空間證明（PoS）
空間證明（Proof of Space, PoS）是一種共識算法，通過分配一定量的內存或磁盤空間來解決服務提供者提出的挑戰，從而證明用戶對某項服務（如發送電子郵件）的合法興趣。該概念由 Dziembowski 等人於2013年提出，另一個不同形式的表述由 Ateniese 等人提出[1]。空間證明與工作量證明（Proof of Work, PoW）非常相似，但 PoS 使用存儲而非計算來獲得加密貨幣。空間證明不同於內存硬函數，其瓶頸不在於內存訪問事件的數量，而在於所需內存的容量。
在比特幣發布後，人們開始研究其 PoW 挖礦機制的替代方案，並在加密貨幣的背景下研究了 PoS。區塊鏈愛好者認為，空間證明是一種更公平且更環保的替代方案，因為存儲設備是通用的，且其能源成本較低。
2014年，Signum（前身為 Burstcoin）成為首個實際實現 PoS（最初稱為容量證明）區塊鏈技術的項目，並且仍在積極開發中。除了 Signum，還有多個理論和實際的 PoS 實現被發布和討論，如 SpaceMint 和 Chia。然而，一些項目因對存儲設備產生的較高磁盤讀取需求而受到批評，這會增加存儲設備的需求量並縮短其壽命，這點與 Signum 的需求相比顯得更為顯著[2]。
概念描述 編輯
空間證明（Proof of Space, PoS）是一段數據，證明者（Prover）通過將其發送給驗證者（Verifier），以證明其保留了一定量的存儲空間。為了實用性，驗證過程需要高效，即占用較少的空間和時間。而為了安全性，如果證明者實際上沒有保留聲稱的空間，那麼通過驗證的難度應該很高。
一種實現空間證明的方法是使用難以鋪石（hard-to-pebble）圖。驗證者要求證明者對一個難以鋪石的圖進行標記。證明者提交該標記，隨後驗證者要求證明者在提交的標記中打開幾個隨機位置以供驗證。
存儲證明 編輯
存儲證明（Proof of Storage，又稱可檢索性證明或數據擁有證明）與空間證明相關，但不同之處在於，存儲證明的證明者展示的是其實際使用空間正確存儲了一段數據，而不是僅僅展示可用空間以解決某種難題。
容量證明 編輯
容量證明（Proof of Capacity, PoC）是一種允許礦工預先計算（「繪圖」）PoW 函數並將其存儲到硬盤驅動器（HDD）上的系統。容量證明的首次實現是 Signum（前稱 Burstcoin）[3]。
條件容量證明 編輯
容量證明（PoC）共識算法被用於一些加密貨幣中，而條件容量證明（Conditional Proof of Capacity, CPOC）是 PoC 的改進版本。CPOC 包含工作量（Work）、權益（Stake）和容量（Capacity）系統，其運行方式類似於 PoW、PoS 和 PoC 算法。通過質押數字資產，用戶可以獲得更高的獎勵收入。此外，CPOC 為頂級用戶設計了一種新的獎勵機制。在該算法中，礦工通過確保其繪圖文件包含與上一區塊相關的特定數據，為證明增加了條件組件。這一附加條件使得該共識機制在安全性和去中心化方面相比傳統的容量證明算法更為出色。
時空證明 編輯
時空證明（Proof of Space-Time, PoST）是一種證明，表明證明者在一段時間內保持了其預留空間的不變性。其創造者認為，存儲成本不僅與容量密切相關，也與使用該容量的時間密切相關。時空證明與存儲證明有關（但不一定存儲有用數據），而 Moran-Orlov 的設計允許空間和時間之間的權衡。時空證明的首次實現是通過 Chia 區塊鏈完成的[4]。
用途 編輯
空間證明（Proof of Space, PoS）可作為傳統客戶端難題應用（如反垃圾郵件措施和防止拒絕服務攻擊）的工作量證明（Proof of Work, PoW）的替代方案。空間證明還被用於惡意軟件檢測，通過判斷處理器的 L1 緩存是否為空（例如，是否有足夠空間執行 PoS 程序而不會發生緩存未命中），或者是否包含抗拒被逐出的程序。
Signum（前稱 Burstcoin） 編輯
Signum 是第一個使用基於硬盤的區塊鏈驗證技術的區塊鏈，於2014年創立。Signum 的容量證明（Proof of Capacity, PoC）使用磁盤空間而非計算資源來挖掘區塊。不同於工作量證明（PoW）中礦工通過不斷改變區塊頭並計算哈希值尋找解決方案的方式，容量證明（由 Burstcoin 實現並由 Signum 進一步開發）通過 Shabal 加密算法預先生成隨機解決方案（稱為繪圖文件或 plots），並將其存儲在硬盤上。這個階段被稱為繪圖（plotting），可能需要數天甚至數周的時間，具體取決於硬盤的存儲容量。在接下來的挖礦階段，礦工將其解決方案與最新難題進行匹配，擁有最快解決方案的節點將獲得挖掘下一區塊的權限。
SpaceMint 編輯
2015年，一篇論文提出了一種名為 SpaceMint 的加密貨幣。它嘗試解決基於鋪石（pebbling）的 PoS 方案中一些實際設計問題。在將空間證明應用於去中心化加密貨幣時，該協議需要被調整為非交互式協議，因為網絡中的每個個體都必須充當驗證者[5]。
Chia 編輯
主條目：Chia
2018年，一種名為 Chia 的加密貨幣提出了兩篇論文，介紹了基於空間證明和時間證明的新協議。
2021年2月，Chia 發布了一份白皮書，概述其商業模式，並自此啟動主網及其加密貨幣 Chia Coin（XCH），採用了空間時間證明（Proof of Space Time）模型。Chia 的空間時間模型也依賴於繪圖（在存儲介質上生成空間證明文件）來解決難題。
與許多基於存儲的加密貨幣不同，Chia 的繪圖文件不存儲任何有用數據。此外，Chia 用於繪圖的時間證明方法引發了人們對固態硬盤（SSD）壽命縮短的擔憂，因為繪圖生成過程中涉及的大量寫入活動（通常是在 SSD 上繪圖，然後將完成的繪圖文件轉移到硬盤驅動器上用於長期存儲）。
參考鏈接 編輯
- ↑ Proofs of Space Stefan Dziembowski, Sebastian Faust, Vladimir Kolmogorov, and Krzysztof Pietrzak
- ↑ Chia mining can wreck a 512GB SSD in as little as 6 weeks | PC Gamer
- ↑ Proof of capacity (PoC) | consensus
- ↑ Simple Proofs of Space-Time and Rational Proofs of Storage Tal Moran Ilan Orlov
- ↑ SpaceMint: A Cryptocurrency Based on Proofs of Space Sunoo Park, Albert Kwon, Georg Fuchsbauer, Peter Gaži, Joël Alwen, and Krzysztof Pietrzak