重新信仰PoW，详解EPoW（经济的工作量证明）

巴比特 view 47582 2020-10-21 16:20

今天起，我们有了EPoW。区块链世界里有一些经典的名词，比如PoW工作量证明（中本聪共识），PoS，DPoS等共识算法，或者DAG代表一种网络结构。

在中本聪发明PoW算法后的第12年，我们基于PoW提出了EPoW（Eco PoW 经济的工作量证明 https://eprint.iacr.org/2020/1117）本质上是一种Proof of Replication（复制证明）。但是这种复制证明的优点是，可以在做复制工作的同时，产生工作量证明。

首先，为什么要区块链存储？

现阶段的区块链，应用比如虚拟货币，存证或者溯源，甚至defi，主要是把区块链当成不可篡改的数据库来用。

简单回顾一下，创建一个互联网应用需要的技术：通常是服务器软件(Apache/Nginx/IIS)和数据库(MySQL/SQL Server)。文件服务器让硬盘上的资源可以被互联网访问，比如照片，音频，视频，软件包，和网页。

可以说，在区块链应用这个世界里，我们是先有数据库，但目前还没有可靠的文件服务器（IPFS没有区块链），因为这些静态数据目前只能放在链下，并不能上链。

链下的数据会被移动，删除。只有数据本身被区块链托管，复制，定期检查，才有可能保证数据安全和完整性。

我们需要理解一下复制证明，这是目前区块链文件存储算法的基石

因为区块链和云计算的背景不一样，云计算通常由商业公司提供，区块链网络往往由矿工们提供资源，赚取代币回报。

由一家公司提供的服务，最大的风险在于这家公司是否能一直存在。由于经营决策，360网盘等已经宣布关闭，用户不得不迁移数据。

由多方提供资源的区块链，面临新的问题，就是资源提供方不一定会诚实的履行自己的承诺。一旦可以作弊来节省资源投入，很快其他人就会效仿。在区块链存储这方面，有一个抄作业问题：简单说，一个班的同学必须至少有一个人自己做了作业，这样全班才有作业可抄。同样的道理，文件存到多方，如果一些节点删除了文件，那么还有可能从其他诚实的节点恢复文件。如果连最后一份文件的拷贝都被删除了，那么这个文件就永远无法恢复了（不考虑磁盘恢复）

解决这个作弊行为的方案就是复制证明。

假设三个存储节点自己有唯一的名字，那么同一份文件被三个存储节点存储时，按照约定我们不存文件的原文，而是存储用各自的名字编码的文件复制。这样同一份内容在三个节点的硬盘上，存为三份唯一的文件，解码后的结果是一样的。

最后，复制还有一个特点就是编码慢，解码快。理性的矿工宁可花钱购买硬盘存储，也不会选择删除复制文件重新生成，因为成本更高。

复制证明是区块链存储的关键技术！

回顾一下工作量证明

中本聪提出的工作量证明，提出了以计算能力作为选票，形成共识。因为在计算机世界，身份是很容易伪造的。一个矿工为了被选举成功（并得到成功后的收益），可以创建任意多个身份，来获得更高的回报。这被称为女巫攻击。因为计算资源（CPU，GPU）是需要花钱买的，有限的。所以用计算资源的工作成果作为选票，形成共识。这里工作量证明有几个作用，以比特币为例 1.保护区块链的安全，因为投入了硬件和能源资源，所以其他人攻击的成本更高 2.选举，决定谁有权生成下一个区块，有手续费 3.初始币的分配，决定市场上最初的钱是哪里来的

其中，初始币和手续费是吸引矿工投入资源挖矿的重要激励。随着币价升高，人们也更愿意投入更多资源。一旦在区块链中移除虚拟币的设计，就没有矿工会投入资源。

作为回报，区块链得到了自己需要啊安全保护，巨大的算力保护着区块链本身，不被恶意的分叉，双花。

工作量证明的最大问题是什么？为什么会有PoS，DPoS这样的代替算法出现

耗电。由于比特币的总量稀缺，币价较高，所以为了赚取初始分配的比特币，矿工马力全开的争夺，这造成了能源的浪费。对于用户来说，矿机输出的工作量证明仅仅是保护了区块链的安全，并没有其他的实际用途。

PoS的提出就是为了创建低耗能的区块链，DPoS则是性能上的改进。这方面介绍的文章较多，这里就不再展开。需要指出的是，我们认为共识算法与区块链性能之间没有必然联系，使用PoW也能设计出高性能区块链。

EPoW是一种复制证明

EPoW是一种复制证明，它使用PoW算法来做复制证明需要的编码工作。这样的算法符合复制证明中编码昂贵（慢），解码便宜（快）的原则。

在此之前，业界先驱Filecoin提出过使用VDF和零知识证明的算法实现的复制证明。相比，我们的算法实现起来非常的简单，并且可以运行在超低规格的服务器上，比如树莓派。

除此以外，EPoW可以在复制数据的同时也生成工作量证明，保护区块链的安全。

我只有一份算力，是用EPoW做复制证明，还是用来生成工作量证明以保护区块链安全？

这正是EPoW的绝妙之处：在做复制证明的同时，我们可以得到免费的工作量证明。

以往，我们为了获得虚拟币而工作，努力消费更多的电力换取虚拟币，从区块链角度看，得到了工作量证明以保护链安全。现在，矿工为了挣钱（法币）而按需工作（有新文件需要复制证明时候工作，没有则不工作），顺带产生免费的工作量证明，来保护区块链安全。

既然还是用到PoW算法，为什么EPoW是经济的？

因为我们去掉了激励方式，虚拟币。以往，为了得到币，矿工会开足算力争夺“初始币分配”，也就是挖矿。但是无论我们投入多少资源，比特币的产出是恒定的。所以单位币需要承载更对的价值(涨价)，这是币价一定涨的内在逻辑，因为挖矿成本(难度)在增加。

我们用复制证明编码并存储文件，这是一种切实的工作。EPoW能输出复制编码和工作的证明，虽然消耗了能源，但是是理性的。一旦没有新的复制任务，矿工不会主动消耗电力创建无意义的工作量证明。所以我们的算法是经济的工作量证明，就像运行在经济省油模式的汽车，以节约能源为目标。

为什么EPoW是无币区块链的关键技术？

区块链设计以虚拟币作为奖励，原因就是它的价格对于法币是浮动的。如果以法币来做激励，那么挖矿的成本一定会被控制在预期收入以内，区块链就不可能从矿工处得到越多越好的算力来保护区块链。使用EPoW，用户将存储需求交给区块链，并支付法币。资源提供方付出资源，并得到稳定的法币回报。

EPoW对现有已投入的区块链算力挖矿的硬件有什么影响？

老旧的矿机，由于生产的时候技术限制，单位能源产生的算力较低。这些老旧的矿机挖矿挣到的钱还不够支付消耗的能源，它们有关机价。也就是说比特币的价格如果低于一个点，这些老矿机宁可关机，因为开着也是亏本。然而这些早期投资依然能产生可观的算力来保护区块链网络，如果他们可以找到适当的理由来使用这些算力，如果有人可以支付开机成本。

EPoW是一种有用的PoW，使用EPoW设计的区块链可以'复活'很多老的矿机，使得我们过去在算力上的投资没有白花。