什么是時空證明(PoSt、PoSpace、PoT)？時空證明如何運作？
介紹
Bitcoin 在 2009 年向世界引入了首個共識機制，開啟了一個新時代。然而，其高能耗問題引發(fā)了人們的關(guān)注，促使開發(fā)者尋找更可行的解決方案，以彌補該機制的不足，例如權(quán)益證明（PoS）、委托權(quán)益證明（DPoS）共識機制，以及一種更新的解決方案——時空證明（PoST）共識機制，該機制結(jié)合了空間證明（PoSpace）和時間證明（PoT）的優(yōu)點。
什么是時空證明（PoSpace）？
空間證明（PoSpace）是一種基于證據(jù)的共識機制，要求參與者證明其已預留了規(guī)定數(shù)量的存儲空間，并且該存儲空間已填充網(wǎng)絡(luò)指定的數(shù)據(jù)。這可以通過哈希函數(shù)將數(shù)據(jù)映射到稱為“承諾”（Commitment）的短輸出來實現(xiàn)。
一旦映射完成，參與者會將該短輸出發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)，以證明其預留的存儲空間。一旦網(wǎng)絡(luò)收到該證明，它可以要求參與者提供與其承諾相關(guān)的部分數(shù)據(jù)。參與者需要在規(guī)定時間內(nèi)提供該承諾，以證明其誠實性或活躍性。
什么是時間證明（PoT）？
時間證明（PoT）是一種去中心化的共識算法，它根據(jù)驗證者的排名分數(shù)和固定質(zhì)押來選擇驗證者。排名分數(shù)是網(wǎng)絡(luò)算法為每個驗證者賦予的數(shù)值，反映其對過去數(shù)據(jù)的驗證準確性，同時也包括其他驗證者對其交互的反饋。
固定質(zhì)押是一種質(zhì)押方式，要求所有驗證者必須質(zhì)押相同數(shù)量的平臺原生代幣才能參與共識過程。這與權(quán)益證明（PoS）機制有所不同，后者允許驗證者通過質(zhì)押 大量平臺代幣來參與共識。
在時間證明（PoT）共識機制下，任何節(jié)點只要質(zhì)押了規(guī)定數(shù)量的代幣并擁有良好的排名分數(shù)，都可以成為驗證者。這通過可驗證延遲函數(shù)（VDF）實現(xiàn)，該函數(shù)會隨機選擇區(qū)塊提議者（稱為時間選舉者）和區(qū)塊確認者（稱為時間節(jié)點）。
最后，盡管所有節(jié)點的代幣質(zhì)押數(shù)量相同，可驗證延遲函數(shù)（VDF）會優(yōu)先選擇排名分數(shù)較高的節(jié)點來提議或確認區(qū)塊。
什么是時空證明（PoST）？
空間-時間證明（PoST）共識機制是一種新概念，它結(jié)合了空間證明（PoSpace）和時間證明（PoT），形成一種共識算法，使網(wǎng)絡(luò)參與者能夠證明自己在特定時間內(nèi)預留了指定數(shù)量的存儲空間，同時幾乎不消耗計算和電力資源。
該機制的開發(fā)旨在利用存儲空間作為資源，構(gòu)建環(huán)保且可擴展的去中心化網(wǎng)絡(luò)。這與工作量證明（PoW）形成鮮明對比，后者依賴于解決消耗大量電力和計算能力的加密難題。
最后，空間-時間證明（PoST）可以通過調(diào)整存儲時長來改變證明難度，而不是提高計算要求，從而在不增加能源消耗的情況下增強網(wǎng)絡(luò)安全性。通過專注于存儲，空間-時間證明（PoST）降低了網(wǎng)絡(luò)運營成本，減少了對環(huán)境的不利影響，并創(chuàng)造了更加去中心化的網(wǎng)絡(luò)。
時空證明（PoST）如何運作？
要參與 PoST 網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點首先需要在磁盤上創(chuàng)建一個大型數(shù)據(jù)集，稱為“Plot”。創(chuàng)建的 Plot 包含基于稱為挑戰(zhàn)（Challenge）的公共參數(shù)構(gòu)建的加密證明。網(wǎng)絡(luò)會定期更新這些挑戰(zhàn)，以確保 Plot 保持活躍，而不會被創(chuàng)建后棄置。
節(jié)點創(chuàng)建完成后，下一步是生成網(wǎng)絡(luò)中的新區(qū)塊。為此，節(jié)點需要提交證明，表明其已在特定時間內(nèi)存儲了 Plot，這個時間稱為一個時期（epoch）。該證明是先前創(chuàng)建的 Plot 中與當前網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)匹配的部分。
一旦提交證明，網(wǎng)絡(luò)會進行驗證，確保其符合當前挑戰(zhàn)，并與同一節(jié)點之前提交的證明一致。通過這種方式，網(wǎng)絡(luò)確保節(jié)點不會在每個時期內(nèi)修改或刪除其 Plot。
最后，能夠最快且最準確提供證明的節(jié)點將獲得生成下一個區(qū)塊的權(quán)利，并獲得相應的獎勵。
時空證明（PoST）的優(yōu)勢
存儲與時間的結(jié)合賦予了空間-時間證明（PoST）共識多項優(yōu)勢，這些優(yōu)勢不僅對采用該共識的網(wǎng)絡(luò)極為有利，也為網(wǎng)絡(luò)用戶帶來了諸多好處。其中包括：
成本效益
雖然通常認為成本主要取決于存儲容量，但實際上它與存儲的持續(xù)時間密切相關(guān)。PoST 通過要求提供未被篡改的存儲空間證明，在確保存儲空間被定期使用的同時，大幅降低成本。
能源效率
不同于消耗大量能源進行挖礦的工作量證明（PoW），空間-時間證明（PoST）共識所需的能源極少。它主要依賴于磁盤存儲和證明，而非計算能力和挖礦。
去中心化
空間-時間證明（PoST）共識能夠保持真正的去中心化，而不像權(quán)益證明（PoS）機制那樣依賴代幣質(zhì)押。由于 PoST 允許用戶通過提供存儲空間參與網(wǎng)絡(luò)，而非通過大量持有網(wǎng)絡(luò)代幣來獲得權(quán)力，因此避免了 PoS 可能導致的集中化問題。
在 PoST 體系下，存儲空間成為資源，取代了資金投資。這確保了每位參與者都能積極參與網(wǎng)絡(luò)運營，而不會被特定團體或個體壟斷。
安全性
空間-時間證明（PoST）采用雙重安全機制，確保只有滿足存儲空間與時間要求的節(jié)點才能參與網(wǎng)絡(luò)。這有效限制了潛在的惡意節(jié)點，降低了對網(wǎng)絡(luò)的攻擊風險。
使用時空證明共識算法的區(qū)塊鏈
盡管空間-時間證明（PoST）仍是一個新興概念，但已有一些項目采用了該共識機制。其中包括：
Chia 網(wǎng)絡(luò)
Chia 網(wǎng)絡(luò)是一個去中心化金融（DeFi）支付系統(tǒng)，旨在降低交易成本并提高網(wǎng)絡(luò)交易效率。該協(xié)議使用其專有的智能合約編程語言 Chialisp，這種語言具有可審計性、安全性和透明性，同時還能幫助創(chuàng)建新的加密工具，以提高智能合約的安全性。
與依賴代幣或挖礦的機制不同，Chia 網(wǎng)絡(luò)通過空間-時間證明（PoST）共識機制利用計算機存儲硬件。網(wǎng)絡(luò)中的“農(nóng)民”（Farmers）通過 dedicating 硬盤的一部分來存儲稱為 Plot 的隨機數(shù)據(jù)，并因此獲得 Chia 代幣獎勵。
在 Plot 創(chuàng)建完成后，網(wǎng)絡(luò)會生成一個從先前區(qū)塊獲得的挑戰(zhàn)，并將其發(fā)送給農(nóng)民，要求他們在預留存儲空間（Plot）中找到該挑戰(zhàn)。當農(nóng)民找到挑戰(zhàn)并通知網(wǎng)絡(luò)后，它會被提供給一個名為“Timelord”的參與者，后者會對農(nóng)民提供的數(shù)據(jù)進行計算。
借助空間-時間證明（PoST）共識，Chia 網(wǎng)絡(luò)能夠提供包括原子交換（Atomic Swaps）、可恢復錢包（Recoverable Wallets）、授權(quán)支付（Authorized Pays）、速率限制錢包（Rate-Limited Wallets）、回收托管（Clawback Escrow）以及慢速紙錢包（Slow Paper Wallet）等服務。
Filecoin
Filecoin 是一個基于區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)，專為去中心化數(shù)據(jù)存儲而設(shè)計。該平臺允許用戶通過計算機運行 Lotus 節(jié)點，這些節(jié)點為網(wǎng)絡(luò)提供去中心化存儲功能，并允許用戶通過空間-時間證明（PoST）共識機制挖掘 Filecoin 代幣。
在 Filecoin 網(wǎng)絡(luò)上，空間-時間證明用于驗證存儲提供者是否持續(xù)提供其聲稱的存儲服務?？蛻襞c存儲提供者之間會達成協(xié)議，存儲提供者需在 180 至 540 天的指定期限內(nèi)提供存儲服務。
在此期間，存儲提供者必須持續(xù)證明其持有的數(shù)據(jù)是可用且不可篡改的。平臺設(shè)有一個證明周期，每個 32GB 或 64GB 的存儲扇區(qū)每 24 小時驗證一次。
每個證明周期被劃分為 48 個獨立的 30 分鐘期限。存儲空間被分組為分區(qū)，并始終在相同的證明期限內(nèi)進行驗證。
時空證明（PoST）與其他共識機制對比
通過在現(xiàn)有的空間證明（PoSpace）共識機制基礎(chǔ)上融合時間證明（PoT）共識，空間-時間證明（PoST）提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性和效率。這使得 PoST 相較于工作量證明（PoW）、權(quán)益證明（PoS）和容量證明等其他共識機制具有一定優(yōu)勢。
工作量證明（PoW） vs 空間-時間證明（PoST）
工作量證明（PoW）是比特幣采用的共識機制，它通過要求礦工解決復雜的數(shù)學問題來驗證并添加新區(qū)塊。盡管 PoW 以安全性著稱，但其高能耗以及對高端計算硬件的依賴也備受詬病。
相比之下，空間-時間證明（PoST）以環(huán)保和低能耗為特點。PoST 不依賴 PoW 那樣的高性能計算，而是通過要求參與者在特定時間內(nèi)分配存儲空間來運行共識機制。
憑借這些特性，PoST 能夠節(jié)省更多能源，同時支持并行區(qū)塊創(chuàng)建和驗證，提高可擴展性。最后，與 PoW 依賴高性能礦機競爭算力不同，PoST 機制更加公平，所有節(jié)點均可創(chuàng)建區(qū)塊，而不受資源和影響力的限制。
空間-時間證明（PoST） vs 權(quán)益證明（PoS）
PoST 和 PoS 這兩種共識機制都具備較低的能源消耗，但它們在區(qū)塊創(chuàng)建和驗證方式上有所不同。PoS 依賴于用戶持有并質(zhì)押的代幣數(shù)量，而 PoST 通過激勵參與者在區(qū)塊鏈上存儲數(shù)據(jù)來運行共識機制。
雖然這兩種機制都更加環(huán)保，但 PoS 可能會導致網(wǎng)絡(luò)中心化并失去去許可特性。由于 PoS 依賴于代幣質(zhì)押，持有更多代幣的用戶將在網(wǎng)絡(luò)治理中擁有更大的話語權(quán)。而 PoST 機制則要求參與者質(zhì)押自身已有的存儲空間來參與區(qū)塊驗證和創(chuàng)建，從而避免了 PoS 可能帶來的中心化問題。
空間-時間證明（PoST） vs 容量證明（PoC）
PoC 和 PoST 具有相似的特性，兩者都依賴存儲空間來進行區(qū)塊驗證。然而，與 PoST 不同，PoC 允許網(wǎng)絡(luò)節(jié)點利用硬盤上的空余空間來挖掘網(wǎng)絡(luò)代幣。PoC 機制允許用戶在挖礦開始前，將一系列可能的解決方案存儲在硬盤中。
這意味著擁有更大存儲空間的用戶可以存儲更多潛在解，從而提高匹配哈希值的幾率，并獲得更多挖礦獎勵。
結(jié)論
空間-時間證明（PoST）共識機制開啟了區(qū)塊鏈共識的新紀 元，不僅提升了安全性，還提高了對稀缺資源的高效利用。其結(jié)合空間與時間的特性增強了去中心化，有助于推動該機制的更廣泛應用。
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