阚嘉：中本聪共识升级，EPoW实现无币的区块链存储

2018年5月，阚嘉受朋友邀约，来到英国伦敦游学。行至白金汉宫和绿园，一行人讨论起IPFS，这激发了阚嘉的研究兴趣，当时的他在西交利物浦大学攻读硕士学位。

两年后，他沿着区块链存储的技术路径，在密码学论文预印网站ePrint上上传了一篇论文--《Economic Proof of Work》，即“经济的工作量证明”（EPoW）。他在中本聪共识（PoW，又称“工作量证明”）的基础之上，结合存储证明技术中的复制证明（PoRep），以实现无需加密货币激励的区块链公链机制。

论文公开后，阚嘉与多位区块链行业的专家学者进行了交流。他惊讶地发现，即使是区块链方向上的学术工作者，复制证明的概念也并不普及，且很多认为研究区块链存储没有意义。于是，他希望借助媒体的力量，让EPoW得到更广泛的讨论。

10月底，他将论文的中文概要版投稿到巴比特资讯。文章开头这样写道，“在中本聪发明PoW算法后的第12年，我们基于PoW提出了EPoW，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。”

为什么提出EPoW？EPoW如何将PoW和复制证明结合？EPoW将为现有的区块链带来哪些改变？基于此，巴比特对阚嘉进行了一次采访，他提出了一些新的思考。

他认为，在寻找有用的PoW的方向上，大家都在想办法替代PoW，而不是思考PoW算法还能做什么。EPoW有三个潜在的优势：一是对PoW进行了升级，找到了“有用”的共识算法，公链无需依靠加密货币来激励矿工；二是代替Filecoin的复制证明的方案，用于区块链存储；三是鼓励独立挖矿，让老矿机重获“新生”，增强区块链安全。

提出EPoW的缘由

阚嘉提出EPoW有两个主要原因，一是出于对PoW的信仰，二是“区块链存储”是他研究生毕业论文的主题，也是博士阶段的研究方向。

在区块链系统中，共识算法被用于保证不同节点的区块数据的一致性。对于可自由参与的公链，共识算法要求每个参与节点必须消耗一定资源生成证明，从而证明自己的身份，避免伪造身份导致的“女巫攻击（Sybil Attack）”。这里的“一定资源”，可以是PoW的计算能力、内存相关的硬件资源，也可以是权益证明（PoS）的币龄、授权股份证明（DPoS）的股权等虚拟资源。

2018年春节，阚嘉用一个星期的时间，去推导比特币PoW的实现过程，“那段时间，我根据自己对比特币白皮书的理解，从零到一去推导PoW算法。虽然核心只有10行代码，但是自己悟出来比快速阅读教程文章更深刻。我们不断回看比特币PoW的实现方式，就越能感到工作量证明的完美，因为它是完全开放的，你不需要一定的资产就可以参与，而PoS和DPoS首先要有币质押才能挖矿。”

随后，2018年5月的英国之旅，让他意识到区块链存储的重要性，因为这是刚需，也是区块链应用的落地，同时也可能是大规模技术落地的前提。而彼时IPFS还没有激励层，Filecoin才刚刚起步，绝大多数区块链公链本身都不考虑存储。他决定把区块链存储作为研究生毕业论文的研究方向。

期间，阚嘉的女儿即将出生，这让他对这项研究有了使命感。“作为父亲，我们想用照片或视频的方式记录下孩子的成长过程，而这些数据要可以保存100年。如果我们把数据放在云存储平台，我们并不知道自己的数据会被如何使用。我突然有一种使命感，外加上对区块链技术的着迷，所以坚持了这么长时间，还没有一点想放弃的想法。”

EPoW的创新之处

我们用“抄作业问题”，来描述区块链存储所面临的问题：一个班级里，至少需要一个同学完成作业，全班才有作业可抄。

同理，把文件存储在多个节点中，即使部分节点删除了文件，那么还可以从其它诚实的节点恢复文件。一旦所有人都学会了这个“省钱”的方法，删除自己的存储的内容以节约资源，那么就会危害到数据保存的安全。一个学术的说法，称这种行为叫外包攻击。

如何解决这个作弊问题呢？答案是复制证明。2017年7月，协议实验室（Protocol Labs）的首席执行官和创始人Juan Benet等人提出了复制证明（Proof of Replication）作为解决方案，斯坦福大学密码学博士Ben Fisch则是通过零知识证明的方式，为Filecoin提供了复制证明的实现方式。

复制证明的核心思想是，通过编码生成与源数据内容不同但大小相同的副本并存储，并通过远程完整性检查来确保远程服务器确实存储了数据及其副本。

通俗来说，假设三个存储节点都有各自唯一的ID，当同一份文件被这些节点存储时，按照约定不存储文件的原文，而是存储用各自ID编码的复制文件，解码后的文件是一样的。

基于零知识证明的复制证明协议，协议实验室推出了Filecoin文件存储与检索系统。阚嘉并不看好Filecoin，他认为Filecoin提出复制证明的理论框架是对的，但可验证延迟(VDF）和零知识证明的算法让系统变得更复杂，且挖矿的门槛抬高之后，就成了专业矿工的游戏。

从PoW到PoS、DPoS，从安全擦除证明到空间量证明、可复制证明，在长达两年多的研究过程中，阚嘉走了不少弯路，也曾在关键环节纠结和徘徊。直到今年春节，他才顿悟到利用PoW去实现复制证明。EPoW使用PoW算法本身来完成复制证明所需要的编码工作，并存储文件。在这里，PoW被扩展为一种复制证明的编码算法，为有用的数据生成唯一的复制。

他总结了EPoW的三个优势：

一是对PoW进行了升级，提出新的共识算法，公链无需依靠加密货币来激励矿工。在PoW共识算法中，矿工通过消耗更多的电力和硬件资源，以换取更多的加密货币。EPoW则是按需付费，矿工靠出售存储资源赚取固定费率的法币收益，顺便产生免费的PoW以保护区块链的安全。如果没有复制任务，矿工就无需消耗电力来完成无用的PoW，因此是“经济的工作量证明”。

二是代替Filecoin的复制证明的方案，用于区块链存储。EPoW 被看作无币区块链的关键技术。与Filecoin相比，EPoW的算法实现起来比较简单，可以在树莓派等超低规格的服务器上运行。

三是鼓励独立挖矿，让老矿机重获“新生”，增强区块链安全。老矿机受算力和币价影响而关机，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。且无需加入矿池，EPoW 将使得区块链再次回到独立挖矿的田园时代，矿池将不再有能力获得寡头算力，这将极大的保障区块链安全。

反馈如何？

阚嘉认为，共识算法和区块链性能之间没有必然联系，PoW也能设计出高性能的区块链系统。同时，他抵触加密货币的赌博式玩法，“投机是人性，传统的股权投资能保护创业者，即使项目失败了，还可以连续创业。而ICO的创业风险是很高的，创业者赌上自己的信誉，一旦失败就没有回头路了。”这也是他强调“EPoW 是无币区块链的关键技术”的主要原因。

论文发表后，阚嘉开始积极寻求反馈，但结果让他颇感意外，“以前我觉得所有研究区块链的人都会了解复制证明，但其实不是。区块链的学术研究有很多方向，区块链存储只占其中很小一部分，在社区交流中，很多人对区块链存储不感兴趣或认为没有意义。”

墨群计算创始人王嘉平博士的回复给了他信心，阚嘉说，“在长达一小时的电话交流中，我把论文介绍给了王博士。起初他对区块链存储并不感冒，后来我讲解了复制证明和抄作业理论，他理解的很快。他认为使用PoW做复制证明的这个方向上EPoW是没有问题的，但是不确定能不能完全实现，在存储产品化方面有问题尚未解决，比如在存储的过程中限速，就像百度网盘这样，文件可以下载下来的，但是下载的时间很长。”

EPoW新算法的提出，总会面临很多质疑。让阚嘉最为满意的是，EPoW并没有修改PoW，仅仅是将算法的输出做出了新的解释，因此EPoW不算是PoW2.0，而是PoW1.5，因为“中本聪真的太牛了。”阚嘉期待找到志同道合的小伙伴，让EPoW得到更广泛的讨论。