo de mudança de vista síncrona para lidar com potenciais paragens no consenso devido a líderes maliciosos. Ao contrário do PBFT, que se baseia num mecanismo de timeout, o protocolo de mudança de vista do Harmony baseia-se em relógios locais e no tempo decorrido desde o último bloco confirmado com sucesso, garantindo robustez e funcionalidade mesmo quando os nós sofrem tempo de inatividade ou dessincronização.

Esta alteração síncrona da vista, combinada com a utilização de assinaturas agregadas BLS, garante a atualidade do consenso FBFT e mantém a eficiência e a segurança da rede. A conceção do protocolo garante que, desde que uma supermaioria de validadores honestos esteja online, o processo de consenso permanece ativo e resistente a falhas.

Prova de participação efectiva (EPoS)

O Effective Proof-of-Stake (EPoS) da Harmony é um novo mecanismo de staking concebido para aumentar a segurança e a descentralização da rede. O EPoS aborda as limitações dos sistemas tradicionais de prova de participação (PoS), introduzindo características que impedem a centralização da participação e garantem uma distribuição justa de prémios entre os validadores.

O EPoS permite que os validadores sejam eleitos com base nos seus tokens em jogo, com o mecanismo a encorajar os validadores a gerirem vários nós se possuírem uma grande quantidade de apostas, apoiando assim a segurança e a escalabilidade da rede. Este sistema garante que os validadores com participações mais pequenas possam ainda assim participar efetivamente na rede, promovendo a inclusão e a descentralização.

O mecanismo EPoS foi concebido para distribuir aleatória e uniformemente as participações por todos os fragmentos, aumentando a segurança de cada fragmento e impedindo que um único fragmento seja menos seguro do que outros. Esta distribuição também reduz o risco de aquisição de fragmentos e aumenta a resiliência geral da rede.

A EPoS incorpora condições de corte para penalizar comportamentos maliciosos, como a dupla assinatura, e para penalizar nós eleitos mas indisponíveis, garantindo que todos os validadores contribuem positivamente para a segurança e fiabilidade da rede. Esta abordagem incentiva os validadores a manter um tempo de atividade elevado e a aderir aos protocolos de rede.

O modelo económico do EPoS limita a emissão anual de tokens e queima todas as taxas de transação, visando uma inflação zero quando a utilização da rede é elevada. Este modelo proporciona aos validadores um retorno previsível dos seus tokens apostados, encorajando a participação a longo prazo e o investimento na saúde e crescimento da rede.

Comparação com outros mecanismos de consenso

Os mecanismos de consenso FBFT e EPoS do Harmony oferecem vantagens distintas sobre os modelos de consenso tradicionais, como Proof of Work (PoW) e PoS padrão. A eficiência da FBFT na obtenção de consenso, possibilitada pelas assinaturas agregadas BLS, permite a rápida finalização da transação e a redução da sobrecarga de comunicação, tornando-a significativamente mais rápida e mais escalável do que os sistemas baseados em PBFT e PoW.

O EPoS resolve os problemas de centralização associados aos mecanismos tradicionais de PoS, garantindo um processo de eleição de validadores justo e inclusivo e uma distribuição equitativa de recompensas. Este sistema aumenta a segurança e a descentralização da rede, impedindo a concentração de participações e promovendo a diversidade de validadores.

A combinação de FBFT e EPoS posiciona o Harmony como uma plataforma de blockchain mais eficiente em termos energéticos, escalável e segura, em comparação com as blockchains PoW, que se caracterizam por um elevado consumo de energia e uma finalização mais lenta das transacções. Os mecanismos de consenso do Harmony também oferecem melhorias em termos de inclusão e equidade em relação aos sistemas PdS tradicionais, que podem favorecer a concentração de riqueza entre os validadores.

Destaques

• O Fast Byzantine Fault Tolerance (FBFT) do Harmony é uma versão avançada do PBFT, utilizando assinaturas agregadas BLS para reduzir os custos de comunicação e obter consenso em 2 segundos, melhorando a escalabilidade e a velocidade.
• A FBFT funciona através de um modelo baseado em líderes com fases de anúncio, preparação e confirmação, garantindo um consenso rápido com um requisito de mais de dois terços do acordo dos validadores, mantendo a eficiência e a segurança da rede.
• O protocolo de mudança de vista síncrona no FBFT aborda potenciais bloqueios devido a líderes maliciosos, confiando nos relógios locais para controlo do tempo, garantindo que o consenso permanece ativo e robusto mesmo com o tempo de inatividade dos nós.
• O Effective Proof-of-Stake (EPoS) no Harmony introduz um mecanismo justo de staking e eleição de validadores que evita a centralização de staking, suporta múltiplos nós para grandes interessados e assegura uma distribuição equitativa de recompensas.
• O EPoS reforça a segurança dos fragmentos distribuindo uniformemente as apostas por todos os fragmentos e incorpora condições de corte para penalizar comportamentos maliciosos, promovendo a fiabilidade da rede e a responsabilidade do validador.
• Em comparação com os mecanismos de consenso tradicionais, como PoW e PoS, o FBFT e o EPoS do Harmony oferecem uma finalização mais rápida das transacções, menor consumo de energia, maior escalabilidade e segurança e descentralização melhoradas, estabelecendo um novo padrão nos modelos de consenso de blockchain.