Economic Proof of Work, EPoW No Longer "Slacking Off"

作者：阚嘉 西交利物浦大学密码学博士

曾经遇到过一位币圈大佬，他有一句语出惊人的结论: “没有自己的币在这行真的玩不转”。我内心中其实是抵触的，又有一个把空气币粉饰的如此一本正经。可仔细推敲后，我竟无法反驳。对于ICO，我们可以举例很多割韭菜行为，可是回到比特币、以太坊这些公链，没有币如何奖励矿工？ 

在公链中去掉虚拟币，真的可能吗？

1023新政的影响，远不如三年前的94。互联网反垄断调查，却让两个看似无关的行业，交汇在十字路口。都说币圈一日，人间一年，可望眼欲穿，也不见有真正的技术应用落地。但是Filecoin的盛世奇景，却给了我们一些启示：区块链存储，这个不被很多区块链专家所看重的方向，居然可以孕育出无币区块链的种子。

当人们还在诟病PoW工作量证明消耗大量能源的时候，19年底V神写博客Hard Problems in Cryptocurrency: Five Years Later）表示此题（Useful Proof of Work，Probably not feasible）无解。9月15日一篇名为EPoW的论文（https://eprint.iacr.org/2020/1117）悄悄上传到eprint上，其中提出了这样一种思路：使用PoW算法做复制证明。之前，人们畅想用人工智能算法训练，寻找外星人信号或者蛋白质折叠这样的高计算资源需求的算法来代替PoW算法，但却万万没想到其实可以完全不用修改PoW实现文件编码。比特币白皮书发布12年，再回首，发现千辛万苦寻找的“有用”的工作量证明，居然一行代码都不用改。 

给区块链贡献工作量证明，但我不要工资

工作量证明能耗问题，是比特币的设计造成的。比特币想要全世界矿工尽可能多的贡献算力，全世界矿工都想尽可能多的得到比特币，最后附带一个条件：比特币在一段时间内产出速率恒定。军备竞赛就这样产生了，成本推高了比特币的价格，最要命的是还有人愿意买单。 

所以可以说是比特币费电，并不是工作量证明费电。

但是回到原点，区块链想要矿工贡献算力，有没有更直接的方法呢？在提出EPoW算法之前，此题无解。使用币来奖励矿工，就好像所有人都买彩票，每次只有一个人中奖，大家平摊成本。那么我们换种思路来看，让所有人一起摆地摊，没有人中大奖但大家都能养活自己。

EPoW的方式就是用自己的硬盘资源帮别人存储数据，而且在向别人证明自己诚实的存储数据的过程中（这个过程叫复制证明，也消耗算力）可以附带产生工作量证明。但是由于帮别人存数据这个行为本身就是挣钱的，所以矿工不再需要向区块链要“币”作为工资。从这个角度讲，PoW可以是矿工免费赠送给区块链的，因为是计算的副产品。

这正是EPoW的绝妙之处：在做复制证明的同时，我们可以得到免费的工作量证明。

区块链商业奇迹

事了拂衣去，深藏功与名，比特币在CEO隐退，高层内斗，市值一路飙升，却没花风险投资一分钱，比特币可谓是21世纪的商业奇迹。只不过，奇迹不可复制，众多企图复制奇迹的空气币项目，更多都湮没在区块链的乱世江湖中。

但是对于渴望做实事的区块链创业者来说，放弃国内市场，放弃个人名誉，实在是太不理智了。

由于国内的政策原因，无币公链正好可以专注应用领域，由全新理论驱动创新。

由多方提供资源的区块链，建立在共识之上，是对抗商业垄断的最好方式。在一个去中心的区块链网络后面，是无数的中小商家来提供资源对数据进行计算和存储。区块链互联网可能是互联网的最终形态，我们会像用电一样使用信息。所有的应用建立在安全可靠的，加密的，高可用的区块链基础设施上。

矿池，昙花一现

或许中本聪也没有预见到矿池的出现。加入矿池，本质上是向矿池出售算力换取稳定的回报。

矿池对于区块链的风险，是因为它控制了大量算力。一旦某矿池超过50%，它就有了作恶的能力，而区块链本质上是更欢迎分散的算力。

由于EPoW本地消费了算力，所以从矿池接任务进行计算的外包式赚钱法，就有点不太合适。使用EPoW本来就可以通过贡献资源来赚钱，而如果是比特币，矿工在没有巨大算力的情况下，坚持不加入矿池，独立挖矿，爆块的概率比中彩票还低，很有可能一整年颗粒无收。

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。

经济的工作量证明

EPoW全称Economic Proof of Work，它是一种复制证明，又可以在生成复制证明的同时产生“免费的”工作量证明。相比中本聪共识，EPoW不再“磨洋工”。

由于去掉了币的奖励，矿工靠出售存储资源取得固定费率的收益，矿工只需要和自己存储资源匹配的算力，比如一块不太新的显卡。在没有“任务”的时候（即没有数据存储证明需求时），算力设备还可以在低功耗模式下待机。 

区块链的最长链安全，由闲散佛系矿工的EPoW副产品工作量证明来保护。因为矿工不再出售算力给矿池，所以很难有算力寡头对区块链进行攻击。EPoW产生的“免费”工作量证明之总和也会是一个惊人的数字，保障着区块链的安全。

EPoW能消除PoW对于能源的过度消耗，避免军备竞赛，另外还能挽留之前不参与挖矿的算力（比如看来微不足道CPU的算力，本不会参与到比特币挖矿中，在EPoW中就可以贡献出来）。这就是我们的EPoW称为经济的工作量证明的原因。

补充知识：什么是复制证明

由多方提供资源的区块链，面临新的问题，就是资源提供方不一定会诚实的履行自己的承诺。一旦可以作弊来节省资源投入，很快其他人就会效仿。

在区块链存储这方面，有一个抄作业问题：简单来说就是一个班的同学里必须至少有一个人自己做了作业，这样全班才有作业可抄。同样的道理，文件存到多方，如果一些节点删除了文件，那么还有可能从其他诚实的节点恢复文件。如果连最后一份文件的拷贝都被删除了，那么这个文件就永远无法恢复了。

为了解决这个问题，我们利用每个节点有自己唯一名字的特点，让节点以自己的名字为编码key，将相同的存储内容转化为唯一的复制。转化为复制的过程较慢，反之则特别快。这样每个节点都倾向于存储复制而不是内容原文。我们在做验证的时候，节点需要证明自己存储了复制内容而不是原文。

EPoW是一种复制证明，它使用PoW算法来做复制证明需要的编码工作。这样的算法符合复制证明中编码昂贵（慢），解码便宜（快）的原则。

在此之前，业界先驱Filecoin提出过使用VDF和零知识证明的算法实现的复制证明。相比，我们的算法实现起来非常的简单，并且可以运行在超低规格的服务器上，比如树莓派。

除此以外，EPoW可以在复制数据的同时也生成工作量证明，保护区块链的安全。

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