介紹

Bitcoin 在 2009 年向世界引入了首個(gè)共識(shí)機(jī)制，開啟了一個(gè)新時(shí)代。然而，其高能耗問題引發(fā)了人們的關(guān)注，促使開發(fā)者尋找更可行的解決方案，以彌補(bǔ)該機(jī)制的不足，例如權(quán)益證明（PoS）、委托權(quán)益證明（DPoS）共識(shí)機(jī)制，以及一種更新的解決方案——時(shí)空證明（PoST）共識(shí)機(jī)制，該機(jī)制結(jié)合了空間證明（PoSpace）和時(shí)間證明（PoT）的優(yōu)點(diǎn)。

什么是時(shí)間證明（PoT）?

時(shí)間證明（PoT）是一種去中心化的共識(shí)算法，它根據(jù)驗(yàn)證者的排名分?jǐn)?shù)和固定質(zhì)押來選擇驗(yàn)證者。排名分?jǐn)?shù)是網(wǎng)絡(luò)算法為每個(gè)驗(yàn)證者賦予的數(shù)值，反映其對(duì)過去數(shù)據(jù)的驗(yàn)證準(zhǔn)確性，同時(shí)也包括其他驗(yàn)證者對(duì)其交互的反饋。

固定質(zhì)押是一種質(zhì)押方式，要求所有驗(yàn)證者必須質(zhì)押相同數(shù)量的平臺(tái)原生代幣才能參與共識(shí)過程。這與權(quán)益證明（PoS）機(jī)制有所不同，后者允許驗(yàn)證者通過質(zhì)押 大量平臺(tái)代幣來參與共識(shí)。

在時(shí)間證明（PoT）共識(shí)機(jī)制下，任何節(jié)點(diǎn)只要質(zhì)押了規(guī)定數(shù)量的代幣并擁有良好的排名分?jǐn)?shù)，都可以成為驗(yàn)證者。這通過可驗(yàn)證延遲函數(shù)（VDF）實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)會(huì)隨機(jī)選擇區(qū)塊提議者（稱為時(shí)間選舉者）和區(qū)塊確認(rèn)者（稱為時(shí)間節(jié)點(diǎn)）。

最后，盡管所有節(jié)點(diǎn)的代幣質(zhì)押數(shù)量相同，可驗(yàn)證延遲函數(shù)（VDF）會(huì)優(yōu)先選擇排名分?jǐn)?shù)較高的節(jié)點(diǎn)來提議或確認(rèn)區(qū)塊。

什么是時(shí)空證明（PoST）?

空間-時(shí)間證明（PoST）共識(shí)機(jī)制是一種新概念，它結(jié)合了空間證明（PoSpace）和時(shí)間證明（PoT），形成一種共識(shí)算法，使網(wǎng)絡(luò)參與者能夠證明自己在特定時(shí)間內(nèi)預(yù)留了指定數(shù)量的存儲(chǔ)空間，同時(shí)幾乎不消耗計(jì)算和電力資源。

該機(jī)制的開發(fā)旨在利用存儲(chǔ)空間作為資源，構(gòu)建環(huán)保且可擴(kuò)展的去中心化網(wǎng)絡(luò)。這與工作量證明（PoW）形成鮮明對(duì)比，后者依賴于解決消耗大量電力和計(jì)算能力的加密難題。

最后，空間-時(shí)間證明（PoST）可以通過調(diào)整存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)來改變證明難度，而不是提高計(jì)算要求，從而在不增加能源消耗的情況下增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性。通過專注于存儲(chǔ)，空間-時(shí)間證明（PoST）降低了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本，減少了對(duì)環(huán)境的不利影響，并創(chuàng)造了更加去中心化的網(wǎng)絡(luò)。

時(shí)空證明（PoST）如何運(yùn)作?

要參與 PoST 網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)首先需要在磁盤上創(chuàng)建一個(gè)大型數(shù)據(jù)集，稱為“Plot”。創(chuàng)建的 Plot 包含基于稱為挑戰(zhàn)（Challenge）的公共參數(shù)構(gòu)建的加密證明。網(wǎng)絡(luò)會(huì)定期更新這些挑戰(zhàn)，以確保 Plot 保持活躍，而不會(huì)被創(chuàng)建后棄置。

節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建完成后，下一步是生成網(wǎng)絡(luò)中的新區(qū)塊。為此，節(jié)點(diǎn)需要提交證明，表明其已在特定時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)了 Plot，這個(gè)時(shí)間稱為一個(gè)時(shí)期（epoch）。該證明是先前創(chuàng)建的 Plot 中與當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)匹配的部分。

一旦提交證明，網(wǎng)絡(luò)會(huì)進(jìn)行驗(yàn)證，確保其符合當(dāng)前挑戰(zhàn)，并與同一節(jié)點(diǎn)之前提交的證明一致。通過這種方式，網(wǎng)絡(luò)確保節(jié)點(diǎn)不會(huì)在每個(gè)時(shí)期內(nèi)修改或刪除其 Plot。

最后，能夠最快且最準(zhǔn)確提供證明的節(jié)點(diǎn)將獲得生成下一個(gè)區(qū)塊的權(quán)利，并獲得相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)。

時(shí)空證明（PoST）的優(yōu)勢(shì)

存儲(chǔ)與時(shí)間的結(jié)合賦予了空間-時(shí)間證明（PoST）共識(shí)多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)不僅對(duì)采用該共識(shí)的網(wǎng)絡(luò)極為有利，也為網(wǎng)絡(luò)用戶帶來了諸多好處。其中包括：

成本效益

雖然通常認(rèn)為成本主要取決于存儲(chǔ)容量，但實(shí)際上它與存儲(chǔ)的持續(xù)時(shí)間密切相關(guān)。PoST 通過要求提供未被篡改的存儲(chǔ)空間證明，在確保存儲(chǔ)空間被定期使用的同時(shí)，大幅降低成本。

去中心化

空間-時(shí)間證明（PoST）共識(shí)能夠保持真正的去中心化，而不像權(quán)益證明（PoS）機(jī)制那樣依賴代幣質(zhì)押。由于 PoST 允許用戶通過提供存儲(chǔ)空間參與網(wǎng)絡(luò)，而非通過大量持有網(wǎng)絡(luò)代幣來獲得權(quán)力，因此避免了 PoS 可能導(dǎo)致的集中化問題。

在 PoST 體系下，存儲(chǔ)空間成為資源，取代了資金投資。這確保了每位參與者都能積極參與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)，而不會(huì)被特定團(tuán)體或個(gè)體壟斷。

安全性

空間-時(shí)間證明（PoST）采用雙重安全機(jī)制，確保只有滿足存儲(chǔ)空間與時(shí)間要求的節(jié)點(diǎn)才能參與網(wǎng)絡(luò)。這有效限制了潛在的惡意節(jié)點(diǎn)，降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的攻擊風(fēng)險(xiǎn)。

使用時(shí)空證明共識(shí)算法的區(qū)塊鏈

盡管空間-時(shí)間證明（PoST）仍是一個(gè)新興概念，但已有一些項(xiàng)目采用了該共識(shí)機(jī)制。其中包括：

Chia 網(wǎng)絡(luò)

Chia 網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)去中心化金融（DeFi）支付系統(tǒng)，旨在降低交易成本并提高網(wǎng)絡(luò)交易效率。該協(xié)議使用其專有的智能合約編程語(yǔ)言 Chialisp，這種語(yǔ)言具有可審計(jì)性、安全性和透明性，同時(shí)還能幫助創(chuàng)建新的加密工具，以提高智能合約的安全性。

與依賴代幣或挖礦的機(jī)制不同，Chia 網(wǎng)絡(luò)通過空間-時(shí)間證明（PoST）共識(shí)機(jī)制利用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)硬件。網(wǎng)絡(luò)中的“農(nóng)民”（Farmers）通過 dedicating 硬盤的一部分來存儲(chǔ)稱為 Plot 的隨機(jī)數(shù)據(jù)，并因此獲得 Chia 代幣獎(jiǎng)勵(lì)。

在 Plot 創(chuàng)建完成后，網(wǎng)絡(luò)會(huì)生成一個(gè)從先前區(qū)塊獲得的挑戰(zhàn)，并將其發(fā)送給農(nóng)民，要求他們?cè)陬A(yù)留存儲(chǔ)空間（Plot）中找到該挑戰(zhàn)。當(dāng)農(nóng)民找到挑戰(zhàn)并通知網(wǎng)絡(luò)后，它會(huì)被提供給一個(gè)名為“Timelord”的參與者，后者會(huì)對(duì)農(nóng)民提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

借助空間-時(shí)間證明（PoST）共識(shí)，Chia 網(wǎng)絡(luò)能夠提供包括原子交換（Atomic Swaps）、可恢復(fù)錢包（Recoverable Wallets）、授權(quán)支付（Authorized Pays）、速率限制錢包（Rate-Limited Wallets）、回收托管（Clawback Escrow）以及慢速紙錢包（Slow Paper Wallet）等服務(wù)。

Filecoin

Filecoin 是一個(gè)基于區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)，專為去中心化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)而設(shè)計(jì)。該平臺(tái)允許用戶通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行 Lotus 節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)提供去中心化存儲(chǔ)功能，并允許用戶通過空間-時(shí)間證明（PoST）共識(shí)機(jī)制挖掘 Filecoin 代幣。

在 Filecoin 網(wǎng)絡(luò)上，空間-時(shí)間證明用于驗(yàn)證存儲(chǔ)提供者是否持續(xù)提供其聲稱的存儲(chǔ)服務(wù)。客戶與存儲(chǔ)提供者之間會(huì)達(dá)成協(xié)議，存儲(chǔ)提供者需在 180 至 540 天的指定期限內(nèi)提供存儲(chǔ)服務(wù)。

在此期間，存儲(chǔ)提供者必須持續(xù)證明其持有的數(shù)據(jù)是可用且不可篡改的。平臺(tái)設(shè)有一個(gè)證明周期，每個(gè) 32GB 或 64GB 的存儲(chǔ)扇區(qū)每 24 小時(shí)驗(yàn)證一次。

每個(gè)證明周期被劃分為 48 個(gè)獨(dú)立的 30 分鐘期限。存儲(chǔ)空間被分組為分區(qū)，并始終在相同的證明期限內(nèi)進(jìn)行驗(yàn)證。

時(shí)空證明（PoST）與其他共識(shí)機(jī)制對(duì)比

通過在現(xiàn)有的空間證明（PoSpace）共識(shí)機(jī)制基礎(chǔ)上融合時(shí)間證明（PoT）共識(shí)，空間-時(shí)間證明（PoST）提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性和效率。這使得 PoST 相較于工作量證明（PoW）、權(quán)益證明（PoS）和容量證明等其他共識(shí)機(jī)制具有一定優(yōu)勢(shì)。

工作量證明（PoW） vs 空間-時(shí)間證明（PoST）

工作量證明（PoW）是比特幣采用的共識(shí)機(jī)制，它通過要求礦工解決復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題來驗(yàn)證并添加新區(qū)塊。盡管 PoW 以安全性著稱，但其高能耗以及對(duì)高端計(jì)算硬件的依賴也備受詬病。

相比之下，空間-時(shí)間證明（PoST）以環(huán)保和低能耗為特點(diǎn)。PoST 不依賴 PoW 那樣的高性能計(jì)算，而是通過要求參與者在特定時(shí)間內(nèi)分配存儲(chǔ)空間來運(yùn)行共識(shí)機(jī)制。

憑借這些特性，PoST 能夠節(jié)省更多能源，同時(shí)支持并行區(qū)塊創(chuàng)建和驗(yàn)證，提高可擴(kuò)展性。最后，與 PoW 依賴高性能礦機(jī)競(jìng)爭(zhēng)算力不同，PoST 機(jī)制更加公平，所有節(jié)點(diǎn)均可創(chuàng)建區(qū)塊，而不受資源和影響力的限制。

空間-時(shí)間證明（PoST） vs 權(quán)益證明（PoS）

PoST 和 PoS 這兩種共識(shí)機(jī)制都具備較低的能源消耗，但它們?cè)趨^(qū)塊創(chuàng)建和驗(yàn)證方式上有所不同。PoS 依賴于用戶持有并質(zhì)押的代幣數(shù)量，而 PoST 通過激勵(lì)參與者在區(qū)塊鏈上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來運(yùn)行共識(shí)機(jī)制。

雖然這兩種機(jī)制都更加環(huán)保，但 PoS 可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中心化并失去去許可特性。由于 PoS 依賴于代幣質(zhì)押，持有更多代幣的用戶將在網(wǎng)絡(luò)治理中擁有更大的話語(yǔ)權(quán)。而 PoST 機(jī)制則要求參與者質(zhì)押自身已有的存儲(chǔ)空間來參與區(qū)塊驗(yàn)證和創(chuàng)建，從而避免了 PoS 可能帶來的中心化問題。

空間-時(shí)間證明（PoST） vs 容量證明（PoC）

PoC 和 PoST 具有相似的特性，兩者都依賴存儲(chǔ)空間來進(jìn)行區(qū)塊驗(yàn)證。然而，與 PoST 不同，PoC 允許網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)利用硬盤上的空余空間來挖掘網(wǎng)絡(luò)代幣。PoC 機(jī)制允許用戶在挖礦開始前，將一系列可能的解決方案存儲(chǔ)在硬盤中。

這意味著擁有更大存儲(chǔ)空間的用戶可以存儲(chǔ)更多潛在解，從而提高匹配哈希值的幾率，并獲得更多挖礦獎(jiǎng)勵(lì)。

結(jié)論

空間-時(shí)間證明（PoST）共識(shí)機(jī)制開啟了區(qū)塊鏈共識(shí)的新紀(jì) 元，不僅提升了安全性，還提高了對(duì)稀缺資源的高效利用。其結(jié)合空間與時(shí)間的特性增強(qiáng)了去中心化，有助于推動(dòng)該機(jī)制的更廣泛應(yīng)用。

什么是時(shí)空證明（PoSpace）?

空間證明（PoSpace）是一種基于證據(jù)的共識(shí)機(jī)制，要求參與者證明其已預(yù)留了規(guī)定數(shù)量的存儲(chǔ)空間，并且該存儲(chǔ)空間已填充網(wǎng)絡(luò)指定的數(shù)據(jù)。這可以通過哈希函數(shù)將數(shù)據(jù)映射到稱為“承諾”（Commitment）的短輸出來實(shí)現(xiàn)。

一旦映射完成，參與者會(huì)將該短輸出發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)，以證明其預(yù)留的存儲(chǔ)空間。一旦網(wǎng)絡(luò)收到該證明，它可以要求參與者提供與其承諾相關(guān)的部分?jǐn)?shù)據(jù)。參與者需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提供該承諾，以證明其誠(chéng)實(shí)性或活躍性。

能源效率

不同于消耗大量能源進(jìn)行挖礦的工作量證明（PoW），空間-時(shí)間證明（PoST）共識(shí)所需的能源極少。它主要依賴于磁盤存儲(chǔ)和證明，而非計(jì)算能力和挖礦。