編集者注: この記事は Hash Future からのもので、著者: Chen Zhijia、Meng Yize、Jiang Zewu が許可を得て公開しています。

2009 年に最初のビットコインがマイニングされて以来、ブロックチェーン業界は徐々に拡大し、巨大な世界市場に成長しました。 BTC以外にもLTC、ETH、EOSなど様々なブロックチェーンプロジェクトが後を絶たない勢いで登場しています。現在、イーサリアムだけでも 110,000 を超える ERC20 トークン プロジェクトがあり、プロジェクトのホワイト ペーパーをリリースしている企業は無数にあります。

POW (Proof of Work) コンセンサスアルゴリズム

ビットコインはポイントツーポイント電子決済システムを実装しており、この分散システムの誕生はその POW (プルーフ・オブ・ワーク) コンセンサス・アルゴリズムに依存しています。現在、メインチェーンを備えたブロックチェーンプロジェクトの大部分は依然として POW または改良された POW コンセンサスアルゴリズムを使用しており、POS (Proof of Equity) や DPOS (Proxy Proof of Equity) などのアルゴリズムを使用するプロジェクトは一部のみです。

POW は、分散台帳に簡潔で効果的なコンセンサス生成メカニズムをもたらしますが、いくつかの問題も引き起こします。ハッシュ関数の計算過程で、多くのエネルギーが無駄になります—

報道によると、2017年にはビットコインマイニングにより浪費された電力量がデンマークの年間電力消費量を上回ったという。 [1] さらに、ASIC などのチップの世代により、ビットコインは集中化が進むという課題にも直面しています。ビットコインの現在の状態は、サトシ・ナカモトの初期の設計から大きく進歩しました。

POS メカニズムと DPOS メカニズムには集中化の問題もあり、投票プロセスが煩雑になることが多く、この 2 つが最適なソリューションであることは明らかではありません。 「取引はマイニング」、「ロックはマイニング」、「保険はマイニング」、「マイニングはマイニング」などのスキームを採用したブロックチェーンプロジェクトが市場に出ていることは言及する価値があります。しかし本質的に、これらのプロジェクトはイーサリアム上でERC20トークンを発行するだけです。メインチェーンがないため、これらのプロジェクトにはコンセンサスメカニズムが必要ありません。いわゆるマイニングスキームは本質的にエアドロップスキームであり、インセンティブ手法であり、ブロックチェーンのコアテクノロジーとは必要ありません。

捕虜に由来するエネルギーの浪費と集中化の問題を真に解決し、多様なマイニングソリューションを開発するには、少なくとも次の一連の技術的問題を解決する必要があります。

(1) 多大な労力を費やさない場合、ユーザーが対価を支払ったことを証明するものは何ですか?

(2) この証明はどのように検証されますか?

(3) マイニング競争の勝者はどのようにして決定しますか?

(4) メインチ​​ェーンのフォーク等を回避するには？

空間の証明、空間の証明

技術進歩の過程で、PoSpace 計画は重要な探求を行ってきました。 PoSpace は Proof of Space、空間の証明です。 PoSpace は、ビットコインの PoW メカニズムを置き換え、新しいタイプのコンセンサス メカニズム ソリューションになることを目指しています。

このソリューションはすでにいくつかのブロックチェーン プロジェクトで実装されています。ユーザーが支払ったハードディスク容量を支払い証明として受け取り、ファイルをダウンロードすることでハードディスク容量を占有しますが、占有容量が大きくなるほど、ユーザーの支払い額も大きくなります。

PoSpace は、リソースの無駄を大幅に削減し、ユーザーがハードディスク容量を一度に支払うと、その後のマイニングなどで追加の支払いが不要になるなどの利点をもたらします。一部のチームの計算によると、PoSpace でのユーザーの行動は拡張的なゲーム モデルと見なすことができ、時間が経つにつれて、より多くのユーザーが参加するようになるでしょう。 [1]

ハードディスク容量の改ざん問題に対処するために、PoSpace はノードを認証者と検証者の 2 つの役割に分割します。証明者は通常のノードであり、大規模な情報データ (100G など) を保存する必要がありますが、検証者はデータベースと検証用に証明者が保存した情報の一部を保存します。

ユーザー/認証者が初めてネットワークに参加するとき、選択したストレージスペースに応じて特定の順序でデータを保存する必要があります (保存されるデータはユーザーの公開キーによって決定されるため、各ユーザーのデータは異なります)。 。これらのデータは有向非巡回グラフ構造に格納され、各データ ブロック間の関連関係がマークル ツリーの形式で検証者に送信されます。

このようにして、検証者は公開鍵からどのデータが証明者によって保存されているかを知ることができ、送信されたマークルツリーからデータがどのように保存されているかを知ることができます。

検証フェーズでは、検証者は証明者に「チャレンジ」を送信します。証明者にとっての課題は、データ ブロックのランダムな組み合わせを保存することです。証明者は、チャレンジ情報に基づいて結合データに対応するハッシュ値を生成し、検証者に返し、ハッシュ値が正しいかどうかを検証する。

チャレンジはデータのランダムな組み合わせであるため、データがわずかに異なると、ハッシュ値はまったく異なります。したがって、証明者は正しいハッシュ値を生成するために、「チャレンジ」によって指定されたデータ ブロックを実際に保存する必要があります。検証者は完全なデータベースを保存しているため、証明者から返送されたハッシュ値を検証することもできます。

証明者がデータのごく一部のみを保存しても、検証者のチャレンジに合格する可能性があります (証明者が保存したデータのごく一部には、チャレンジに含まれるデータの組み合わせがたまたま含まれています)。しかし、「チャレンジ」プロセスが何度も繰り返されると、証明者が少量のデータを保存するだけで正しいフィードバックを生成できる確率は大幅に低下します。

したがって、証明者の不正行為は、複数回の検証によって回避することができる。 PoSpaceでの空き確認処理です。

「質量関数」の解決策

ユーザーのストレージ容量を確認する方法では、マイニング競争の勝者を決定する方法がまだいくつかあります。より合理的な方法は、より大きなストレージスペースを持つマイナーがマイニング競争に勝つ可能性が高くなることです。 PoSpace は、「品質機能」を設計することでこの目標を達成します。

「品質関数」は、ある程度のランダム性を維持すると同時に、貢献スペースのサイズに応じて各マイナーが勝つ確率を区別する必要があります。そこで、簡略化した方法としては、検証者のチャレンジに応答し、マイナーからフィードバックされたハッシュ値（数字の列）をそのまま乱数として使用し、その数字の列を、検証者のチャレンジに応じて増減させるというものである。マイナーが占有するスペース。たとえば、マイナーの合計ストレージ容量が N の場合、品質関数を取得するためにハッシュ値が N 回二乗されます。このように、マイナーのストレージスペースが大きくなるほど、品質関数の値は小さくなります。単一のマイニング競争では、最小の質量関数を持つマイナーが勝つと規定できます。

しかし、現時点ではまだ問題が残っています。

マイナーはハードディスク容量を一度に支払った後、マイニングプロセス中にその後の支払いを行う必要がないため、マイニング競争に参加するための費用はかからず、メインチェーンフォークの費用もほとんどかかりません。マイナーのランダムフォークによる二重支出などの混乱を避けるためには、特定のチェーンが唯一のチェーンであることを決定するルールが必要であり、すべてのユーザーはこの一意のチェーンのみを記録します。これが本当のコンセンサスです。

各ブロックは最小の「質量関数」を持つマイナーによってマイニングされるため、品質関数を使用して一意のメインチェーンを決定するのが自然なアイデアです。量 i を設定し、最新のブロックから以前の i ブロックの質量関数を加算して、チェーンの合計質量関数を取得することを規定します。総品質関数が最も小さいチェーンをメインチェーンとして決定し、これに基づいて、初期のブロックの割合が高いことを強調するために、初期のブロックを減らす（重要性を高める）割引関数を追加することができます。 ）。

要約する

要約する

PoSpaceは、物理的なハードディスク容量を支払い証明として利用することで、ビットコインの大量リソースの継続的な浪費の問題を解決すると同時に、ビットコインと同様の機能を備えた電子決済システムを構築することができます。

PoSpace は、POW に基づくコンセンサス メカニズムの大きな進歩と考えることができます。しかし一方で、チェッカーの役割の導入によりシステムのリスクが増大すること、チェッカーをどのように設計・配置するかが依然として問題であること、中央集権化のリスクがあることなど、PoSpace にはいくつかの問題も残されています。ハードディスク容量で証明されているように、少数の人々が莫大な資金を使って大量のハードディスク容量を購入し、マイニングを独占し続け、同様の「51% 攻撃」を引き起こす可能性があるからです。サトシ・ナカモト氏の「CPU チップは個人を表し、各個人には平等なマイニングの機会がある」というビジョンはまだ実現が困難です。

しかし、PoSpace のアイデアは、ユーザーが支払った価格をランダムな方法で検証したり、ブロック品質機能を設計することでマイニング競争に勝つ方法を決定したり、メインチェーンのフォークなど、私たちに多くのインスピレーションを与えてくれたと言わざるを得ません。等この考え方に従うと、「アテンションの証明」や「時間の証明」など、さまざまな使用シナリオに適応するコンセンサス メカニズムを開発することは完全に可能です。

参考文献:

参考文献:

[1]Park S, Pietrzak K, Alwen J, et al. Spacecoin: A cryptocurrency based on proofs of space[R]. IACR Cryptology ePrint Archive 2015, 2015. 

[2] Dziembowski S, Faust S, Kolmogorov V, et al. Proofs of space[C]//Annual Cryptology Conference. Springer, Berlin, Heidelberg, 2015: 585-605.