“硬盤(pán)挖礦”是一種利用本地計(jì)算機(jī)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器里的閑置空間來(lái)進(jìn)行挖礦的共識(shí)算法。大部分加密貨幣目前要么使用 POW 工作量證明機(jī)制，要么使用 POS 權(quán)益證明機(jī)制，不過(guò)也有使用 POC 作為共識(shí)機(jī)制的幣種，比如：Burstcoin 。

優(yōu)點(diǎn)：它類似于 PoW，只是使用空間替代了計(jì)算。因此更加環(huán)境友好?？捎糜趷阂廛浖z測(cè)。通過(guò)確定處理器的 L1 緩存是否為空(例如，具有足夠空間在沒(méi)有緩存未命中的情況下計(jì)算 PoSpace 過(guò)程)，或是包含一個(gè)拒絕被逐出(evicted)的例程?？捎糜诜蠢]件措施，以及防范拒絕服務(wù)(DoS)攻擊。

不足：激勵(lì)機(jī)制可能存在問(wèn)題。目前 proof of capacity 存的 plot 文件都是一些沒(méi)什么用處的信息和數(shù)據(jù)，除了用來(lái)挖礦，就毫無(wú)用途。

一、硬盤(pán)挖礦有哪幾種?

Burstcoin、BTCHD、Chia、SpaceMint。類型：協(xié)同型共識(shí)

解釋：PoSpace，也稱為 PoC，通過(guò)分配一定數(shù)量的內(nèi)存或磁盤(pán)空間用于解決服務(wù)提供者所提供挑戰(zhàn)的方式，顯示了某個(gè)人對(duì)某個(gè)服務(wù)(例如發(fā)送郵件)具有合法的興趣。該理念是由 Dziembowski 等在 2015 年形式化定義的。雖然 Ateniese 等人的論文名稱也是“Proof-of-space”，但它事實(shí)上一種采用 MHF(Memory Hard Function，一種計(jì)算代價(jià)取決內(nèi)存的哈希算法)的 PoW 協(xié)議。

PoSpace 非常類似于 PoW，只是使用存儲(chǔ)替代了 Pow 中的計(jì)算。PoSpace 與 MHF 和可回收性證明(PoR，Proof of Retrievability)有關(guān)，但也在很大程度上存在著差異。

PoSpace 是由證明者 (Prover) 發(fā)送給驗(yàn)證者 (Verifier) 的一小塊數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)確認(rèn)了證明者已經(jīng)保留了一定量的空間。出于實(shí)用性上的考慮，驗(yàn)證過(guò)程需要盡量高效，即消耗盡可能少的空間和時(shí)間。出于公平性上的考慮，如果驗(yàn)證者沒(méi)有保留所聲明數(shù)量的空間，那么它應(yīng)該難以通過(guò)驗(yàn)證。PoSpace 的一種實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)使用一個(gè)難以實(shí)現(xiàn) Pebbling 的圖。驗(yàn)證者請(qǐng)求證明者構(gòu)建對(duì)一個(gè)“非 Pebbling 圖”標(biāo)記。證明者提交標(biāo)記，進(jìn)而驗(yàn)證者請(qǐng)求證明者在提交中開(kāi)放多個(gè)隨機(jī)位置。

POC 和 POSAT 里的空間證明機(jī)制本質(zhì)上沒(méi)有太大的區(qū)別。POC 和 POW 一樣，都需要利用到哈希函數(shù)的功能。

Proof of Work：POW 和 POC 非常相似。但是，POW 非常消耗算力和電力資源，同時(shí)你時(shí)不時(shí)就要對(duì)挖礦的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)和修復(fù)。

二、POW 的原理簡(jiǎn)單

1、礦工首先把自己處理的交易打包到區(qū)塊里面;

2、區(qū)塊里面所有的數(shù)據(jù)，包括上一個(gè)區(qū)塊的哈希值，必須經(jīng)過(guò)一個(gè)哈希函數(shù)的運(yùn)算，生成新的哈希值，這個(gè)新的哈希值同時(shí)必須滿足某個(gè)條件，比如前 30 位的數(shù)字為 0 ;

3、礦工們不停地改變區(qū)塊頭的某個(gè)數(shù)字，生成新的哈希值，然后看它是不是符合前 30 位數(shù)字為零的條件。因?yàn)楣：瘮?shù)是不可逆的，你只能一直換數(shù)字不停的猜。這個(gè)猜數(shù)字的過(guò)程就是挖礦;

如果你能猜到正確的那個(gè)數(shù)字，就代表你的確付出了不少算力，這個(gè)數(shù)字就是你的工作量證明。而擁有更多算力的人顯然能更快的窮舉數(shù)字，也就能更快地算出正確的哈希值。最終，最快算出來(lái)的那個(gè)礦工，把正確答案廣播給網(wǎng)絡(luò)里的其他礦工節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證是不是正確答案，是的話，交易就生效了，礦工獲得比特幣獎(jiǎng)勵(lì)，交易數(shù)據(jù)打包寫(xiě)入?yún)^(qū)塊中，然后繼續(xù)向下一個(gè)區(qū)塊出發(fā)。

Proof of Capacity 基本原理：

相比 POW 不停改變區(qū)塊頭的某個(gè)數(shù)字來(lái)猜測(cè)正確的哈希值，POC 把你猜數(shù)字的工作量變成了硬盤(pán)空間里的“測(cè)繪”(plotting)的工作量。每個(gè)區(qū)塊都會(huì)綁定一個(gè)專屬的“謎題”，在挖礦還沒(méi)開(kāi)始前，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)把破解這個(gè)謎題的計(jì)算方法(solutions)儲(chǔ)存在你的硬盤(pán)空間里。這些計(jì)算方法有的比較快，有的比較慢，如果你的硬盤(pán)里恰好有一個(gè)計(jì)算方法，是目前最近產(chǎn)生的這個(gè)區(qū)塊里的謎題所對(duì)應(yīng)的“最快解”，那么你就贏得了這個(gè)區(qū)塊的記賬權(quán)——挖礦的獎(jiǎng)勵(lì)就是你的了。

POC 背后真正的挖礦算法，如果要實(shí)時(shí)計(jì)算的話是非常復(fù)雜的，而產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊的時(shí)間又太短(平均每 4 分鐘產(chǎn)生一個(gè)新的區(qū)塊)，因此這種挖礦的計(jì)算方法必須提前存儲(chǔ)在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的空間里。最終，如果你在硬盤(pán)空間里擁有越多的計(jì)算方法(也被稱為plots)，你用最快的速度去破解當(dāng)前這個(gè)區(qū)塊的謎題，實(shí)現(xiàn)的概率也就越大。

Proof of Capacity 的一個(gè)類比

想象“你的硬盤(pán)空間里塞滿了一大堆的彩票，當(dāng)彩票生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)字開(kāi)獎(jiǎng)的時(shí)候，你就在硬盤(pán)里找和這個(gè)隨機(jī)數(shù)字最接近的那一張”。如果你有數(shù)字最接近的那一張，那么你就中獎(jiǎng)了。這大概就是 POC 一個(gè)基本原理的類比。而使用這種機(jī)制最好的一點(diǎn)是：你可以在不同次的抽獎(jiǎng)過(guò)程中連續(xù)使用同一塊硬盤(pán)。你不需要額外消耗些什么。

Proof of Capacity 技術(shù)概述

POC 包括兩個(gè)部分：硬盤(pán)空間里的測(cè)繪(plotting)、背后真正的挖礦過(guò)程

根據(jù)你的硬盤(pán)空間的大小，需要花費(fèi)數(shù)天或者數(shù)周的時(shí)間才能生成你獨(dú)特的測(cè)繪(plot)文件。測(cè)繪 Plotting 使用的是一種很慢的哈希函數(shù)，名叫 Shabal ，它和比特幣使用的 SHA-256 哈希函數(shù)不同。因?yàn)?Shabal 哈希非常難計(jì)算，我們需要對(duì)它進(jìn)行“預(yù)計(jì)算”(precompute)，然后把結(jié)果存儲(chǔ)在硬盤(pán)空間里。這個(gè)過(guò)程就叫做測(cè)繪，Plotting 。

Plotting

當(dāng)你在 Plotting 的時(shí)候，也就是為你的硬盤(pán)空間創(chuàng)建 plot 文件，你同時(shí)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)叫做 nonces 的東西。nonces 是通過(guò)數(shù)據(jù)不停重復(fù)哈希產(chǎn)生的，這些數(shù)據(jù)包括你的賬戶 ID 等等。如果你為 Plotting 分配越多的硬盤(pán)空間，那么你就能存儲(chǔ)越多的 nonces 。一個(gè) nonces 最終會(huì)包括 8192 個(gè)哈希表。這 8192 個(gè)哈希表是成對(duì)出現(xiàn)的，每對(duì)被稱為 scoop 。每個(gè) scoop 會(huì)被分配一個(gè)從 0 到 4095 的標(biāo)號(hào)數(shù)字。

在挖礦過(guò)程中，你從 0 到 4095 計(jì)算每個(gè) scoop 的標(biāo)號(hào)數(shù)字。我們假設(shè)你最終算出的數(shù)字是 42 ，那么你就要去編號(hào)為 42 的 scoop 里取出它里面的數(shù)據(jù)，利用這個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算出一個(gè)時(shí)間，這個(gè)時(shí)間被稱為 deadline 。重復(fù)上面的過(guò)程，直到每個(gè) scoop 都被你計(jì)算過(guò)一遍，你再?gòu)乃杏?jì)算出的 deadline 里面，找出代表最短時(shí)間的、數(shù)值最小的那個(gè) deadline 。

這個(gè) deadline 就代表了“自從上一個(gè)區(qū)塊被生成之后，到你生成下一個(gè)區(qū)塊之前，系統(tǒng)必須等待的時(shí)間長(zhǎng)度(多少秒)。如果在這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度里面，沒(méi)有人生成下一個(gè)區(qū)塊，那么你就獲得了生成一個(gè)區(qū)塊的權(quán)利，挖礦的獎(jiǎng)勵(lì)也就歸你了”。

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