POW 工作量证明概念最开始由Cynthia Dwork和Moni Nao在1993年的学术论文提出,意在解决垃圾邮件的问题,他们的基本想法是要求人们在发送电子邮件的时候附带一些“价值”(耗用的时间、设备、或者能源作为担保),这些“价值”需要有一定的计算难度,但同时却又非常容易验证。

随后,中本聪将工作量共识机制引入到比特币白皮书中。论文中提到,在进行随机散列计算时,POW引入了对某一特定值比如SHA-256的扫描工作,同时对随机数(Nonce)进行寻找,以此构建工作量证明。


自2009年第一枚比特币被挖出以来,加密货币世界的大门自此打开,一时间,加密爱好者涌入挖矿大军中,早年如虫哥、李笑来、宝二爷等。

随着矿工人群的扩大,竞争越来越激烈,矿工们不得不投入精力在提高挖矿的性能上,由最开始的CPU挖矿,逐渐演变为GPU、AISC集成电路挖矿,这就导致了一个非常严重的问题:电力的巨额消耗。

BTC目前全网算力高达43.42EH/S,以目前市面上流行的S9蚂蚁矿机为主,S9算力平均值为13TH/S,换算下来BTC全网算力相当于3340000台S9矿机的算力!在使用工程中,S9的功率为1500瓦,每天的耗电量为36瓦,一个月一台S9 的耗电量为1080瓦,如果乘以3340000台机器,一年BTC网络的耗电量高达432亿度!BTC网络一年的耗电量已经超过了159个国家,占据全球耗电量的0.2%!


此外,由于ASIC等芯片的产生,比特币也面临越来越中心化的挑战,比特币的现状与中本聪最早的“一人一票”、去中心化的设计相去甚远。

那么有没有一种新型的共识机制出现呢?

POC空间容量证明

容量共识机制POC(proof of capacity) ,空间容量证明,又称之为POS (proof of space)在2014年被提出。

空间容量证明利用的是计算机的硬盘空间大小而不是电脑的计算能力。硬盘的容量越大,可以储存在硬盘里的方案值就越多,矿工就越有机会匹配到其中所需要的哈希值,从而有更多的机会获得奖励。简单点来说,就是在开始挖矿之前在你的硬盘里计算和储存好shabal散列函数问题的解决方案,提前将函数的答案放到硬盘里面去。

打个比方,挖矿过程就相当于我们将彩票存放到硬盘里,系统每隔几分钟公布一次“中奖号码”,谁拥有与“中奖号码”最相匹配的彩票,那么谁就获得奖励!

容量证明技术原理

容量证明涉及到两个部分:绘制(Plotting)和计算截止日期:

1、 绘制(Plotting)

绘图,也称为创建绘图文件,根据硬盘的大小,绘制周期也将不同,一般为几天甚至数周??蠊の嫱挤峙涞挠才炭占湓蕉?,存储的nonce就越多。一个随机数最终将包含8192个哈希值,这8192个哈希是成对组织的,称为scoop,每个scoop会被分配一个从0到4095的数字。


2、计算截止日期

在挖矿过程中,你需要计算一个0到4095之间的一个勺数。假设你的计算给你一个42的勺数,然后你会去挖掘一个42的nonce1并使用该scoop数据计算一个时间量,这个时间称为截止日期。你对硬盘上的所有nonce重复此过程,在计算完所有截止日期后,你将选择最短期限,截止日期表示“在允许创建块之前,最后一个块被创建后经过的秒数”,如果没有其他人在这段时间内创建一个区块,你创建了一个区块便会获得一个区块奖励,因为你能够生产的截止日期比其他矿工的截止日期短,你比其他矿工快,所以你将得到奖励。

POC的优势:

POC挖矿减少了大量的计算,同时避免了AISC化的矿机出现,大大降低了挖矿的门槛和矿工的成本,POC的优势愈发明显:

抗AISC 化、节能:没有了专业的挖矿设备,硬盘挖矿的门槛更低。全球拥有硬盘设备的人不计其数,这将使得矿工们更加分散,更加去中心化,矿工们的收益也将大大提高。同时挖矿过程中所产生的电力也是极低的,一块硬盘平均耗费5~8瓦。


重复利用:矿工们一旦停止挖矿,便可以删除硬盘内的数据,将硬盘重新用于任何其他资料存储等。

总结:

POC使用物理硬盘空间作为证明,解决了POW持续浪费大量电力的问题。POC容量证明无疑是具有创新型的共识机制,它不仅颠覆了过去几年的传统挖矿方式,它还可能造就一个完全分散的生态系统,届时全球数以亿计的硬盘拥有者将会参与到这个生态中,全民参与挖矿,真正实现中本聪人人挖矿的理念。

市面上以POC为共识机制的加密货币还比较少,最为突出有BHD(比特硬盘),BHD更是具有硬盘黄金的说法,共计发行量2100万枚,与BTC一样,挖矿4年减半。POC是未来,采用POC共识机制的加密货币BHD会不会是下一个十年里的“BTC”呢?


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