超越比特币去中心化的区块链是否存在？

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来源：KJ

原文标题：超越比特币去中心化的区块链是否存在

比特币和以太坊开始都使用 PoW 作为共识算法，以太坊将在 The Merge 之后转入 PoS 共识。然而，不管 PoW 和 PoS 共识，都存在中心化问题。经济的工作量证明 EcoPoW 可以来解决区块链的去中心化问题。

区块链共识算法对比

在区块链的不可能三角中，安全，去中心化和高性能无法兼顾。近年来，众多区块链为了解决高性能问题，往往刻意牺牲去中心化。显然，安全是区块链的基石，没有安全的银行会瞬间坍塌。但一个不可否认的事实是，去中心化是区块链最重要的特征：失去了去中心化的 web3，和 web2 又有什么区别呢？

比特币被誉为最去中心化的区块链项目，但其实早已受到了中心化的威胁。中本聪可能也没有料到，矿池的出现，打破了独立挖矿的生态，也对比特币的去中心化造成了不可逆转的伤害。

超越比特币的去中心化区块链理论，到底是不是存在？PoS 显然不是答案。事实上，在 2020 年，新的希望已经出现，那就是经济的工作量证明 EcoPoW [2]。当时，因为研究还在进行当中，天然对抗矿池这一算法特性还没有被揭示。后续的研究显示，超越比特币的去中心化，这一听起来像不可能完成的任务，确实是理论可行的。

下面请读者思考一个问题：

假设您是一位矿工，在什么情况下，您更愿意独立挖矿，而不是接入矿池？

答案其实很简单，当我们solo挖矿，挣的钱比接入矿池还多的时候，一切就成立了。当矿工接入矿池，矿池将它挖到的币，按算力分给大家。但是矿工的计算资源，必须按照矿池的规则进行计算。如果矿工本地有真实的计算需求，并且能提供矿池比挖矿还要高的收益，那么这些计算资源就不必接入矿池。事实上，从比特币一出生，科学家们就在寻找这样的算法，比如用算力进行人工智能训练等。

然而，比起找到有用的算法，更难的是如何在利用算力做有价值的计算同时，也能输出共识，来保护区块链的安全。人们努力寻找其他算法来代替工作量证明，但是新的算法很难输出确定性的共识。比如，我们用人脸识别来判断一只猫，我们得到的结果，可能是概率性的确定这是一只猫。但是共识算法需要的结果是，YES or NO，比如，计算出的哈希是不是以 10 个 0 开头。

早在2014年 Permacoin [4] 就尝试寻找代替 PoW 的共识算法。Vitalik 在 2019 年的文章中指出，有用的工作量证明可能找不到 [1]。

当我们朝着一个方向寻找，却迟迟没有找到结果，快要迷路的时候，最好的办法，就是回到原点。我们惊奇的发现，无需修改中本聪的工作量证明本身，只要对哈希算法的意义重新做出解释，就可以找到 PoW 算力的全新用途。PoW算法从来不是“无用”的算法。

我们回看一下 PoW 算法发展的历史：

1. 1992年，Dwork提出使用使用 PoW 来实现反垃圾邮件 [5]。
2. 2008年，中本聪提出使用 PoW 来作为共识算法，结合最长链法则，保护区块链的安全。
3. 2020年，我们提出使用 PoW 来作为共识算法 + 编码/复制算法，来抵御外包攻击。

要学习经济的工作量证明，需要了解一些基础知识，比如PoW算法，包括哈希单向函数，另外两个重要的知识点就是外包攻击和复制证明。理解外包攻击，我们需要先理解区块链应用的一个子方向，区块链存储 [6]。

在开放无许可的区块链存储中，A 可以把文件交给 B，C 和 D 存储。但是，很快，矿工们就会找到一种作弊方案：B 和 C 发现可以删除本地文件节约存储成本，当 A 需要取回文件的时候，B 和 C 一边从 D 下载文件，一边把下载好的部分传输给 A。

这里带来了问题：

1. A 付了三份存储的钱，实际上只有 D 诚实的帮 A 存储文件。
2. 如果 D 也知道了这个省钱方法，删除了最后一份文件，那么 A 的三份文件拷贝将永远消失。

所以，在开放的区块链存储中，想要自己的文件安全，用户除了多存几份拷贝，还要存储的矿工向用户证明，他们诚实的使用了存储资源保存用户的文件，用户凭借证明来支付存储费用。复制证明算法就是用来抵抗外包攻击的，这个绝妙的方案被 Filecoin 首先使用，但是他们选择了其他算法实现编码和证明。

EcoPoW 自己本身就输出共识，但它的额外用途就是被作为编码算法，用于复制证明。这个编码算法完美的符合了复制证明需要的一切性质，编码慢，解码快，编码贵，解码便宜。我们在此不去深入探讨技术实现，文后会给出其他链接供参考 [3]。简单来说，PoW利用了哈希输出的左边的 bits （二进制，0越多越难），而 EcoPoW 利用了哈希有右边输出作为编码，nonce则是编码的输出值，而解码只需要一次哈希即可完成。就是一个简单修改，给 PoW 算法增加了共识以外的新用途，却可能会给区块链世界带来巨大的改变。

使用 EcoPoW 做共识的时候，算力可以被用于用户存储文件的编码，矿工编码的时候使用唯一的矿工 id，所以生成的复制数据也是唯一的。因为编码很昂贵，矿工存储编码后的文件结果，丢弃编码结果则需要重新做大量计算，所以矿工会倾向于保存编码后的结果。当系统要验证矿工诚实的存储了用户的内容的时候，是对编码后的数据发起挑战。只要矿工回应了挑战，证明了数据被诚实的存储，即可以收到用户的付款。我们的系统中，用户付款和矿工收到的是稳定币，以避免币价起伏导致用户和矿工遇到无常损失。矿工则可以有无风险的收入。

本质上，矿工靠出售自己的算力和存储资源盈利，并且这是一笔周期性的买卖，文件存储可以有持续的收入。在做文件编码的同时，消费的算力可以同时源源不断的给区块链提供安全保护。更重要的，只有真实的存储需求产生，才会要求矿工计算，避免了矿机挖矿时的贪婪耗电。因为电脑会在没有计算任务的时候，尽可能的进入低功耗模式。

最终，矿工不会将自己的算力出售给矿池，而会选择本地消费算力，直接盈利。这就像如果你在打游戏的时候，游戏使用了显卡的算力，你就没有办法同时用显卡挖矿，因为游戏会卡。如果算力用于文件编码等有用的计算，就不可能再接入矿池。正是这个简单的原理，从理论上规避了矿池。基于 EcoPoW 区块链则不再被二三十家大矿池控制，转而变成一个更中心化的基础设施。最终，我们将迎来一个数万家矿工全部独立挖矿的，没有矿池的去中心化的区块链。这一去中心化程度，有机会超过目前去中心化项目的天花板——比特币网络。

为了使用 EcoPoW，我们需要使用此理论，构建全新的区块链存储系统。区块链存储的落地会给未来其他应用，提供很大的技术支持和想象空间。另外，如果比特币在挖完了 2100 万个币以后，仅靠交易手续费，有可能会因为无法支付全世界矿工的电费，这会导致保护区块链的算力迅速下降。此时，把 PoW 升级成 EcoPoW 也可能是一种解决方案。

最后，我们从能源的角度分析，能够用于比特币安全保护的总电量，取决于比特币的总量和单价。我们粗略的计算：总电量 = 币总量 * 最高单价 / 最便宜的电费。假设币总量 2100 万固定不变，只有币价持续上涨，才能不断的给区块链提供更多的能源购买力。但是我们都知道，没有什么可以永远涨下去。EcoPoW 为区块链安全带来了全新的思路，彻底打破了原有的安全天花板。这很像《国富论》里提到的 “借由追求他个人的利益，往往也使他更为有效地促进了这个社会的利益”，矿工在追求实际的存储资源利润的同时，保护了区块链安全，存储交易越繁荣，区块链的安全保护更高。在这个信息爆炸的社会，我们永远不缺文件存储的需求，基于 EcoPoW 区块链将获得免费的高安全保护，无需依靠coin来激励。

[1] Hard Problems in Cryptocurrency: Five Years Later

Hard Problems in Cryptocurrency: Five Years Latervitalik.ca

[2] Economic Proof of Work

Economic Proof of Workeprint.iacr.org

[3] EcoPoW howto 视频

[4] Permacoin: Repurposing Bitcoin Work for Data Preservation

[5] Pricing via processing or combatting junk mail

[6] Protocol Labs - Proof of Replication

责任编辑：Felix