Proof of Space ขจัดความสูญเปล่าซึ่งเป็น "ตัวการใหญ่" ของกลไกฉันทามติ
หมายเหตุบรรณาธิการ: บทความนี้มาจาก Hash Future ผู้เขียน: Chen Zhijia, Meng Yize, Jiang Zewu เผยแพร่โดยได้รับอนุญาต
นับตั้งแต่มีการขุด bitcoin ครั้งแรกในปี 2009 อุตสาหกรรม blockchain ก็ค่อย ๆ ขยายไปสู่ตลาดโลกขนาดใหญ่ นอกจาก BTC แล้ว โครงการบล็อกเชนต่างๆ เช่น LTC, ETH และ EOS ก็กำลังเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในปัจจุบัน มีโครงการโทเค็น ERC20 มากกว่า 110,000 โครงการบน Ethereum เพียงอย่างเดียว และมีบริษัทจำนวนนับไม่ถ้วนที่เผยแพร่เอกสารข้อมูลโครงการ
POW (หลักฐานการทำงาน) อัลกอริทึมฉันทามติ
Bitcoin ใช้ระบบการชำระเงินอิเล็กทรอนิกส์แบบจุดต่อจุด และการกำเนิดของระบบแบบกระจายนี้ขึ้นอยู่กับอัลกอริทึมที่สอดคล้องกันของ POW (หลักฐานการทำงาน) ในปัจจุบัน โครงการบล็อกเชนส่วนใหญ่ที่มีห่วงโซ่หลักยังคงใช้ POW หรืออัลกอริทึมที่สอดคล้องกันของ POW ที่ปรับปรุงใหม่ และมีเพียงบางโครงการเท่านั้นที่ใช้อัลกอริทึม เช่น POS (Proof of Equity) หรือ DPOS (Proxy Proof of Equity)
POW นำกลไกการสร้างฉันทามติที่รัดกุมและมีประสิทธิภาพมาสู่บัญชีแยกประเภทแบบกระจาย แต่มันก็สร้างปัญหาบางอย่าง: ในกระบวนการคำนวณฟังก์ชันแฮช พลังงานจำนวนมากจะสูญเปล่า——
ตามรายงานในปี 2560 ปริมาณไฟฟ้าที่สูญเสียไปเนื่องจากการขุด Bitcoin นั้นสูงกว่าปริมาณการใช้ไฟฟ้าประจำปีของเดนมาร์ก [1] นอกจากนี้ เนื่องจากการสร้างชิปเช่น ASICs ทำให้ Bitcoin ยังเผชิญกับความท้าทายในการเพิ่มการรวมศูนย์ สถานะปัจจุบันของ Bitcoin มาไกลจากการออกแบบยุคแรกๆ ของ Satoshi Nakamoto
กลไก POS และ DPOS ยังมีปัญหาเรื่องการรวมศูนย์และกระบวนการลงคะแนนมักจะยุ่งยาก เห็นได้ชัดว่า ทั้งสองไม่ใช่ทางออกที่ดีที่สุด เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่า มีโครงการบล็อคเชนบางโครงการในตลาดที่ใช้แผนการเช่น "การซื้อขายคือการขุด" "การล็อคคือการขุด" "การประกันคือการขุด" และ "การขุดคือการขุด"แต่โดยพื้นฐานแล้ว โครงการเหล่านี้จะออกโทเค็น ERC20 บน Ethereum เท่านั้น เนื่องจากไม่มีห่วงโซ่หลัก โครงการเหล่านี้จึงไม่จำเป็นต้องมีกลไกที่เป็นเอกฉันท์ ที่เรียกว่า โครงการขุดเหมืองโดยพื้นฐานแล้วเป็นโครงการ airdrop ซึ่งเป็นวิธีการสร้างแรงจูงใจและไม่มีการเชื่อมต่อกับเทคโนโลยีหลักของบล็อกเชน
ในการแก้ปัญหาการสูญเสียพลังงานและการรวมศูนย์ที่ได้รับจาก POW อย่างแท้จริง และพัฒนาโซลูชันการทำเหมืองที่หลากหลาย จำเป็นต้องแก้ไขปัญหาทางเทคนิคชุดต่อไปนี้เป็นอย่างน้อย:
(1) หากไม่ได้ใช้งานมากอะไรคือข้อพิสูจน์ว่าผู้ใช้ได้จ่ายราคาแล้ว
(2) หลักฐานนี้ได้รับการยืนยันอย่างไร?
(3) จะตัดสินผู้ชนะการแข่งขันการขุดได้อย่างไร?
(4) จะหลีกเลี่ยงทางแยกของโซ่หลัก ฯลฯ ได้อย่างไร?
การพิสูจน์อวกาศ การพิสูจน์อวกาศ
ในกระบวนการของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี โครงการ PoSpace ได้ทำการสำรวจที่สำคัญ PoSpace คือ Proof of Space พิสูจน์พื้นที่ PoSpace ตั้งใจที่จะแทนที่กลไก PoW ใน Bitcoin และกลายเป็นโซลูชันกลไกฉันทามติประเภทใหม่
โซลูชันนี้ได้ถูกนำมาใช้ในโครงการบล็อกเชนบางโครงการแล้ว ใช้พื้นที่ฮาร์ดดิสก์ที่จ่ายโดยผู้ใช้เป็นหลักฐานการชำระเงินและใช้พื้นที่ฮาร์ดดิสก์โดยการดาวน์โหลดไฟล์ ยิ่งพื้นที่ว่างมากเท่าใด การชำระเงินของผู้ใช้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
PoSpace สามารถก่อให้เกิดประโยชน์ดังต่อไปนี้: ลดการสิ้นเปลืองทรัพยากรอย่างมาก หลังจากที่ผู้ใช้ชำระค่าพื้นที่ฮาร์ดดิสก์ในคราวเดียว ไม่จำเป็นต้องชำระเงินเพิ่มเติมสำหรับการขุดครั้งต่อไป ฯลฯ ตามการคำนวณของบางทีมพฤติกรรมของผู้ใช้ใน PoSpace ถือได้ว่าเป็นรูปแบบเกมที่กว้างขวาง เมื่อเวลาผ่านไป ผู้ใช้จำนวนมากขึ้นจะเข้าร่วม [1]
เพื่อจัดการกับปัญหาการปลอมแปลงพื้นที่ฮาร์ดดิสก์ PoSpace แบ่งโหนดออกเป็นสองบทบาท: ผู้รับรองและผู้ตรวจสอบ ผู้พิสูจน์เป็นโหนดธรรมดาและจำเป็นต้องจัดเก็บข้อมูลข้อมูลขนาดใหญ่ (เช่น 100G) ในขณะที่ผู้ตรวจสอบจะจัดเก็บฐานข้อมูลและส่วนเล็กๆ ของข้อมูลที่จัดเก็บของผู้พิสูจน์เพื่อการตรวจสอบ
เมื่อผู้ใช้/ผู้รับรองเข้าร่วมเครือข่ายเป็นครั้งแรก เขาจำเป็นต้องจัดเก็บข้อมูลบางส่วนด้วยลำดับเฉพาะตามพื้นที่จัดเก็บที่เลือก (ข้อมูลที่จัดเก็บถูกกำหนดโดยคีย์สาธารณะของผู้ใช้ ดังนั้นข้อมูลของผู้ใช้แต่ละคนจึงแตกต่างกัน) . ข้อมูลเหล่านี้ถูกจัดเก็บไว้ในโครงสร้างกราฟแบบ acyclic โดยตรง และความสัมพันธ์เชื่อมโยงระหว่างบล็อกข้อมูลแต่ละบล็อกจะถูกส่งไปยังตัวตรวจสอบในรูปแบบของ Merkle tree
ด้วยวิธีนี้ ผู้ตรวจสอบสามารถทราบได้ว่าผู้พิสูจน์เก็บข้อมูลใดจากคีย์สาธารณะ และโครงสร้างที่เก็บข้อมูลจาก Merkle tree ที่ส่งไป
ในขั้นตอนการยืนยัน ผู้ตรวจสอบจะส่ง "ความท้าทาย" ไปยังผู้พิสูจน์ ความท้าทายอยู่ที่ผู้พิสูจน์จะเก็บบล็อกข้อมูลรวมกันแบบสุ่ม ผู้พิสูจน์จำเป็นต้องสร้างค่าแฮชที่สอดคล้องกับข้อมูลที่รวมกันตามข้อมูลการทดสอบ และส่งกลับไปยังผู้ตรวจสอบ ซึ่งจะเป็นผู้ตรวจสอบว่าค่าแฮชนั้นถูกต้องหรือไม่
เนื่องจากการท้าทายเป็นการรวมข้อมูลแบบสุ่ม ข้อมูลที่แตกต่างกันเล็กน้อยจะส่งผลให้ค่าแฮชแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ดังนั้น ผู้พิสูจน์ต้องจัดเก็บบล็อกข้อมูลที่ระบุโดย "ความท้าทาย" เพื่อสร้างค่าแฮชที่ถูกต้อง เนื่องจากผู้ตรวจสอบได้จัดเก็บฐานข้อมูลที่สมบูรณ์ เขายังสามารถตรวจสอบค่าแฮชที่ส่งกลับโดยผู้พิสูจน์ได้อีกด้วย
เป็นไปได้ที่ผู้พิสูจน์จะจัดเก็บข้อมูลเพียงส่วนเล็กๆ และยังคงผ่านการทดสอบของผู้ตรวจสอบได้ (ส่วนเล็กๆ ของข้อมูลที่จัดเก็บโดยผู้พิสูจน์จะรวมชุดข้อมูลที่อยู่ในการทดสอบไว้ด้วย) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกระบวนการ "ท้าทาย" เกิดขึ้นซ้ำหลายครั้ง ความน่าจะเป็นที่ผู้พิสูจน์จะสร้างข้อเสนอแนะที่ถูกต้องโดยการจัดเก็บข้อมูลจำนวนเล็กน้อยจึงลดลงอย่างมาก
ดังนั้นพฤติกรรมการโกงของผู้พิสูจน์สามารถหลีกเลี่ยงได้ด้วยการตรวจสอบหลายครั้ง นี่คือขั้นตอนการยืนยันพื้นที่ใน PoSpace
วิธีแก้ปัญหา "ฟังก์ชันมวล"
ด้วยวิธีการตรวจสอบพื้นที่เก็บข้อมูลของผู้ใช้ ยังคงมีบางวิธีในการตัดสินผู้ชนะการแข่งขันการขุด วิธีที่เหมาะสมกว่านั้นก็คือนักขุดที่มีพื้นที่เก็บข้อมูลขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะชนะการแข่งขันการขุด PoSpace บรรลุเป้าหมายนี้ด้วยการออกแบบ "ฟังก์ชันคุณภาพ"
"ฟังก์ชันคุณภาพ" จำเป็นต้องรักษาระดับของการสุ่ม และในขณะเดียวกันก็แยกแยะความน่าจะเป็นที่นักขุดแต่ละคนจะชนะตามขนาดของพื้นที่สนับสนุน ดังนั้น วิธีง่ายๆ คือการตอบสนองต่อความท้าทายของผู้ตรวจสอบ และค่าแฮช (สตริงของตัวเลข) ที่ป้อนกลับโดยนักขุดจะถูกใช้เป็นจำนวนสุ่มโดยตรง และสตริงของตัวเลขจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงตาม พื้นที่ครอบครองโดยคนขุดแร่ ตัวอย่างเช่น หากพื้นที่เก็บข้อมูลทั้งหมดของผู้ขุดคือ N ค่าแฮชจะเป็นกำลังสอง N เท่าเพื่อให้ได้ฟังก์ชันคุณภาพ ด้วยวิธีนี้ ยิ่งพื้นที่จัดเก็บของนักขุดมากเท่าใด ค่าของฟังก์ชันคุณภาพก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น เราสามารถกำหนดได้ว่าในการแข่งขันการขุดครั้งเดียว นักขุดที่มีฟังก์ชั่นมวลน้อยที่สุดจะเป็นผู้ชนะ
แต่ยังมีปัญหาอยู่ในขณะนี้:
เนื่องจากนักขุดไม่จำเป็นต้องชำระเงินในภายหลังในระหว่างกระบวนการขุดหลังจากจ่ายค่าพื้นที่ฮาร์ดดิสก์ในครั้งเดียว จึงไม่มีค่าใช้จ่ายใด ๆ ในการเข้าร่วมการแข่งขันการขุด และแทบไม่มีค่าใช้จ่ายสำหรับ main chain fork เพื่อหลีกเลี่ยงความโกลาหล เช่น การใช้จ่ายสองเท่าที่เกิดจากการสุ่มแยกของนักขุด เรายังต้องมีกฎเพื่อระบุว่าเชนใดเชนหนึ่งเป็นเชนเดียว และผู้ใช้ทั้งหมดจะบันทึกเชนเฉพาะนี้เท่านั้น ซึ่งเป็นความเห็นพ้องต้องกันที่แท้จริง
เนื่องจากแต่ละบล็อกถูกขุดโดยนักขุดที่มี "ฟังก์ชันมวล" ที่เล็กที่สุด แนวคิดตามธรรมชาติคือการใช้ฟังก์ชันคุณภาพเพื่อกำหนดห่วงโซ่หลักที่ไม่ซ้ำกัน เราตั้งค่าปริมาณ i และกำหนดให้มีการเพิ่มฟังก์ชันมวลของบล็อก i ก่อนหน้าจากบล็อกล่าสุดเพื่อให้ได้ฟังก์ชันมวลรวมของห่วงโซ่ ห่วงโซ่ที่มีฟังก์ชันคุณภาพโดยรวมที่เล็กที่สุดสามารถกำหนดเป็นห่วงโซ่หลักได้ บนพื้นฐานนี้ เพื่อเน้นย้ำว่าการบล็อกก่อนหน้ามีสัดส่วนที่สูงกว่าสามารถเพิ่มฟังก์ชันส่วนลดเพื่อลดบล็อกช่วงต้น ).
สรุป
สรุป
PoSpace ใช้พื้นที่ว่างในฮาร์ดดิสก์เป็นหลักฐานการชำระเงิน ซึ่งช่วยแก้ปัญหาการสูญเสียทรัพยากรจำนวนมากอย่างต่อเนื่องใน Bitcoin และในขณะเดียวกันก็สามารถสร้างระบบการชำระเงินอิเล็กทรอนิกส์ที่มีฟังก์ชันเดียวกับ Bitcoin
PoSpace ถือได้ว่าเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญของกลไกฉันทามติตาม POW แต่ในขณะเดียวกันก็ยังมีปัญหาบางอย่างใน PoSpace เช่น การแนะนำบทบาทของตัวตรวจสอบเพิ่มความเสี่ยงของระบบ วิธีการออกแบบและจัดเรียงตัวตรวจสอบยังคงเป็นปัญหา มีความเสี่ยงของการรวมศูนย์ โดยเห็นได้จากพื้นที่ฮาร์ดดิสก์ เนื่องจากมีคนจำนวนน้อยที่สามารถใช้ทรัพยากรทางการเงินจำนวนมหาศาลเพื่อซื้อพื้นที่ฮาร์ดดิสก์จำนวนมาก ผูกขาดการขุดต่อไป และทำให้เกิด "การโจมตี 51%" ที่คล้ายกัน วิสัยทัศน์ของ Satoshi Nakamoto ที่ว่า "ชิป CPU เป็นตัวแทนของปัจเจกบุคคล และแต่ละคนมีโอกาสในการขุดที่เท่าเทียมกัน" ยังคงยากที่จะทำให้เป็นจริงได้
แต่ต้องบอกว่าแนวคิดของ PoSpace ได้ให้แรงบันดาลใจมากมายแก่เรา เช่น การตรวจสอบราคาที่ผู้ใช้จ่ายด้วยวิธีสุ่ม การกำหนดหนทางที่จะชนะการแข่งขันการขุดโดยการออกแบบฟังก์ชันคุณภาพบล็อก Main chain fork เป็นต้น ตามแนวความคิดนี้ เป็นไปได้ทั้งหมดที่เราจะพัฒนากลไกฉันทามติที่ปรับให้เข้ากับสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน เช่น "พิสูจน์ความสนใจ" "พิสูจน์เวลา" เป็นต้น
ข้อมูลอ้างอิง:
ข้อมูลอ้างอิง:
[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.
