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2019
07/07
22:33
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  • 虽然比特币网络运行了10年,但仍有很多争议。一个被人诟病最多的地方,就是比特币通过Pow机制挖矿,需要耗费大量的电力资源,是对地球资源的巨大浪费。


    那么,是否存在一种可以解决这个矛盾的机制?



    比特币挖矿

    通俗地说,区块链就是一个去中心化的账本。「记账」工作本身非常简单,就是把真实、有效的转账记录,如实地写入账本里。、



    区块链账本公开透明,人人都可以记账。


    问题是,虽然记账简单,但你也得让别人愿意帮你记账才行。所以,传统银行要发工资招人完成记账,比特币系统通过比特币激励招矿工完成记账。


    那比特币「挖矿」的意义是什么呢?


    对于比特币系统而言,需要有人来参与完成记账工作,挖矿是分配记账权的一种方式。


    对于比特币矿工而言,花了大量的人力、物力、财力购买矿机、搭建矿场,参与挖矿就是要赚取系统奖励的比特币,博取利润。


    那问题又来了,该怎么合理地分配记账权让矿工持续地参与记账呢?即采取什么共识机制维持系统稳定运转呢?


    中本聪设计比特币时,采用了PoW机制,矿工通过算力公平竞争,争夺比特币网络的记账权。


    有奖励矿工才有动力,但奖励分配公平才能让矿工持续努力。


    比特币的PoW机制,证明工作量的是算力。每一道题,只能靠矿机计算,谁算得越快,谁就越有可能获得奖励(付出越多回报越大,即确定性)。但算得快、算得多不代表算得准(随机性),因此付出算力的矿工都有机会获得奖励。


    整体而言,付出就有收获,付出越大收获越大。所以,比特币的PoW机制分配奖励让矿工感觉公平,矿工们愿意持续挖矿。比特币系统也为此公平合理地分配了系统的记账权,将记账权给了认真工作的矿工手上。这保证了整个比特币网络在过去的将近10年时间里,平稳运行比特币白皮书发布于2008年,但最早的比特币是2009年1月份由中本聪挖出


    pow总的来说就是是矿工在处理交易数据的同时不断地进行哈希计算,求得一位前23位为0的哈希值,这个值成为nonce黄金数。当全网有一位矿工哈希出nonce时,他就会把自己打包的区块公布出去,其他节点收到区块验证区块后一致认同该区块接到了区块链上,然后继续进行下一个区块的打包和哈希计算。


    这个设计能够保证整个区块链系统的持续性、健壮性和安全性。其优点包括:


    优点

    • 完全的去中心化

    • 节点自由进出,容易实现

    • 破坏系统需花费巨大成本,因此可保障系统安全。


    但在这个过程中,需要等待多个确认,而且通过算力比拼必然会牺牲掉一部分最终一致性(因为会有分叉的产生)。因此,POW也不可避免地存在如下缺点:


    缺点

    • 对节点的性能网络环境要求高

    • 无法达成最终一致性

    • 最关键的一点,浪费能源!


    于是,我们可以看到,POW之后,又有许多项目对共识机制进行了探索,例如POS、dPOS等等,不一而足。

    然而,这些共识机制并没有对挖矿的本质产生颠覆性影响。对于挖矿的理解,也仍然还停留在ASIC芯片或者显卡。直到2014年6月,一个名为Burst的项目上线。


    什么是POC

    在区块链层出不穷的项目中,Burst算不得很突出。但它却为整个区块链世界带来了一种全新的共识机制:POC(proof of capacity,容量证明)。


    与POW不同,在其诞生之初,POC并未受到大量关注。挖矿仍然是以POW为主。但随着IPFS和Filecoin的横空出世,POC共识机制开始进入矿圈视野,POC共识算法所开创的的硬盘挖矿也迎来了一波又一波热度。



    什么是POC机制


    POC共识算法开创了硬盘挖矿模式的先河,POC是一种利用电脑硬盘空间来挖矿的共识算法,目前大部分数字货币挖矿采用的是POW(工作量证明),仅有SINOC、Burst使用POC挖矿模式。


    相比 POW (传统数字货币BTC,ETH的工作证明)不停改变区块头的某个数字来猜测正确的哈希值,POC 把你猜数字的工作量变成了硬盘空间里的“测绘”(plotting)的工作量,每个区块都会绑定一个专属的“谜题”,在挖矿还没开始前,网络就会把破解这个谜题的计算方法(solutions)储存在你的硬盘空间里,这些计算方法有的比较快,有的比较慢,如果你的硬盘里恰好有一个计算方法,是目前最近产生的这个区块里的谜题所对应的“最快解”,那么你就赢得了这个区块的记账权,挖矿的奖励就是你的。


    POC 背后真正的挖矿算法,如果要实时计算的话是非常复杂的,而产生一个区块的时间又太短(平均每 4 分钟产生一个新的区块),因此这种挖矿的计算方法必须提前存储在硬盘驱动器的空间里。最终如果你在硬盘空间里拥有越多的计算方法(也被称为plots),你用最快的速度去破解当前这个区块的谜题,实现的概率也就越大。


    简单点说:相比 POW 不停改变区块头的某个数字来猜测正确的哈希值,POC 把你猜数字的工作量变成了硬盘空间的“测绘”(plotting)的工作量。每个区块都会绑定一个专属的“谜题”,在挖矿开始之前,网络就会把破解这个谜题的计算方法(solutions)储存在你的硬盘空间里。这些计算方法有的比较快,有的比较慢,如果你的硬盘里恰好有一个计算方法,是目前最近产生的这个区块里的谜题所对应的“最快解”,那么你就赢得了这个区块的记账权——挖矿的奖励就是你的了。


    POC机制的由来


    长期以来,大多数人对挖矿的理解还在ASIC芯片或者显卡,然而2014年6月,一个名为Burst的项目上线,为世界带来了一种全新的共识机制:POC(prove of capacity,容量证明)。然而这种POC机制却没有像POW那样收到关注,矿业还是以POW挖矿为主,直到Filecoin带起的一波硬盘挖矿的热度, POC共识机制才开始逐渐进入矿圈视野。


    如果说POW机制是所有矿工利用算力去寻找一个随机的哈希数来打包区块,那么POC共识机制可以简单理解为:通过某种既定的算法产生数量众多的伪随机数,并将这些随机数存入硬盘,在竞争打包区块的时候,只需要通过扫盘(也可以称作读盘)一一随机加以匹配来打包区块。


    举例:无论是挖Burst还是SINOC,都要涉及到一个“P盘”的过程,这个P盘的过程,就是把随机数写进硬盘的过程


    所谓的Plotting硬盘就是在硬盘内创建plot文件,你同时会创建一个叫做nonces的东西,Nonces是通过数据不停重复哈希产生的,这些数据包括你的账户ID等等,如果你为Plotting分配越多的硬盘空间,那么你就存储越多的nonces,最终会包括8192个哈希表,这8192个哈希表是成对出现的,每对被称为scoop,每个scoop会被分配一个从0到4095的标号数字。


    挖矿的时候,你会通过某种算法计算scoop,将这个最佳scoop中的哈希通过另一种算法计算出一个时间,这个时间就是deadline,重复上述过程,直到每个scoop都被你计算过一遍,你再从所有计算出的deadline里面找出数值最小的deadline,这个deadline代表了“自从上一个区块生成之后,系统必须经过多长时间才能生成下一个区块,如果在这个时间里,没有人生成下一个区块,也就是没有人计算出的deadline比你更小,那么你就拥有了打包区块的权利”。

    POC的优点

    传统的POW算法通过把区块的生成与芯片需要消耗电力这一物理规律绑定,无人可以逾越这个规律,成功的解决了区块链的安全问题。但是POW也存在诸多缺点:消耗大量能源,对挖矿设备有较高要求。

    从最开始的CPU、GPU,慢慢演变到ASIC,需要专门生产和购买,以上的缺点不可避免的造成了POW挖矿门槛逐渐提高。拥有廉价电力的矿场和矿机厂商逐渐垄断了挖矿市场,矿霸开始出现,并造成了诸多问题。矿难时,大量ASIC设备因为只能挖矿不能做其他用途而被废弃,浪费资源,污染环境。

    BURSTCION的设计者把去中心化作为第一目标,力求人人可以参与,最终,他们成功地提出了一种POC算法。这个BURSTCION还真是低调,都没给自己实现的POC算法起个名字。

    POC算法有如下特点:

    存储硬化,强制占满所有用来挖矿的存储空间.这意味着,提高挖矿效率最有效也是唯一可行的方法是增加用于挖矿的存储容量。


    I/O不敏感,对存储设备的读写速度要求不高。这意味着,并不需要RAID、SSD、甚至是内存等较为昂贵和特殊的存储设备,挖矿的门槛大大降低。


    网络带宽不敏感,挖矿的搜索过程本身是离线的,仅接收、广播交易和区块时,才需要网络。这意味着,不需要大量使用网络带宽这种高度中心化的资源。


    计算资源不敏感,一旦挖矿所需的数据生成完毕,实际挖矿过程中,几乎不需要计算资源参与。这意味着,挖矿不再需要强大的CPU、GPU,不再需要消耗大量能源。


    总结

    POC空间容量证明机制完美地避开了电力资源浪费和AISC化矿机这两个大难题。


    POC从空间维度重新定义了共识机制,从2014年诞生起,经过5年的市场考验,POC共识基于POW诞生而来,继承了POW机制的基本属性并在此基础上又革新,POC减少了信任成本(耗电低),增加了共识扩张性(全球人人可以参与,门槛低),共识的强度和广度也更强。



    POC机制根本不需要大量的哈希运算,而是将已经计算好的散列函数的方案值存放到硬盘中,硬盘每几十秒扫描一次硬盘,以便寻找到正确的方案值,这个过程消耗的仅仅只是硬盘扫描的电力,扫盘过程中不存在哈希计算。这就避免了大量的电力损耗。


    硬盘还存在天然抗AICS化的特性,POW共识下的挖矿,矿工们可以不断升级挖矿设备来获得更大的算力,最终的导向就是变成AISC矿机。POC挖矿不会存在这个问题,矿工们唯一能做的就是不断扩大硬盘容量以获取更大的收益。同时硬盘还有很高的保值率,一旦停止挖矿,硬盘可用于存放资料,二手转卖等。


    硬盘挖矿是一个人人可以参与的挖矿行为,全球数以亿计的人拥有硬盘,一旦全球矿工参与到POC共识系统,POC将变得牢不可破,安全性大大提高,硬盘挖矿将会成为共识算法机制里的另一块高地!


    POC的挖矿经济模型可以防止经济模型攻击,利用买方卖方以及挖矿方式,让所有的矿工成为生态利益的共同体,并用币作为新型生产资料代替了原本的电力消耗资源,使整个POC生态不停的自主扩张。


    矿场运营商Frank对当前POC生态的看法,他说道:“大众的认知需要时间,一部分先知先觉的比特币矿工已经参与进来了”。


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