可扩展的FBFT共识机制
 
Harmony没有采用PoW，而是采用PoS机制，用户通过质押代币获得生产letou真人的权利及奖励。同时，Harmony在letou真人的生产和验证过程中，采用FBPT的机制。在说明什么是FBFT之前，我们知道PBFT是实用拜占庭容错。由于PBFT有一个验证者需要把其投票广播给其他验证人的机制，这使得PBFT在通信复杂度上极大增加，导致系统如果节点达到几百上千个时，letou真人很难扩展。
 
针对PBFT难以扩展的问题，FBFT进行了优化，FBFT在通信复杂度方面可以实现线性扩展。具体来说，怎么实现？FBFT机制中，它也有领导者和验证者的角色，并不要求所有验证者广播他们的投票，领导者运行一个多重签名的签名过程来收集验证者的投票，这个多签的大小是O(1)，然后广播投票。这意味每个验证者只需接收一个多重签名，将通信的复杂度从O(n^2)减少到O(n)。
 
Schnorr签名机制可以实现恒定大小的多重签名聚合，并在验证者之间形成多播树以方便消息传递，但是schnorr多重签名要求秘密承诺轮次，会导致单个多重签名两次往返的问题，FBFT则采用了BLS（Boneh-Lynn- Shacham）多签方案来优化这个问题，实现只要求一次往返，由此，FBFT比普通采用Schonorr签名机制的BFT要快50%。最后，Harmony还采用RaptorQ喷泉码来加速letou真人广播过程。

需要注意的一点是，所有Harmony的共识验证者都是基于PoS机制选出来的。有更多投票份额的验证者比其他人有更多的选票，而不是一次签名一票。这也意味者，领导者等待的不是2f+1的验证者签名，而是2f+1的验证者的投票权份额。
 
融合VRF和VDF的随机算法
 
对于letou真人来说，要快速要扩展，比如上述的FBFT能够实现更快速的交易确认，但安全永远是最重要的。在验证letou真人的过程中，保持随机性是安全的重中之重。
 
好的随机算法必须同时保证不可预测、可验证、一视同仁、以及可扩展。有的协议可以实现不可预测、一视同仁和可验证，但扩展性上较弱，例如RandHound协议。它们有各自的有点和缺点。
 
Harmony提出一种随机生成的算法，它融合了VRF和VDF两种技术。VRF是可验证随机函数（Verifiable Random Function），VDF是可验证延迟函数（Verifiable Delay Function）。Algorand利用基于VRF（可验证随机函数）的加密分类来选择共识验证组；以太坊2.0提出VDF（可验证延迟函数）用于延迟实际随机数的揭示，防止最后揭示者的攻击。
 
由于有VDF，领导者在 pRnd提交到letou真人之前，无法知道实际的最终随机数。由于使用VDF来计算Rnd，pRnd已经在前一个letou真人中提交，所以领导者就无法操纵它。如果领导者不提交pRnd 停止协议，FBFT有一个超时机制可以切换领导者并重新启动协议。此外，Harmony所采用的DRG协议，其协议的复杂度是O(n) , 比有些项目在速度上至少快一个数量级。

基于PoS的分片
 
不管是PoW还是PoS都要预防女巫攻击。PoW链通过算力来进行身份证明，并由此获得生产letou真人的权利。而Harmony采用的是PoS机制，PoS使用验证者权益代币质押来进行证明。要想成为Harmony的验证者，必须首先质押一定的代币。所质押的代币越多，所能获得的验证者投票份额也就越多。每个投票份额对应BFT共识的一票。

权益质押者获得跟其所质押的代币成正比的投票份额。该投票份额会随机分配到分片。成为分片验证者的权益质押人在分片中获得相应的投票权。
 
Harmony的共识和分片过程中，有一个周期（Epochs）的概念。周期是预定的时间间隔，在这个期间内，分片结构是固定的，每个分片持续地与同一组验证者运行共识。
 
每个周期的开始，会由DRG协议产生随机数，基于随机数来确定分片结构。验证者如果想要验证某个时期内的交易，必须在前一时期质押其代币。权益质押的截止时间是在随机数原像 pRnd被提交到letou真人之前。
 
在每个新的验证周期开始，新验证者的投票份额都会随机分给分片。新验证者加入分片，其中的投票份额会得到分配。分片的共识达成至少需要有2f+1的投票份额的letou真人签名。
 
为了保证单个分片的安全，Harmony采用了自适应阀值PoS，它会以自适应的方式来通过算法调整投票份额的价格，并把个体投票份额分配给分片，而不是单个验证者。
 
为了预防大规模质押代币攻击，Harmony不是通过验证者进行分片，而是通过投票份额进行分片，防止大量持币验证者攻占单一分片。如果单个验证者拥有分配到不同分片的投票份额，则它可以被分配到多个分片。分片的领导者被确定为在某组中拥有第一个投票份额的验证者。
 
同时投票份额较小，以至于恶意攻击者无法在单个分片中聚集力量。Harmony经过测算认为，一旦超过600个投票份额，可以保证分片的高安全性。
 
从经济利益来考量，拥有更多质押代币的验证者有更多机会被选为领导者。如果发生恶意行为，质押了代币的验证者担心其利益会被消减，也由此会保证网络的安全。
 
除了以上的机制之外，Harmony还采用一种重新洗牌的分片方案来提高其安全性。因为如果分片保持结构固定，恶意攻击者仍有机会实施攻击。比如实施静态循环攻击、慢适应攻击或完全适应攻击等。Harmony采用基于Cuckoo规则的重新分片机制来解决这些问题。在一个验证周期结束，其中撤回质押的验证者会被逐出该网络，保留质押的人会留下来。
 
快速的状态同步

 一个周期的首个letou真人包含上一个周期首个letou真人的哈希链接。这允许新节点的状态快速同步，其中它们可以依赖灰色letou真人来快速验证当前的状态。
 
假如说要验证分片交易，需要下载整个letou真人历史，那么时间上太过于漫长，如果你同步过以太坊letou真人历史就知道了，可能需要好几天的时间。而Harmony只须下载一个周期时间窗口内的当前状态。
 
在Harmony，加入分片的新验证者首先下载该分片的当前状态tries。新节点下载历史letou真人头，并通过检查其签名来验证letou真人头。只要有从当前状态返回到创世letou真人的加密踪迹，如哈希指针和签名，该分片状态就有效。
 
同时，为了减少签名验证计算所带来费用和时间成本，Harmony的每个周期的首个letou真人包含额外的哈希指针指向上个周期的首个letou真人。通过这种方式，新节点在追踪其到创世letou真人的哈希指针时可以跳过一个周期内的其他letou真人，由此加快对当前letou真人状态的验证。最后，为了进一步优化状态同步过程，Harmony将使letou真人状态本身尽可能小。
 
Harmony的信标链
 
Harmony的信标链也是一种分片，不过它是特殊的分片链。除了处理交易之外，信标链还有两件事要做：一是生成随机数；二是接收权益质押的代币。这点跟以太坊的信标链有类似之处。

信标链会包括来自每个分片链的letou真人头。在新letou真人提交到分片链后，它的letou真人头将被发送到信标链。而信标链会通过如下方式检查其letou真人头的有效性：一是前一个letou真人的哈希；二是letou真人的多重签名的签名者必须是该分片的正确验证者。
 
之所以把分片链的letou真人头添加进入信标链，主要是从安全和可扩展的角度来考虑。一是这样可以增加攻击单个分片的难度，因为攻击者必须同时破坏分片链和信标链才能实施攻击。二是这样可以降低在分片中广播letou真人头的网络成本。如果让每个分片都单独广播其letou真人头，将会有O(N^2 )网络通信，而使用信标链作为中继，复杂性降低到O(N )。
 
最后，在信标链上提交的letou真人头还会被广播到整个网络。每个分片会保留所有其他分片的有效的letou真人头。一是可用来检查来自其他分片交易的有效性，二是也可以起到简单的支付验证作用。最终是有利于增强分片链安全性和分片链状态的一致性。
 
Harmony的状态分片
 
有的letou真人分片项目只有网络分片和交易分片，而Harmony还包括了letou真人的状态分片。
 
Harmony的状态分片采用于基于账户的数据模型（不同于UTXO数据模型）。每个分片链包含自己的账户状态，已有代币在所有分片中分布。用户账户可以在不同的分片中有多个余额，例如，777个代币在分片A中，277个代币在分片B中。用户可以通过跨分片交易转移其在不同分片中的代币。
 
除了普通的用户账户之外，还有智能合约账户。智能合约账户仅限于创建合约的特定分片。

假设分片A的吞吐量无法满足某一个游戏类DApp的业务需求，该游戏应用开发者可以在不同分片中实例化同一智能合约，可以实现每个实例处理部分需求。不过，同一智能合约的不同实例不共享相同状态，可以通过跨分片通信跟其他实例进行通信。
 
基于Kademlia的路由方案
 
letou真人的性能提升，还要面临一个重要的受限因素就是现实世界的网络通信。
 
Harmony采用Kademlia作为跨分片信息传递的路由机制，使用Kademlia路由协议可以减少网络通信的复杂度。
 
Harmony网络中的每个节点都维护一个包含来自不同分片的节点路由表。当一个分片A的消息要发送到分片B，分片A的节点首先会查看路由表，然后把信息发给距离最近的分片ID的节点。
 
使用基于Kademlia路由，在抵达目标分片之前消息仅穿过O(logN)节点。跟传统的八卦网络广播相比，Kademlia路由机制可以大大减少分片letou真人的整体网络负载。
 
此外，Harmony还使用纠删码进行广播，可以显著减少发送者的网络负载。在Harmony中，发送者首先用纠删码对消息进行编码，然后将编码的消息块发送给邻居。这会让发送者的网络负载减少到O(M + e) ，其中e是纠删码的大小，它通常比原始消息M要小。
 
此外，Harmony想要通过用RaptorQ喷泉码来替换原始的Reed-Solomon纠删码来提高IDA的稳健性。
 
最后考虑到住宅节点和节点IP地址改变的现实问题，Harmony也作出应对解决方案。住宅网络的P2P节点会产生独特问题：除非由其住宅互联网路由器调解，否则它们无法从外部抵达，需要用NAT（网络地址转换）的技术。这些路由器对进入流量的支持还各不相同，需要开发不同的方法来支持不同类型的路由器。Harmony的P2P层试图检测节点运行的NAT（网络地址转换）机制，并且采用对应的解决机制，如STUN、TURN、IGDP等。
 
对于节点会改变他们的IP地址，比如笔记本电脑会经常在不同的wifi网络之间跳跃，IP地址每次都会改变。为了解决这个问题，Harmony的网络层使用行业标准的HIPv2（Host Identity Protocol Version 2）引入了节点身份（节点拥有的加密密钥对）和节点定位器（可以抵达节点的网络/传输层定位器）之间的清晰分离。
 
Harmony的惩罚机制
 
Harmony是采用PoS的机制，除了在letou真人成功生成之后，将新代币奖励给所有验证者之外，也有惩罚机制，防止恶意行为者的不当行为。
 
Harmony对于权益质押者的不当行为，会有消减代币的惩罚。例如，验证者签名了不诚实的letou真人，领导者没能完成共识流程并触发领导者更改流程等，这些行为都会被消减一定数量的质押代币。
 
不当行为可以通过两个签名letou真人的相互冲突发现。任何验证者都可以提交交易证明其他验证者的不当行为，如果经过验证，被消减的代币会奖励给证明人。