Fast Byzantine Fault Tolerance (FBFT) (tolerância rápida a falhas bizantinas)

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 o dimensionamento 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 seu hash aos validadores durante a fase de anúncio. Em seguida, os validadores verificam a mensagem, assinam o hash do bloco e retornam suas assinaturas ao líder. A fase de preparação é concluída quando as assinaturas que representam mais de dois terços do poder de voto são coletadas.

O líder agrega essas assinaturas em uma única assinatura agregada BLS e a transmite junto com o bloco completo para iniciar a fase de confirmação. Em seguida, os validadores verificam 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 da FBFT.

O projeto da FBFT inclui um protocolo de mudança de visualização síncrona para lidar com possíveis paralisações no consenso devido a líderes mal-intencionados. Ao contrário do PBFT, que se baseia em um mecanismo de tempo limite, o protocolo de alteração de visualização do Harmony se baseia em relógios locais e no tempo decorrido desde o último bloco confirmado com êxito, garantindo robustez e funcionalidade mesmo quando os nós passam por tempo de inatividade ou dessincronização.

Essa mudança síncrona de visualização, combinada com o uso de assinaturas agregadas de BLS, garante a vivacidade do consenso da FBFT e mantém a eficiência e a segurança da rede. O projeto do protocolo garante que, enquanto uma supermaioria de validadores honestos estiver on-line, o processo de consenso permanecerá ativo e resistente a falhas.

Prova de participação efetiva (EPoS)

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

O EPoS permite que os validadores sejam eleitos com base em seus tokens apostados, com o mecanismo incentivando os validadores a executar vários nós se possuírem uma grande quantidade de apostas, apoiando assim a segurança e a escalabilidade da rede. Esse sistema garante que os validadores com participações menores ainda possam participar efetivamente da rede, promovendo a inclusão e a descentralização.

O mecanismo EPoS foi projetado para distribuir as participações de forma aleatória e uniforme em todos os fragmentos, aumentando a segurança de cada fragmento e evitando que um único fragmento seja menos seguro do que os outros. Essa distribuição também reduz o risco de aquisição de fragmentos e aumenta a resiliência geral da rede.

O EPoS incorpora condições de corte para penalizar o comportamento mal-intencionado, como a assinatura dupla, e para penalizar nós eleitos, mas indisponíveis, garantindo que todos os validadores contribuam positivamente para a segurança e a confiabilidade da rede. Essa abordagem incentiva os validadores a manter um alto tempo de atividade e a aderir aos protocolos de rede.

O modelo econômico do EPoS limita a emissão anual de tokens e queima todas as taxas de transação, visando à inflação zero quando o uso da rede é alto. Esse modelo oferece aos validadores um retorno previsível sobre seus tokens apostados, incentivando a participação e o investimento de longo prazo na saúde e no crescimento da rede.

Comparação com outros mecanismos de consenso

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

O EPoS aborda as preocupações de centralização associadas aos mecanismos tradicionais de PoS, garantindo um processo de eleição de validador justo e inclusivo e uma distribuição equitativa de recompensas. Esse sistema aumenta a segurança e a descentralização da rede, evitando 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 de energia, dimensionável e segura em comparação com os blockchains PoW, que se caracterizam pelo alto consumo de energia e pela finalização mais lenta das transações. Os mecanismos de consenso do Harmony também oferecem melhorias em termos de inclusão e justiça em relação aos sistemas PoS 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 de BLS para reduzir os custos de comunicação e obter consenso em 2 segundos, aumentando a escalabilidade e a velocidade.
• A FBFT opera por meio de um modelo baseado em líderes com as fases de anúncio, preparação e confirmação, garantindo um rápido consenso com a exigência de mais de dois terços de concordância dos validadores, mantendo a eficiência e a segurança da rede.
• O protocolo de mudança de visualização síncrona no FBFT aborda possíveis paralisações devido a líderes mal-intencionados, confiando em relógios locais para cronometragem de tempo, garantindo que o consenso permaneça ativo e robusto mesmo com o tempo de inatividade do nó.
• O Effective Proof-of-Stake (EPoS) no Harmony introduz um mecanismo justo de staking e eleição de validadores que evita a centralização de staking, oferece suporte a vários nós para grandes participantes e garante a distribuição equitativa de recompensas.
• O EPoS aprimora a segurança dos fragmentos distribuindo uniformemente as participações em todos os fragmentos e incorpora condições de corte para penalizar comportamentos mal-intencionados, promovendo a confiabilidade 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 finalização mais rápida das transações, menor consumo de energia, maior escalabilidade, segurança e descentralização aprimoradas, estabelecendo um novo padrão nos modelos de consenso de blockchain.