失去了去中心化的 Web3，和 Web2 又有什麼區別呢？
作者：闞嘉，西交利物浦大學密碼學博士，經濟的工作量證明發現者，存儲公鏈創業，連續創業者
原用標題：超越比特幣去中心化的區塊鍊是否存在
封面： Photo by GuerrillaBuzz Crypto PR on Unsplash
比特幣和以太坊開始都使用 PoW 作為共識算法，以太坊將在 The Merge 之後轉入 PoS 共識。然而，不管 PoW 和 PoS 共識，都存在中心化問題。經濟的工作量證明 EcoPoW 可以來解決區塊鏈的去中心化問題。
| 特性 | PoS | PoW | EcoPoW |
|---|---|---|---|
| 耗能 | 小 | 貪婪 | 按需 |
| 去中心化 | 高 | 礦池 | 抗礦池 |
| 生產資料 | 幣 | 電力+設備 | 電力/算力/存儲 |
| 輸出 | 鏈安全 | 鏈安全 | 鏈+存儲安全 |
| 馬太效應 | 有 | 有 | 無 |
| 資源限制 | / | 幣價*幣總量 | 無限 |
| 價格區間 | 零-無線 | 成本-無限 | / |
| 價格波動性 | 高 | 低 | 穩定 |
在區塊鏈的不可能三角中，安全，去中心化和高性能無法兼顧。近年來，眾多區塊鍊為了解決高性能問題，往往刻意犧牲去中心化。顯然，安全是區塊鏈的基石，沒有安全的銀行會瞬間坍塌。但一個不可否認的事實是，去中心化是區塊鏈最重要的特徵：失去了去中心化的 Web3，和 Web2 又有什麼區別呢？
比特幣被譽為最去中心化的區塊鏈項目，但其實早已受到了中心化的威脅。中本聰可能也沒有料到，礦池的出現，打破了獨立挖礦的生態，也對比特幣的去中心化造成了不可逆轉的傷害。
超越比特幣的去中心化區塊鏈理論，到底是不是存在？PoS 顯然不是答案。事實上，在 2020 年，新的希望已經出現，那就是經濟的工作量證明 EcoPoW [2]。當時，因為研究還在進行當中，天然對抗礦池這一算法特性還沒有被揭示。後續的研究顯示，超越比特幣的去中心化，這一聽起來像不可能完成的任務，確實是理論可行的。
下面請讀者思考一個問題：
假設您是一位礦工，在什麼情況下，您更願意獨立挖礦，而不是接入礦池？
答案其實很簡單，當我們 solo 挖礦，掙的錢比接入礦池還多的時候，一切就成立了。當礦工接入礦池，礦池將它挖到的幣，按算力分給大家。但是礦工的計算資源，必須按照礦池的規則進行計算。如果礦工本地有真實的計算需求，並且能提供礦池比挖礦還要高的收益，那麼這些計算資源就不必接入礦池。事實上，從比特幣一出生，科學家們就在尋找這樣的算法，比如用算力進行人工智能訓練等。
然而，比起找到有用的算法，更難的是如何在利用算力做有價值的計算同時，也能輸出共識，來保護區塊鏈的安全。人們努力尋找其他算法來代替工作量證明，但是新的算法很難輸出確定性的共識。比如，我們用人臉識別來判斷一隻貓，我們得到的結果，可能是概率性的確定這是一隻貓。但是共識算法需要的結果是，YES or NO，比如，計算出的哈希是不是以 10 個 0 開頭。
早在 2014 年 Permacoin [4] 就嘗試尋找代替 PoW 的共識算法。Vitalik 在 2019 年的文章中指出，有用的工作量證明可能找不到 [1]。
當我們朝著一個方向尋找，卻遲遲沒有找到結果，快要迷路的時候，最好的辦法，就是回到原點。我們驚奇的發現，無需修改中本聰的工作量證明本身，只要對哈希算法的意義重新做出解釋，就可以找到 PoW 算力的全新用途。PoW 算法從來不是 “無用” 的算法。
我們回看一下 PoW 算法發展的歷史：
- 1992 年，Dwork 提出使用使用 PoW 來實現反垃圾郵件 [5]。
- 2008 年，中本聰提出使用 PoW 來作為共識算法，結合最長鏈法則，保護區塊鏈的安全。
- 2020 年，我們提出使用 PoW 來作為共識算法+ 編碼/複製算法，來抵禦外包攻擊。
要學習經濟的工作量證明，需要了解一些基礎知識，比如 PoW 算法，包括哈希單向函數，另外兩個重要的知識點就是外包攻擊和復制證明。理解外包攻擊，我們需要先理解區塊鏈應用的一個子方向，區塊鏈存儲 [6]。
在開放無許可的區塊鏈存儲中，A 可以把文件交給 B，C 和 D 存儲。但是，很快，礦工們就會找到一種作弊方案：B 和 C 發現可以刪除本地文件節約存儲成本，當 A 需要取回文件的時候，B 和 C 一邊從 D 下載文件，一邊把下載好的部分傳輸給 A。
這裡帶來了問題：
- A 付了三份存儲的錢，實際上只有 D 誠實的幫 A 存儲文件。
- 如果 D 也知道了這個省錢方法，刪除了最後一份文件，那麼 A 的三份文件拷貝將永遠消失。
所以，在開放的區塊鏈存儲中，想要自己的文件安全，用戶除了多存幾份拷貝，還要存儲的礦工向用戶證明，他們誠實的使用了存儲資源保存用戶的文件，用戶憑藉證明來支付存儲費用。複製證明算法就是用來抵抗外包攻擊的，這個絕妙的方案被 Filecoin 首先使用，但是他們選擇了其他算法實現編碼和證明。
EcoPoW 自己本身就輸出共識，但它的額外用途就是被作為編碼算法，用於復制證明。這個編碼算法完美的符合了複製證明需要的一切性質，編碼慢，解碼快，編碼貴，解碼便宜。我們在此不去深入探討技術實現，文後會給出其他鏈接供參考 [3]。簡單來說，PoW 利用了哈希輸出的左邊的 bits（二進制，0 越多越難），而 EcoPoW 利用了哈希有右邊輸出作為編碼，nonce 則是編碼的輸出值，而解碼只需要一次哈希即可完成。就是一個簡單修改，給 PoW 算法增加了共識以外的新用途，卻可能會給區塊鏈世界帶來巨大的改變。
使用 EcoPoW 做共識的時候，算力可以被用於用戶存儲文件的編碼，礦工編碼的時候使用唯一的礦工 id，所以生成的複制數據也是唯一的。因為編碼很昂貴，礦工存儲編碼後的文件結果，丟棄編碼結果則需要重新做大量計算，所以礦工會傾向於保存編碼後的結果。當系統要驗證礦工誠實的存儲了用戶的內容的時候，是對編碼後的數據發起挑戰。只要礦工回應了挑戰，證明了數據被誠實的存儲，即可以收到用戶的付款。我們的系統中，用戶付款和礦工收到的是穩定幣，以避免幣價起伏導致用戶和礦工遇到無常損失。礦工則可以有無風險的收入。
本質上，礦工靠出售自己的算力和存儲資源盈利，並且這是一筆週期性的買賣，文件存儲可以有持續的收入。在做文件編碼的同時，消費的算力可以同時源源不斷的給區塊鏈提供安全保護。更重要的，只有真實的存儲需求產生，才會要求礦工計算，避免了礦機挖礦時的貪婪耗電。因為電腦會在沒有計算任務的時候，盡可能的進入低功耗模式。
最終，礦工不會將自己的算力出售給礦池，而會選擇本地消費算力，直接盈利。這就像如果你在打遊戲的時候，遊戲使用了顯卡的算力，你就沒有辦法同時用顯卡挖礦，因為遊戲會卡。如果算力用於文件編碼等有用的計算，就不可能再接入礦池。正是這個簡單的原理，從理論上規避了礦池。基於 EcoPoW 區塊鏈則不再被二三十家大礦池控制，轉而變成一個更中心化的基礎設施。最終，我們將迎來一個數万家礦工全部獨立挖礦的，沒有礦池的去中心化的區塊鏈。這一去中心化程度，有機會超過目前去中心化項目的天花板——比特幣網絡。
為了使用 EcoPoW，我們需要使用此理論，構建全新的區塊鏈存儲系統。區塊鏈存儲的落地會給未來其他應用，提供很大的技術支持和想像空間。另外，如果比特幣在挖完了 2100 萬個幣以後，僅靠交易手續費，有可能會因為無法支付全世界礦工的電費，這會導致保護區塊鏈的算力迅速下降。此時，把 PoW 升級成 EcoPoW 也可能是一種解決方案。
最後，我們從能源的角度分析，能夠用於比特幣安全保護的總電量，取決於比特幣的總量和單價。我們粗略的計算：總電量= 幣總量* 最高單價/ 最便宜的電費。假設幣總量 2100 萬固定不變，只有幣價持續上漲，才能不斷的給區塊鏈提供更多的能源購買力。但是我們都知道，沒有什麼可以永遠漲下去。EcoPoW 為區塊鏈安全帶來了全新的思路，徹底打破了原有的安全天花板。這很像《國富論》裡提到的 “藉由追求他個人的利益，往往也使他更為有效地促進了這個社會的利益”，礦工在追求實際的存儲資源利潤的同時，保護了區塊鏈安全，存儲交易越繁榮，區塊鏈的安全保護更高。在這個信息爆炸的社會，我們永遠不缺文件存儲的需求，基於 EcoPoW 區塊鏈將獲得免費的高安全保護，無需依靠 coin 來激勵。
引用資料
[1] Hard Problems in Cryptocurrency: Five Years LaterHard Problems in Cryptocurrency: Five Years Later vitalik.ca[2] Economic Proof of Work
Economic Proof of Work eprint.iacr.org[3] EcoPoW howto 視頻
https://www.youtube-nocookie.com/embed/ZcrYcDtSteQ[4] Permacoin: Repurposing Bitcoin Work for Data Preservation[5] Pricing via processing or combatting junk mail[6] Protocol Labs - Proof of Replication
免責聲明：作為區塊鏈信息平台，本站所發布文章僅代表作者及嘉賓個人觀點，與 Web3Caff 立場無關。本文內容僅用於信息分享，均不構成任何投資建議及要約，並請您遵守所在國家或地區的相關法律法規。
