OmniLedger目標是實現區塊鏈設計中的不可能三角的平衡，是基于分片設計的區塊鏈：

1）OmniLedger整體架構

OmniLedger由一條身份鏈（identity blockchain）以及多條子鏈（shard）構成。OmniLedger使用RandHound協議，將所有的Validator分成不同組，并隨機的將這些組分配到不同的分片子鏈，驗證以及共識區塊（如上圖中的（1）Sharding）。OmniLedger的總體架構以及設計的重點如下圖：

ByzCoinX是OmniLedger在ByzCoin基礎上的增強。每個分片子鏈使用PBFT共識算法形成共識，OmniLedger將這個共識算法取名ByzCoinX（如上圖的（2）Consensus）。OmniLedger使用UXTO的賬戶模型，對于跨子鏈的交易，OmniLedger設計了Atomix的跨鏈原子操作，如上圖中的（3）TX Commit。

2）Validator的隨機分組和分配

RandHound協議實現Validator的隨機分組。假設，總共m個Valiator，n個分片，RandHound協議將m個Validator隨機分配到n個分片。每個區塊生成前，所有的Validator都需要重新分組。注意，RandHound協議需要一個“Leader”。OmniLedger算法使用VRF算法確定“Leader“。在每個區塊生成前，所有Validator都需要在identity blockchain上注冊。每個Validator使用VRF計算自己的Ticket，計算方法如下圖：

其中config是注冊在identity blockchain上的所有Validator的信息，v是當前的輪數。對于同一高度的區塊，可能需要多輪共識才能確定。

在一定時間內，所有Validator交換Ticket。Ticket值最小的Validator作為當前的“Leader“。在確定了“Leader”的基礎上，RandHound協議實現所有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設計了Atomix的跨鏈協議- Byzazantine ShardAtomic Commit。Omnil edger使用UTXO的賬戶模型。Atomix 協議的大體流程如下圖：

1） Initialize 初始化階段-假設用戶從shard1以及shard2 （輸入）轉賬到shard3 （輸出），用戶向shard1以及shard2發送跨鏈請求。

2） Lock 鎖定階段- shard1以及shard2鎖定請求，確認交易合法，并在shard1以及shard2記錄下鎖定狀態以及合法交易在區塊中的Merkle路徑證明。

3a） Unlock to Commit階段-提交跨鏈確認請求，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發送跨鏈交易取消。

這樣的跨鏈設計，需要各個分片“監控”其他分片的區塊生成情況。

4） Trust-but-Verify分 層驗證體系

為了更快速的處理大量的小額交易，OmiLedger提出了“先信任后驗證‘的分層處理機制，如下圖：

“先信任后驗證”的體系，包括了兩部分共識： 1）分片共識2）分片區塊合并。分片共識可以采用較少的Validator，加快分片的共識速度以及區塊的確認速度。分片形成的區塊，會被較多的Validator進行再次驗證。這樣的設計在出塊速度以及安全性之間形成平衡。

5）其他細節設計

論文中還提及了其他細節設計，比如區塊鏡像（Snapshot） 以及區塊并行處理。在區塊鏡像前的一些信息可以刪除從而較少存儲的消耗。區塊并行處理指的是，可以并行執行的交易打包在不同的區塊中，這些區塊可以同時共識生成。

6）實驗數據

Omniledger論文中提到，為了驗證實驗數據，部署了60臺機器，每臺機器配置是：Intel E5-2420 v2 CPU，24GB內存以及萬兆網絡。實驗數據表明：

TPS性能隨著分片數量的增加線性增加，如果是16個分片的情況下，TPS達到5850。論文中甚至指出，25個分片的情況下，TPS達到13000。

總結： Omniledger是基于分片的區塊鏈設計。OmniLedger使用 RoundHound和VRF協議將Validator隨機的分配到不同的分片上。每個分片的共識采用PBFT算法。Omniledger能容忍不超過1/3的作惡節點。在實驗室的環境下，TPS性能隨著分片的數量線性增加，16個分片的情況，TPS達到5850，25個分片的情況，TPS達到13000。