편집자 주: 이 기사는 Hash Future, 저자: Chen Zhijia, Meng Yize, Jiang Zewu가 승인을 받아 게시한 것입니다.

2009년 최초의 비트코인이 채굴된 이후 블록체인 산업은 점차 거대한 글로벌 시장으로 확장되었습니다. BTC 외에도 LTC, ETH, EOS 등 다양한 블록체인 프로젝트가 끊이지 않고 등장하고 있다. 현재 이더리움에만 110,000개 이상의 ERC20 토큰 프로젝트가 있으며, 프로젝트 백서를 발표한 회사는 무수히 많습니다.

POW(작업 증명) 합의 알고리즘

Bitcoin은 point-to-point 전자 지불 시스템을 구현하며 이 분산 시스템의 탄생은 POW(작업 증명) 합의 알고리즘에 달려 있습니다. 현재 메인 체인이 있는 블록체인 프로젝트의 대다수는 여전히 POW 또는 개선된 POW 합의 알고리즘을 사용하며 일부 프로젝트만 POS(Proof of Equity) 또는 DPOS(Proxy Proof of Equity)와 같은 알고리즘을 사용합니다.

POW는 분산 원장에 간결하고 효과적인 합의 생성 메커니즘을 제공하지만 몇 가지 문제도 발생합니다. 해시 함수를 계산하는 과정에서 많은 에너지가 낭비됩니다.

보고서에 따르면 2017년 비트코인 ​​채굴로 인해 낭비되는 전력량이 덴마크의 연간 전력 소비량을 초과했습니다. [1] 또한 ASIC과 같은 칩의 생성으로 인해 비트코인도 중앙 집중화를 높이는 문제에 직면해 있습니다. Bitcoin의 현재 상태는 Satoshi Nakamoto의 초기 설계에서 먼 길을 왔습니다.

POS 및 DPOS 메커니즘에도 중앙 집중화 문제가 있으며 투표 프로세스가 번거로운 경우가 많으며 두 가지 모두 최상의 솔루션이 아닙니다. "거래가 채굴이다", "잠금이 채굴이다", "보험이 채굴이다", "채굴이 채굴이다"와 같은 체계를 채택한 블록체인 프로젝트가 시장에 나와 있다는 점을 언급할 가치가 있습니다.그러나 본질적으로 이러한 프로젝트는 Ethereum에서만 ERC20 토큰을 발행합니다. 메인 체인이 없기 때문에 이러한 프로젝트에는 합의 메커니즘이 필요하지 않으며 소위 마이닝 계획은 본질적으로 인센티브 방식인 에어드롭 방식이며 블록체인의 핵심 기술과 관련이 없습니다.

POW에서 파생된 에너지 낭비 및 중앙 집중화 문제를 진정으로 해결하고 다양한 채굴 솔루션을 개발하려면 최소한 다음과 같은 일련의 기술적 문제를 해결해야 합니다.

(1) 작업량이 많지 않다면 사용자가 대가를 지불했다는 증거는 무엇인가?

(2) 이 증명은 어떻게 검증되는가?

(3) 채굴 경쟁의 승자는 어떻게 결정되는가?

(4) 메인 체인의 분기 등을 피하는 방법은 무엇입니까?

공간 증명, 공간 증명

기술 진보 과정에서 PoSpace 계획은 중요한 탐색을 했습니다. PoSpace는 공간 증명, 공간 증명입니다. PoSpace는 비트코인의 PoW 메커니즘을 대체하고 새로운 유형의 합의 메커니즘 솔루션이 되려고 합니다.

이 솔루션은 이미 일부 블록체인 프로젝트에서 구현되었습니다. 사용자가 지불한 하드디스크 공간을 결제증거로 삼고, 파일 다운로드로 하드디스크 공간을 점유하며, 차지하는 공간이 클수록 사용자의 결제금액도 커진다.

PoSpace는 다음과 같은 이점을 가져올 수 있습니다: 리소스 낭비를 크게 줄이고, 사용자가 하드 디스크 공간에 대해 한 번에 지불한 후 후속 마이닝을 위해 추가 지불이 필요하지 않습니다. 일부 팀의 계산에 따르면 PoSpace의 사용자 행동은 확장된 게임 모델로 간주될 수 있으며 시간이 지남에 따라 점점 더 많은 사용자가 참여할 것입니다. [1]

하드 디스크 공간 위조 문제를 해결하기 위해 PoSpace는 노드를 인증자와 검증자라는 두 가지 역할로 나눕니다. 증명자는 일반 노드로 대용량 정보 데이터(예: 100G)를 저장해야 하며, 검증자는 검증을 위해 데이터베이스와 증명자가 저장된 정보 중 일부를 저장합니다.

사용자/인증자가 네트워크에 처음 가입할 때 선택한 저장 공간에 따라 특정 순서로 일부 데이터를 저장해야 함(저장된 데이터는 사용자의 공개 키에 의해 결정되므로 사용자마다 데이터가 다름) . 이러한 데이터는 방향성 비순환 그래프 구조로 저장되며 각 데이터 블록 간의 연관 관계는 Merkle 트리 형태로 검증자에게 전송됩니다.

이러한 방식으로 검증자는 공개 키에서 증명자가 어떤 데이터를 저장했는지 알 수 있고, 전송된 머클 트리에서 데이터가 어떻게 저장되는지 알 수 있습니다.

확인 단계에서 검증자는 증명자에게 "챌린지"를 보냅니다. 문제는 증명자가 임의의 데이터 블록 조합을 저장하는 것입니다. 증명자는 챌린지 정보에 따라 결합된 데이터에 해당하는 해시 값을 생성하고 이를 검증자에게 반환해야 하며, 검증자는 해시 값이 올바른지 확인합니다.

챌린지는 임의의 데이터 조합이므로 약간 다른 데이터는 완전히 다른 해시 값을 생성합니다. 따라서 증명자는 올바른 해시 값을 생성하기 위해 "챌린지"에 지정된 데이터 블록을 실제로 저장해야 합니다. 검증자는 완전한 데이터베이스를 저장했기 때문에 검증자가 다시 보낸 해시 값을 검증할 수도 있습니다.

증명자가 데이터의 작은 부분만 저장하고 여전히 검증자의 챌린지를 통과하는 것이 가능합니다(증명자가 저장한 데이터의 작은 부분에는 챌린지에 포함된 데이터 조합이 포함됨). 그러나 "챌린지" 과정이 여러 번 반복됨에 따라 Prover가 적은 양의 데이터를 저장하여 올바른 피드백을 생성할 확률이 크게 떨어집니다.

따라서 여러 검증을 통해 증명자의 부정행위를 방지할 수 있습니다. 이것이 PoSpace의 공간 확인 프로세스입니다.

"질량 함수"에 대한 솔루션

사용자의 저장 공간을 확인하는 방법으로 채굴 경쟁의 승자를 결정하는 방법은 아직 남아 있습니다. 보다 합리적인 방법은 더 큰 저장 공간을 가진 광부가 광업 경쟁에서 이길 가능성이 더 높다는 것입니다. PoSpace는 "품질 기능"을 설계하여 이 목표를 달성합니다.

"품질 기능"은 어느 정도의 임의성을 유지해야 하며 동시에 기여 공간의 크기에 따라 각 채굴자가 이길 확률을 구분해야 합니다. 따라서 간소화된 방법은 검증자의 챌린지에 대응하는 것으로, 채굴자가 피드백한 해시값(숫자의 문자열)을 직접 임의의 양으로 사용하고, 숫자의 문자열은 다음과 같이 증감한다. 광부가 차지하는 공간. 예를 들어 채굴자들의 총 저장공간이 N이라면 해시값을 N번 제곱하여 품질함수를 구한다. 이와 같이 광부의 저장 공간이 클수록 품질 함수의 값은 작아집니다. 우리는 단일 채굴 경쟁에서 가장 작은 질량 함수를 가진 채굴자가 승리한다고 규정할 수 있습니다.

그러나 이때 여전히 문제가 있습니다.

채굴자들은 한 번에 하드 디스크 공간에 대한 비용을 지불한 후 채굴 과정에서 후속 지불을 할 필요가 없기 때문에 채굴 경쟁에 참가하는 데 드는 비용이 없으며 메인 체인 포크에 대한 비용이 거의 없습니다. 채굴자의 임의 포크로 인한 이중 지출과 같은 혼돈을 피하기 위해서는 특정 체인이 유일한 체인이고 모든 사용자가 이 고유한 체인만 기록한다는 것을 결정하는 규칙이 여전히 필요하며 이것이 진정한 합의입니다.

각 블록은 가장 작은 "질량 함수"를 가진 채굴자에 의해 채굴되기 때문에 자연스러운 아이디어는 고유한 메인 체인을 결정하기 위해 품질 함수를 사용하는 것입니다. 수량 i를 설정하고 최신 블록에서 이전 i 블록의 질량 함수를 추가하여 체인의 총 질량 함수를 얻도록 규정합니다. 가장 작은 전체 품질 기능을 가진 체인을 메인 체인으로 결정할 수 있습니다. ).

요약하다

요약하다

PoSpace는 물리적 하드 디스크 공간을 지불 증명으로 사용하여 비트코인에서 대량의 리소스가 지속적으로 낭비되는 문제를 해결함과 동시에 비트코인과 동일한 기능을 가진 전자 지불 시스템을 구축할 수 있습니다.

PoSpace는 POW 기반 합의 메커니즘의 주요 발전으로 간주될 수 있습니다. 그러나 동시에 PoSpace에는 여전히 몇 가지 문제가 있습니다: 예를 들어 체커 역할의 도입은 시스템의 위험을 증가시킵니다. 하드 디스크 공간에서 알 수 있듯이 소수의 사람들이 막대한 재정 자원을 사용하여 많은 양의 하드 디스크 공간을 구입하고 계속해서 채굴을 독점하며 유사한 "51% 공격"을 일으킬 수 있기 때문입니다. "CPU 칩은 개인을 나타내며 각 개인은 동등한 채굴 기회를 갖는다"는 Satoshi Nakamoto의 비전은 여전히 ​​실현하기 어렵습니다.

하지만 사용자가 지불한 가격을 무작위로 검증하고, 블록 품질 기능을 설계하여 채굴 경쟁에서 이기는 방법을 결정하고, 메인 체인 포크, 등. 이러한 생각에 따라 "주의 증명", "시간 증명" 등과 같은 다양한 사용 시나리오에 적응하는 합의 메커니즘을 개발하는 것이 전적으로 가능합니다.

참조:

참조:

[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.