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，其高能耗問題引發了人們的關注，促使開發者尋找更可行的解決方案，以彌補該機制的不足，例如權益證明（PoS）、委託權益證明（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，該機制結合了空間證明（PoSpace）和時間證明（PoT）的優點。

什麼是時空證明（PoSpace）？

空間證明（PoSpace）是一種基於證據的共識機制，要求參與者證明其已預留了規定數量的存儲空間，並且該存儲空間已填充網絡指定的數據。這可以通過哈希函數將數據映射到稱為“承諾”（Commitment）的短輸出來實現。

一旦映射完成，參與者會將該短輸出發送至網絡，以證明其預留的存儲空間。一旦網絡收到該證明，它可以要求參與者提供與其承諾相關的部分數據。參與者需要在規定時間內提供該承諾，以證明其誠實性或活躍性。

什麼是時間證明（PoT）？

時間證明（PoT）是一種去中心化的共識算法，它根據驗證者的排名分數和固定質押來選擇驗證者。排名分數是網絡算法為每個驗證者賦予的數值，反映其對過去數據的驗證準確性，同時也包括其他驗證者對其交互的反饋。

固定質押是一種質押方式，要求所有驗證者必須質押相同數量的平臺原生代幣才能參與共識過程。這與權益證明（PoS）機制有所不同，後者允許驗證者通過質押大量平臺代幣來參與共識。

在時間證明（PoT）共識機制下，任何節點只要質押了規定數量的代幣並擁有良好的排名分數，都可以成為驗證者。這通過可驗證延遲函數（VDF）實現，該函數會隨機選擇區塊提議者（稱為時間選舉者）和區塊確認者（稱為時間節點）。

最後，儘管所有節點的代幣質押數量相同，可驗證延遲函數（VDF）會優先選擇排名分數較高的節點來提議或確認區塊。

什麼是時空證明（PoST）？

空間-時間證明（PoST）共識機制是一種新概念，它結合了空間證明（PoSpace）和時間證明（PoT），形成一種共識算法，使網絡參與者能夠證明自己在特定時間內預留了指定數量的存儲空間，同時幾乎不消耗計算和電力資源。

該機制的開發旨在利用存儲空間作為資源，構建環保且可擴展的去中心化網絡。這與工作量證明（PoW）形成鮮明對比，後者依賴於解決消耗大量電力和計算能力的加密難題。

最後，空間-時間證明（PoST）可以通過調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絡安全性。通過專注於存儲，空間-時間證明（PoST）降低了網絡運營成本，減少了對環境的不利影響，並創造了更加去中心化的網絡。

時空證明（PoST）如何運作？

要參與 PoST 網絡，節點首先需要在磁盤上創建一個大型數據集，稱為“Plot”。創建的 Plot 包含基於稱為挑戰（Challenge）的公共參數構建的加密證明。網絡會定期更新這些挑戰，以確保 Plot 保持活躍，而不會被創建後棄置。

節點創建完成後，下一步是生成網絡中的新區塊。為此，節點需要提交證明，表明其已在特定時間內存儲了 Plot，這個時間稱為一個時期（epoch）。該證明是先前創建的 Plot 中與當前網絡挑戰匹配的部分。

一旦提交證明，網絡會進行驗證，確保其符合當前挑戰，並與同一節點之前提交的證明一致。通過這種方式，網絡確保節點不會在每個時期內修改或刪除其 Plot。

最後，能夠最快且最準確提供證明的節點將獲得生成下一個區塊的權利，並獲得相應的獎勵。

時空證明（PoST）的優勢

存儲與時間的結合賦予了空間-時間證明（PoST）共識多項優勢，這些優勢不僅對採用該共識的網絡極為有利，也為網絡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於存儲容量，但實際上它與存儲的持續時間密切相關。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

不同於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。它主要依賴於磁盤存儲和證明，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，而不像權益證明（PoS）機制那樣依賴代幣質押。由於 PoST 允許用戶通過提供存儲空間參與網絡，而非通過大量持有網絡代幣來獲得權力，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絡運營，而不會被特定團體或個體壟斷。

安全性

空間-時間證明（PoST）採用雙重安全機制，確保只有滿足存儲空間與時間要求的節點才能參與網絡。這有效限制了潛在的惡意節點，降低了對網絡的攻擊風險。

使用時空證明共識算法的區塊鏈

儘管空間-時間證明（PoST）仍是一個新興概念，但已有一些項目採用了該共識機制。其中包括：

Chia 網絡

來源：Chia

Chia 網絡是一個去中心化金融（DeFi）支付系統，旨在降低交易成本並提高網絡交易效率。該協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 網絡通過空間-時間證明（PoST）共識機制利用計算機存儲硬件。網絡中的“農民”（Farmers）通過 dedicating 硬盤的一部分來存儲稱為 Plot 的隨機數據，並因此獲得 Chia 代幣獎勵。

在 Plot 創建完成後，網絡會生成一個從先前區塊獲得的挑戰，並將其發送給農民，要求他們在預留存儲空間（Plot）中找到該挑戰。當農民找到挑戰並通知網絡後，它會被提供給一個名為“Timelord”的參與者，後者會對農民提供的數據進行計算。

藉助空間-時間證明（PoST）共識，Chia 網絡能夠提供包括原子交換（Atomic Swaps）、可恢復錢包（Recoverable Wallets）、授權支付（Authorized Pays）、速率限制錢包（Rate-Limited Wallets）、回收託管（Clawback Escrow）以及慢速紙錢包（Slow Paper Wallet）等服務。

Filecoin

來源：Supra

Filecoin 是一個基於區塊鏈的網絡，專為去中心化數據存儲而設計。該平臺允許用戶通過計算機運行 Lotus 節點，這些節點為網絡提供去中心化存儲功能，並允許用戶通過空間-時間證明（PoST）共識機制挖掘 Filecoin 代幣。

在 Filecoin 網絡上，空間-時間證明用於驗證存儲提供者是否持續提供其聲稱的存儲服務。客戶與存儲提供者之間會達成協議，存儲提供者需在 180 至 540 天的指定期限內提供存儲服務。

在此期間，存儲提供者必須持續證明其持有的數據是可用且不可篡改的。平臺設有一個證明週期，每個 32GB 或 64GB 的存儲扇區每 24 小時驗證一次。

每個證明週期被劃分為 48 個獨立的 30 分鐘期限。存儲空間被分組為分區，並始終在相同的證明期限內進行驗證。

時空證明（PoST）與其他共識機制對比

通過在現有的空間證明（PoSpace）共識機制基礎上融合時間證明（PoT）共識，空間-時間證明（PoST）提高了網絡的安全性和效率。這使得 PoST 相較於工作量證明（PoW）、權益證明（PoS）和容量證明等其他共識機制具有一定優勢。

工作量證明（PoW） vs 空間-時間證明（PoST）

工作量證明（PoW）是比特幣採用的共識機制，它通過要求礦工解決複雜的數學問題來驗證並添加新區塊。儘管 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分配存儲空間來運行共識機制。

憑藉這些特性，PoST 能夠節省更多能源，同時支持並行區塊創建和驗證，提高可擴展性。最後，與 PoW 依賴高性能礦機競爭算力不同，PoST 機制更加公平，所有節點均可創建區塊，而不受資源和影響力的限制。

空間-時間證明（PoST） vs 權益證明（PoS）

PoST 和 PoS 這兩種共識機制都具備較低的能源消耗，但它們在區塊創建和驗證方式上有所不同。PoS 依賴於用戶持有並質押的代幣數量，而 PoST 通過激勵參與者在區塊鏈上存儲數據來運行共識機制。

雖然這兩種機制都更加環保，但 PoS 可能會導致網絡中心化並失去去許可特性。由於 PoS 依賴於代幣質押，持有更多代幣的用戶將在網絡治理中擁有更大的話語權。而 PoST 機制則要求參與者質押自身已有的存儲空間來參與區塊驗證和創建，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塊驗證。然而，與 PoST 不同，PoC 允許網絡節點利用硬盤上的空餘空間來挖掘網絡代幣。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機率，並獲得更多挖礦獎勵。

結論

空間-時間證明（PoST）共識機制開啟了區塊鏈共識的新紀元，不僅提升了安全性，還提高了對稀缺資源的高效利用。其結合空間與時間的特性增強了去中心化，有助於推動該機制的更廣泛應用。