CHI:Chia 憑什么與比特幣進行綠色 battle_Society of Galactic Exploration

近期，硬盤被Chia的礦工瘋狂追捧，風靡一時。無論是固態硬盤還是機械硬盤，尤其是大容量的硬盤，比如固態的2T\\4T，機械硬盤的8T\\10T\\12T\\14T等，皆被炒至兩三倍的價格，市場上一盤難求，據傳希捷的期貨硬盤訂購單已經排至六七月份。知道創宇區塊鏈安全實驗室圍繞Chia，從共識機制、存儲容量的角度來解析這一技術現象。什么讓硬盤市場如此瘋狂

Chia，中文名奇亞，該項目是在2018年由BranCohen發起，宣布要用新的一種環保的數字加密貨幣挑戰比特幣。眾所周知，比特幣挖礦耗電量巨大，脫離綠色，造成了大量電力資源的浪費，據統計，比特幣一年挖礦消耗的電量超過整個阿根廷一年的用電量。在Chia官網，我們可以看到Chia的logo和配置都是采用綠色環保色。

AavegotchiDAO周一投票支持推出Forge:金色財經報道，AavegotchiDAO的社區成員周一投票支持推出Forge，這是加密收藏品游戲的新升級，致力于改善Aavegotchi的可穿戴設備市場。正如其主頁所述，Aavegotchi是一個“開源、社區擁有的NFT游戲協議”，用戶可以在其中與Aavegotchi元宇宙進行交互，并將他們的NFT與Aave產生興趣的aTokens進行抵押。

現在通過的提案完全集中在可穿戴設備上，這是Aavegotchi協議的一項基礎資產，它為每個NFT幽靈提供了時尚的裝備，并有更好的機會在游戲中表現更好。根據升級的白皮書，Forge旨在通過標記可穿戴設備的不同經濟價值，為可穿戴設備市場引入更大的多樣性和實用性，從而使AavegotchiDAO能夠“精細地控制通貨膨脹并引入通貨緊縮機制，同時仍然創造新內容”。借助Forge，玩家可以通過熔煉不需要的可穿戴設備并將它們與新材料重新組合來創建新的可穿戴設備，從而進一步增加協議資產的可組合性。該提案背后的動機源于可穿戴設備二級市場價值和銷量的持續下降。[2023/2/14 12:05:02]

Chia全網有效算力24.06EiB 挖礦產出893,074枚:金色財經報道，據chiaexplorer數據顯示，2021年6月18日，Chia當前全網有效算力為24.06EiB，目前XCH總量21,893,074枚，挖礦產出893,074枚。當前每天每TiB算力可產出0.0004個XCH，1TiB算力挖出1個XCH需要花費約7年164天。行情顯示，當前XCH報價為415美元，日內跌幅2.34%。[2021/6/18 23:46:43]

那Chia用什么來挑戰比特幣呢？本文不討論挖礦細節，單從Chia的共識機制來解讀這個項目。Chia是一條全新的公鏈，與以往的POW或是POS不同，它提出的概念叫ProofofSpaceandTime，即時空證明PoST，希望借此在確保安全的情況下降低“挖礦“的能耗，以體現環保性。事實上，在Chia的系統設計中，用“種植”來替代“挖礦”一詞，重構其綠色的概念。Chia的共識機制-時空證明PoST

瑞士密碼學家Christian Cachin：Ripple網絡中沒有共識:瑞士密碼學家、伯爾尼大學計算機科學家Christian Cachin在其博客文章“Ripple網絡中沒有共識”中表示，對Ripple協議的技術分析表明，在陳述的假設下，其既不能確保安全，也不能確保其活動性。文章稱，借助其模型可證明，即使在極端溫和的對抗條件下，Ripple的協議也無法達成共識，并且可能妨礙安全性和活力。尤其是，網絡可以在Ripple聲明的UNL重疊的標準條件下，且在只有極小部分的惡意節點的情況下分叉。在網絡忽略或延遲正確節點之間的消息的時間段內，惡意節點可能只是向正確的節點發送沖突消息。其還演示了即使所有節點都具有相同的UNL并且只有一個拜占庭節點，Ripple的共識協議也可能會失去活力。如果發生這種情況，則必須手動重新啟動系統。文章得出結論稱，Ripple網絡的共識協議很脆弱，無法確保計算機科學和區塊鏈從業人員普遍理解的共識。[2020/12/3 22:55:52]

說到共識算法，大家對POW和POS并不陌生。在分布式共識系統中，系統的運作依賴于特定種類的可被加密驗證且稀缺的資源，以抵抗Sybli攻擊。PoW與PoS中的稀缺資源分別是計算能力與權益。而在空間與時間證明共識算法中，Chia采用了存儲空間作為稀缺資源。由于存儲空間并非無限，因此他們認為，空間證明是更加貼近于比特幣最初的“一個CPU一票”的理想替代方案。例如，擁有300GiB的用戶擁有三“票”，而擁有500GiB存儲容量的用戶則有五“票”。這里的“投票”指的是在區塊鏈上贏得并且驗證該區塊的機會。而在Chia的共識算法中，僅僅采用空間作為稀缺資源是不夠的。因此，PoST共識算法引入了時間作為另一種稀缺資源。該算法創建了一種可驗證延遲函數，以作為時間已經被流逝的證明。通過時間與空間的結合，Chia構造了這樣一種挖礦場景：用戶將數據存儲在硬盤驅動器上一段時間，而贏得區塊記賬權利的機會與分配的空間大小成正比。該機制通過與彩票中獎類似的方式，允許所有普通用戶參與其中，而不需要任何特殊的硬件、資金以及注冊。Chia如何實現對存儲容量的證明

Peter Schiff：比特幣是“新傻瓜的黃金”:黃金支持者、比特幣反對人士Peter Schiff發推文說，由于美元已經比黃金便宜，通貨膨脹很快就會到來。現在投資者將需要更多美元來獲取黃金，并用更多美元來購買其他所有東西。有評論稱，由于美元變得越來越弱，現在可以用美元購買更多的比特幣。對此Peter Schiff回復稱，“你可以用美元和比特幣購買更少的黃金，從而在美元和BTC之間劃出一條相似線，以使兩者聽起來都劣于黃金。比特幣成為趨勢僅用兩年半，這意味著在整個人類歷史中，黃金一直是價值的存儲”。Schiff還總結說，“黃金是新黃金”，比特幣是“新傻瓜的黃金”。[2020/7/8]

驗證者向證明者發出一項質詢，然后證明者向驗證者證明在某一時刻，驗證者保留了特定數量的存儲空間，而對空間的證明由以下三個階段組成：繪圖、挖礦、驗證。

聲音 | 黃金支持者Peter Schiff：黃金和比特幣雙雙走高，但原因不同:金色財經報道，1月3日，黃金支持者Peter Schiff發布推文稱，地緣風險的加劇導致黃金和比特幣雙雙走高，但原因不同。黃金被投資者視為避風港。比特幣被投機者買走，他們押注投資者會把它當作安全港。[2020/1/4]

Chia共識算法白皮書中對于空間證明的示意圖首先證明者標繪或分配部分硬盤空間(1)；然后通過空間證明(2,3,4)，來響應質詢以實現挖礦過程，驗證者檢查該證明對該質詢是否有效。繪圖過程即硬盤容量的初始化過程。挖礦用戶是任何擁有至少100GiB可用空間的人，也可能有擁有大量未使用空間的企業。存儲空間容量不設上限。標繪過程可能持續幾個小時到幾天的時間，該過程只需執行一次。經過初始化的空間被一個稱為plot的文件占用。繪圖文件的大小由參數k決定，其中占用空間為780k?2k?10，而最小的k取值為32，即文件大小為101.4GiB。從Chia1.0版本始，使用快速的商業計算機能夠在六小時之內創建一張k32繪圖文件，而對于具有單核心CPU以及幾GB內存的慢速計算機來說，這個過程可能需要24個小時。以k=32為例，經過以上操作，我們得到的plot文件包含七個具有隨機數據的查找表，每張表中有2k個條目。表i中包含兩個指向表i?1的指針。最后，每張表1的條目都包含一對介于0和2k之間的整數，稱為“x值”。空間證明是具有一定數學關系的64個x值的集合。一旦證明者完成了繪圖文件的生成，就可以準備接受質詢并創建證明。這種共識算法吸引人的一點就在于它是非交互式的：創建繪圖文件的過程不需要任何形式的注冊或者互聯網連接。類似于PoW算法，在獲得獎勵之前，任何人都無法修改區塊鏈。挖礦過程旨在通過對挑戰者發出一系列質詢來證明他們已經按照共識中的指定方法使用了一定量的空間。當挑戰者接收到質詢后，他們需要檢查自己的plot文件，生成證明，并且將任何獲勝的證明提交到網絡中以進行驗證。每一輪的質詢過程都可以抽象為一個表查找問題。每次質詢以一個256位的二進制序列作為輸入，而期待挑戰者得到一個證明作為輸出結果。挑戰者通過從上文所述生成的表7中讀取一系列值以應對質詢，它們指向表6中的兩個條目，以此類推。最后，挑戰者得到了整個x值樹：該過程需要對表7進行一次讀取，對表6進行兩次讀取，以此類推。假設用戶使用的是查找時間為10ms的慢速機械硬盤，整個查找過程大致需要640ms。整個過程涉及的數據量很小，且與繪圖文件的大小無關。由于此過程生成的大多數證明都不夠好，無法提交給網絡進行驗證，我們可以優化這個過程，即只檢查樹的一個分支，從而最終只會生成兩個x值，具體取決于任務。然后，我們將以此方式生成的x值散列為256位的字符串，以確認證明是否正確。對這些x值進行散列處理后，我們便得到了質量字符串，即長度為256位的隨機值。通過該值與難度系數，以及plot的大小相結合，可以生成required_iterations值。如果該值小于某一個特定數目，那么我們就會查找整個PopSpace。經過優化后，在慢速硬盤上查詢一個分支的時間就降低到了7次讀取與查找，即約70ms的時間。

對于質詢過程，更進一步的優化方式是使某些比例的圖不符合每個質詢的要求，這種方法被稱為“繪圖過濾器”。舉例來講，要求質詢字符串與plot_id以九個0開頭。這種要求對所有人均一致，因此是公平的。這使得挖礦幾乎不消耗任何資源，并且每分鐘磁盤讀取量很少。Chia資產的用戶已經使用單個RaspberryPi設備實現了幾個PiB的存儲。Chia共識算法白皮書中提到，他們假設用戶使用的是廉價低速的機械硬盤驅動器，因為他們的價格比較便宜，并且由于讀取速度和挖礦效率無關，所以這些用戶無需使用固態硬盤。但是，可以使用固態硬盤或者內存實現更快的繪制過程。Plotkey是存儲在繪圖文件中的私鑰。而plotID通過散列化繪圖文件的公鑰以及礦池的公鑰進行簽名。要創建具有空間證明的塊，需要同時使用Plotkey和Poolkey進行簽名。因此，創建繪圖文件后不會對礦池產生影響。實際上，Plotkey是由plot中存儲的Localkey與挖礦軟件中存儲的Key通過2/2BLS聚合公鑰得到的。為了安全和高效，證明者可以通過此密鑰和簽名方案來運行集中式服務器。服務器可以連接到存儲許多plot的“收割機”。挖礦的過程需要證明者的密鑰和本地密鑰，但不需要池密鑰，因為可以將池的簽名緩存并重用于許多區塊。驗證過程則簡單得多，當挑戰者成功地創建了空間證明之后，驗證者可以通過執行一些散列操作并與證明中的x值相比較以確定是否證明成功。回想一下，我們已經說明證明是一個含有64個x值的列表，其中每個x值有k位長。對于k32來說，一共就是256字節長，因此非常緊湊。然而，雖然驗證的過程非常快，但還不足以快到能夠在Ethereum上進行可靠的驗證，因為驗證過程需要blake3和chacha8操作。注：本文部分內容參考Chia的白皮書《ChiaConsensusAlgorithm》

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