巴比特专访阚嘉:中本聪共识升级,EPoW实现无币的区块链存储

李小平 发布在 链圈子 28459

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。

感兴趣的小伙伴可发送邮件至 jia.kan19@student.xjtlu.edu.cn,与阚嘉博士取得联系。

附:

Cryptology ePrint Archive: Report 2020/1117

Economic Proof of Work‌》(论文原版)

重新信仰PoW,详解EPoW(经济的工作量证明)‌》(中文概述版)

Filecoin复制证明(PoRep)发展现状‌》

Benet J, Dalrymple D, Greco N. Proof of replication[J]. Protocol Labs, July, 2017,

Fisch B. PoReps: Proofs of Space on Useful Data[J]. IACR Cryptology ePrint Archive, 2018

本文链接:https://www.8btc.com/article/671755
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