OmniLedger目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)中的不可能三角的平衡，是基于分片設(shè)計(jì)的區(qū)塊鏈：

1）OmniLedger整體架構(gòu)

OmniLedger由一條身份鏈（identity blockchain）以及多條子鏈（shard）構(gòu)成。OmniLedger使用RandHound協(xié)議，將所有的Validator分成不同組，并隨機(jī)的將這些組分配到不同的分片子鏈，驗(yàn)證以及共識(shí)區(qū)塊（如上圖中的（1）Sharding）。OmniLedger的總體架構(gòu)以及設(shè)計(jì)的重點(diǎn)如下圖：

ByzCoinX是OmniLedger在ByzCoin基礎(chǔ)上的增強(qiáng)。每個(gè)分片子鏈?zhǔn)褂肞BFT共識(shí)算法形成共識(shí)，OmniLedger將這個(gè)共識(shí)算法取名ByzCoinX（如上圖的（2）Consensus）。OmniLedger使用UXTO的賬戶模型，對(duì)于跨子鏈的交易，OmniLedger設(shè)計(jì)了Atomix的跨鏈原子操作，如上圖中的（3）TX Commit。

2）Validator的隨機(jī)分組和分配

RandHound協(xié)議實(shí)現(xiàn)Validator的隨機(jī)分組。假設(shè)，總共m個(gè)Valiator，n個(gè)分片，RandHound協(xié)議將m個(gè)Validator隨機(jī)分配到n個(gè)分片。每個(gè)區(qū)塊生成前，所有的Validator都需要重新分組。注意，RandHound協(xié)議需要一個(gè)“Leader”。OmniLedger算法使用VRF算法確定“Leader“。在每個(gè)區(qū)塊生成前，所有Validator都需要在idenTIty blockchain上注冊(cè)。每個(gè)Validator使用VRF計(jì)算自己的TIcket，計(jì)算方法如下圖：

其中config是注冊(cè)在idenTIty blockchain上的所有Validator的信息，v是當(dāng)前的輪數(shù)。對(duì)于同一高度的區(qū)塊，可能需要多輪共識(shí)才能確定。

在一定時(shí)間內(nèi)，所有Validator交換TIcket。Ticket值最小的Validator作為當(dāng)前的“Leader“。在確定了“Leader”的基礎(chǔ)上，RandHound協(xié)議實(shí)現(xiàn)所有Validator的分組，并將這些Validator劃分到不同的分片上。

3） Atomix跨 鏈原子操作

為了支持分片間的交易，Omniledger設(shè)計(jì)了Atomix的跨鏈協(xié)議- Byzazantine ShardAtomic Commit。Omnil edger使用UTXO的賬戶模型。Atomix 協(xié)議的大體流程如下圖：

1） Initialize 初始化階段-假設(shè)用戶從shard1以及shard2 （輸入）轉(zhuǎn)賬到shard3 （輸出），用戶向shard1以及shard2發(fā)送跨鏈請(qǐng)求。

2） Lock 鎖定階段- shard1以及shard2鎖定請(qǐng)求，確認(rèn)交易合法，并在shard1以及shard2記錄下鎖定狀態(tài)以及合法交易在區(qū)塊中的Merkle路徑證明。

3a） Unlock to Commit階段-提交跨鏈確認(rèn)請(qǐng)求，用戶向shared3提交commit交易（包括所有輸入的證明），完成跨鏈交易。

3b） Unlock to Abort階段-如果在步驟2中，交易不合法（比如shard2中的交 易不合法），則跨鏈交易需要回滾，用戶向shard1發(fā)送跨鏈交易取消。

這樣的跨鏈設(shè)計(jì)，需要各個(gè)分片“監(jiān)控”其他分片的區(qū)塊生成情況。

4） Trust-but-Verify分 層驗(yàn)證體系

為了更快速的處理大量的小額交易，OmiLedger提出了“先信任后驗(yàn)證‘的分層處理機(jī)制，如下圖：

“先信任后驗(yàn)證”的體系，包括了兩部分共識(shí)： 1）分片共識(shí)2）分片區(qū)塊合并。分片共識(shí)可以采用較少的Validator，加快分片的共識(shí)速度以及區(qū)塊的確認(rèn)速度。分片形成的區(qū)塊，會(huì)被較多的Validator進(jìn)行再次驗(yàn)證。這樣的設(shè)計(jì)在出塊速度以及安全性之間形成平衡。

5）其他細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

論文中還提及了其他細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，比如區(qū)塊鏡像（Snapshot） 以及區(qū)塊并行處理。在區(qū)塊鏡像前的一些信息可以刪除從而較少存儲(chǔ)的消耗。區(qū)塊并行處理指的是，可以并行執(zhí)行的交易打包在不同的區(qū)塊中，這些區(qū)塊可以同時(shí)共識(shí)生成。

6）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

Omniledger論文中提到，為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，部署了60臺(tái)機(jī)器，每臺(tái)機(jī)器配置是：Intel E5-2420 v2 CPU，24GB內(nèi)存以及萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：

TPS性能隨著分片數(shù)量的增加線性增加，如果是16個(gè)分片的情況下，TPS達(dá)到5850。論文中甚至指出，25個(gè)分片的情況下，TPS達(dá)到13000。

總結(jié)： Omniledger是基于分片的區(qū)塊鏈設(shè)計(jì)。OmniLedger使用 RoundHound和VRF協(xié)議將Validator隨機(jī)的分配到不同的分片上。每個(gè)分片的共識(shí)采用PBFT算法。Omniledger能容忍不超過(guò)1/3的作惡節(jié)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下，TPS性能隨著分片的數(shù)量線性增加，16個(gè)分片的情況，TPS達(dá)到5850，25個(gè)分片的情況，TPS達(dá)到13000。