虛擬工作量證明:一種創新的資產分發協議

自2017年以來,Web3領域進入了資產發行的低門檻時代。各類項目通過IDO、ICO等方式發行自定義代幣或NFT,但往往存在強控盤或信息不透明等問題,造成頻繁的RugPull現象。

時至今日,傳統的IDO和ICO模式已暴露出公平性方面的缺陷。業內一直期待有更加公平可靠的資產發行協議,以解決新項目代幣生成時面臨的諸多問題。雖然一些創新項目提出了自己的"公平經濟模型",但大多未能推廣成爲通用協議。

那麼,什麼樣的模式才是更公平可靠的資產分發方式?什麼樣的方案能夠成爲一套通用協議?本文將介紹的Cellula項目爲解決上述問題提供了全新視角。該項目實現了一個模擬POW的資產分發層,利用虛擬工作量證明(vPOW)將資產分發過程"挖礦化",通過模擬比特幣來實現更公平的資產分配範式。

雖然Cellula被許多人視爲遊戲金融項目,但由於其分發的遊戲內獎勵可以設置爲任意類型的Token,理論上Cellula可以作爲一個具有POW效應的通用資產分發平台,爲Web3資產發行帶來更廣闊的前景和想象空間。它甚至可以被稱爲"一場致敬比特幣挖礦的社會實驗"。

POW和vPOW:不可預測的彩票抽獎

無論是正統的POW還是POS,或是本文要講的vPOW,本質都是設置一套輸出結果難以預測的算法,通過輸出結果來進行"彩票抽獎"。比特幣礦工需要在本地構造出滿足限制條件的區塊,提交給網路中的全節點通過共識,才能獲得出塊獎勵。限制條件是要求構造出的區塊哈希滿足特殊要求,如前綴是6個0。

由於區塊哈希的生成結果難以預測,構造出符合條件的區塊只能不斷變更輸入參數進行暴力窮舉,對礦工的硬件設備要求很高。

簡而言之,比特幣挖礦通過SHA-256哈希算法的不可預測性,實現了一套全網礦工在線參與的"彩票抽獎"系統,這種設計以電能爲代價,確保了參與形式上的無許可性。

此外,POW是一種更公平的資產分配方式,主流POW公鏈中項目方控盤的難度比POS公鏈大很多。在許多POS公鏈或ICO、IDO方案中,項目方強控盤的案例比比皆是。

例如,Solana幣價在FTX和SBF操縱下,曾在2019-2021年暴漲近1000倍,而許多Solana驗證節點運營者是其早期投資人,他們獲得籌碼的成本接近於零,這嚴重破壞了資產分發的公平性。雖然POW中項目方也有控盤空間,但程度往往要比POS輕得多。

問題在於,POW模式通常被應用於底層公鏈而非應用層的資產發行。我們能否設計一套可在鏈上實現的方案,模擬出POW的效果?如果可以,就能實現一套比ICO、IDO等強控盤方案更公平可靠的資產分發協議。結合一些遊戲場景,可以開發出有趣的遊戲金融項目(當然實際用途不限於遊戲,還可以爲其他項目提供公平的資產分發方案)。

關鍵是,如何在鏈上資產發行層模擬出POW的效果?在Cellula項目中,通過引入著名的"康威生命遊戲"算法,爲鏈上虛擬的數字實體(稱爲"BitLife")分配算力。簡單來說,就像讓參與者在自己的培養皿中培育細胞集羣,隨着時間推移,誰的培養皿中存活細胞越多,折算後獲得的挖礦算力就越高,越可能獲得挖礦獎勵。

Cellula將傳統POW的哈希計算,替換爲另一種結果難以預測的計算方式,改變了"Proof of Work"中的"Work"形式。在Cellula的設計中,關鍵在於如何獲得存活細胞數更多的培養皿(BitLife)。推演BitLife的狀態變化需要消耗計算資源,本質上是將比特幣挖礦執行的哈希算法變爲推演康威生命遊戲的特定算法,這被稱爲vPOW(Virtual POW)。

vPOW的核心:康威生命遊戲與BitLife

在詳細解讀Cellula的機制設計之前,讓我們先了解vPOW最重要的核心-----"康威生命遊戲"。它最早可追溯到馮·諾依曼於1950年提出的"細胞自動機"概念,後來數學家約翰·康威在1970年正式提出"康威生命遊戲",用算法模擬自然界生命的演化規律。

假設我們有一個培養皿,將其按照二維坐標劃分出許多小方格,然後對培養皿進行"初始設置",讓一些活細胞佔據部分方格。此後這些細胞的生死狀態將隨時間演化,逐漸呈現出形態復雜的細胞集羣。這本質上是一個二維格子遊戲,規則非常簡單:

• 每個細胞有兩種狀態:存活/死亡,每個細胞和周圍八個方格上的細胞會產生互動
• 如果某個存活細胞周圍8格內存活細胞少於2個,該細胞進入死亡狀態
• 某個存活細胞周圍有2個或3個存活細胞時,該細胞保持存活
• 某個存活細胞周圍有超過3個存活細胞時,該細胞進入死亡狀態(模擬生命數量過多而爭搶資源)
• 某個死亡細胞周圍有3個存活細胞時,該細胞轉爲存活狀態(模擬細胞增殖)

按照上述規則,給定培養皿細胞狀態的初始模式後,細胞狀態會隨時間推移不斷演化迭代,產生千變萬化的結果。甚至可以用康威生命遊戲模擬出計算機的效果。

例如,培養皿中每個細胞的生/死,對應着二進制的0/1,可以將細胞初始狀態視爲"輸入參數",每個細胞的生死代表輸入數據。之後細胞狀態會按照初始模式開始演變,每一輪狀態變化就相當於計算過程中的一步操作,經過一段時間後得到的狀態可以看作"輸出"。

只要布置適當的初始模式,康威生命遊戲能在經過若幹代演變後,輸出特定結果。由於初始模式千變萬化,可以利用其特性模擬出彩票抽獎的效果。我們可以設置限制條件,每個玩家隨機選擇一批初始模式,經過100代演化後,輸出結果滿足特定特徵的培養皿主人有資格獲取獎勵,這與比特幣挖礦的思路類似:

"系統先限定哪類輸出結果符合要求,參與者向給定算法輸入隨機的初始值,嘗試得到符合要求的輸出結果"。由於待嘗試的初始輸入參數數量龐大,必須付出很大努力才能撞大運中獎,這正是工作量證明的邏輯:礦工必須要付出一定工作量才能獲取獎勵。

了解了Cellula和康威生命遊戲的基本思想後,我們再來看具體的細節設計。Cellula將"培養皿"分爲9*9=81個方格,每個方格上的細胞有生/死兩種狀態(對應二進制的0和1)。這樣一來,按照排列組合,培養皿中的細胞初始狀態有2^81種,這個數字等於1萬億的平方。

玩家要做的是對培養皿的初始模式(輸入參數)進行選擇。BitLife充當了培養皿的實體(實際是個NFT),包含81個方格,每個方格上放置一個細胞(可能有生/死兩種狀態,空置的方格等價於死細胞)。然後,BitLife中每3*3=9個相鄰方格構成一個BitCell,每個BitLife由2-9個BitCell拼接而成(如果構造的Bitlife不足9個Bitcell,有些地方就被空置,默認都是死細胞)。

按照排列組合,BitCell(3*3方格)有2^9種初始模式,玩家要做的就是隨機挑選不同模式的多個BitCell組合起來,構造出一個BitLife。簡單來說,就是爲自己的培養皿隨便找一個初始模式,而前面講過,不同的初始模式總計有2^81種,是個天文數字。所以留給參與者的選擇空間非常大,這與比特幣挖礦中使用SHA-256的場景類似。

BitLife的細胞狀態會隨着區塊高度的增加而變化。Cellula按照不同區塊高度下BitLife的狀態來分配算力。在給定區塊高度下,包含的存活細胞越多的BitLife擁有的算力越高,這就相當於創造了一種虛擬礦機。

舉個具體例子,Cellula參與者要在鏈下窮舉BitLife的2^81種初始模式,預測每種模式演化後的狀態,然後看能否符合獎勵系統的要求。假設現在的區塊高度爲800,系統提出要求:區塊高度爲1000時,存活細胞數最多的BitLife能獲得最多的獎勵,那麼參與者的目標會很明確:

在區塊高度爲800時,我要獲取某個模式的BitLife,該模式的BitLife在區塊高度爲1000時,能比其他BitLife有更多存活細胞。

這就是Cellula的核心玩法,目標是自己構造或從他人手中購買最有可能獲得挖礦獎勵的BitLife。這種模式相當於允許普通散戶/高級散戶自行研發礦機,然後可以將自制礦機賣給他人,也可以購買他人的礦機來挖礦。如果要自己造礦機,就需要在鏈下自行推演出不同模式的BitLife的狀態演化,這會耗費計算資源;如果要買別人的礦機,實際上就是買不同初始模式的Bitlife,需要自行判斷這些BitLife未來的狀態變化,所以還是要在鏈下自行計算。這是整個Cellula遊戲設計中非常有趣的一個點。

理解了遊戲的核心機制後,我們再來看其他細節:實際上BitLife中的活細胞可以溢出到初始的99格子外,存活的細胞數可以遠大於99個,沒有邊界限制。如果某個BitLife包含的活躍細胞數不斷增多,其分配到的挖礦算力也會越來越高,而如果BitLife的初始模式選擇不當,活細胞數越來越少,算力也會越來越低。

系統會每隔5分鍾分發一定的挖礦獎勵(遊戲裏稱爲能量點),根據每個BitLife在網路中的算力份額來分配。

在Cellula中,玩家合成BitLife的過程,就是一個"制造"新礦機的過程。BitLife的實體是一個NFT,在鏈上被鑄造出來後,要進行"充電"操作才能啓動挖礦,單次充電有效期爲1天、3天和7天,需要支付一筆小額手續費,且到期後需要繼續充電。

爲了鼓勵用戶多對BitLife進行充電,Cellula設置了一個"充電抽獎"功能,每次發起充電操作時都可能被選中,獲得一些額外獎勵(這個獎勵與挖礦獎勵是獨立的)。

![解讀Cellula：致敬PO