虚拟工作量证明:一种公平的资产分发新范式

自2017年ERC-20代币风靡以来,Web3进入了低门槛的资产发行时代。各种项目通过IDO、ICO等方式大量发行代币或NFT,但往往存在强控盘或信息不透明的问题,造成频繁的跑路现象。

时至今日,传统的IDO和ICO模式已经充分暴露出公平性方面的缺陷。业界一直希望能有更公平可靠的资产发行协议,来解决新项目首次代币发行(TGE)时的诸多问题。虽然一些创新项目提出了自己的"公平经济模型",但大多未能推广为通用协议,最终沦为个例而非抽象的标准化方案。

那么,什么样的模式才是更公平可靠的资产分发方式?什么样的方案能成为一套通用协议?本文将介绍的Cellula项目为解决上述问题提供了全新视角。他们实现了一个模拟工作量证明(POW)的资产分发层,利用虚拟POW(vPOW)将资产分发过程"挖矿化",以模拟比特币实现更公平的资产分配范式。

虽然Cellula被许多人视为游戏金融项目,但由于其分发的游戏内奖励可以设置为任意类型的代币,理论上它可以作为一个具有POW效应的通用资产分发平台,为Web3资产发行带来更广阔的前景和想象空间。甚至可以称其为"一场致敬比特币挖矿的社会实验"。

POW和vPOW:结果不可预测的彩票抽奖

无论是正统的POW还是POS,或是本文要讲的vPOW,本质都是设置一套输出结果不可预测或难以预测的算法,通过输出结果来进行"彩票抽奖"。比特币矿工要在本地构造出满足限制条件的区块,提交给网络中的全节点通过共识,才能获得出块奖励。限制条件是要让构造出的区块哈希满足特殊要求,比如前缀是6个0。

由于区块哈希的生成结果不可预测或难以预测,要构造出符合条件的区块,只能不断变更给定算法的输入参数,这一过程需要暴力穷举,对矿工的硬件设备有很高要求。

简而言之,比特币挖矿通过SHA-256哈希算法的不可预测性,实现了一套全网矿工在线参与的"彩票抽奖"系统,这种设计以电能为代价,确保了参与形式上的无许可性。

此外,POW是一种更公平的资产分配方式,主流POW公链中项目方控盘的难度比POS公链大很多。而在很多POS公链或ICO、IDO方案里,项目方强控盘的案例比比皆是。

比如,Solana币价在FTX和SBF操纵下,曾在2019~2021年暴涨近1000倍,而许多Solana验证节点运行者是其早期投资人,他们获得筹码的成本接近于零,这严重破坏了资产分发的公平性。虽然POW中项目方也有控盘空间,但程度往往要比POS轻得多。

问题在于,POW模式往往被应用于底层公链而非应用层的资产发行。我们能否以一套链上可实现的方案,模拟出POW的效果?如果可以,就能实现一套比ICO、IDO等强控盘方案更公平可靠的资产分发协议,搭配一些游戏场景,可以做出有意思的游戏金融项目(当然实际用途不仅限于游戏,还可以为其他项目提供公平的资产分发方案)。

关键是,如何在链上资产发行层模拟出POW的效果?在Cellula项目中,通过引入著名的"康威生命游戏"算法,为链上虚拟的数字实体(称为"BitLife")分配算力。简单来说,就像让一群人在自己的培养皿中繁育细胞集群,随着时间推进,谁的培养皿中存活细胞越多,折算后得到的挖矿算力越高,越可能获得挖矿奖励。

简而言之,Cellula把传统POW的哈希计算,换成了另一种结果不可预测或难以预测的计算方式,替换了"Proof of Work"中的"Work"形式。在Cellula的思路下,关键在于如何获得存活细胞数更多的培养皿(BitLife),而推演BitLife的状态变化需要耗费计算资源,本质是把比特币挖矿执行的哈希算法变为推演康威生命游戏的特定算法,这被称为vPOW(Virtual POW)。

vPOW的核心:康威生命游戏与BitLife

在对Cellula的机制设计展开解读前,先来看看vPOW最重要的核心——"康威生命游戏"。它最早可追溯到冯诺依曼于1950年提出的"细胞自动机"概念,而后数学家约翰·康威在1970年正式提出"康威生命游戏",用算法模拟自然界生命的演化规律。

假设我们有一个培养皿,将其按照二维坐标划分出一堆小方格,然后对培养皿进行"初始设置",让一些活细胞占据部分方格,此后这些细胞的生死状态将随时间演化,逐渐呈现出形态复杂的细胞集群(可以想像霉菌是怎么繁殖的)。这本质是一个二维格子游戏,规则非常简单:

• 每个细胞有两种状态:存活/死亡,就像扫雷游戏一样,每个细胞和自己周围八个方格上的细胞会产生互动;
• 假设某细胞存活,但周围8格内存活细胞小于2个(0或1),则该细胞进入死亡状态;
• 某细胞存活,且周围有2个或3个存活细胞时,该细胞仍保持存活;
• 细胞为存活状态,周围有超过3个存活细胞时,该细胞进入死亡状态(模拟生命数量过多而争抢资源的场景);
• 当前细胞为死亡状态,但周围有3个存活细胞时,该细胞转入存活状态(模拟细胞增殖)

所以很简单,在二维培养皿中给定细胞状态的初始模式,然后按照上述规则,细胞状态会随时间推移,不断地演化迭代,产生千变万化的结果。甚至能用康威生命游戏模拟出计算机的效果。

比如说,培养皿中每个细胞的生/死,对应着二进制的0/1,你可以把细胞初始状态视为"输入参数",每个细胞的生死(0或1)代表输入数据,之后细胞状态会按照初始模式开始演变,每一轮状态变化就相当于计算过程中的一步操作,经过一段时间后得到的状态,可以看作"输出"。

只要布置适当的初始模式,康威生命游戏能在经过若干代演变后,输出特定结果。由于初始模式千变万化,可以利用其特性模拟出彩票抽奖的效果。我们可以设置限制条件,每个玩家随机选择一批初始模式,经过100代演化后,输出结果满足特定特征的培养皿主人有资格获取奖励,这样就和比特币挖矿的思路比较接近了:

"系统先限定哪类输出结果符合要求,参与者向给定算法输入随机的初始值,尝试得到符合要求的输出结果"。由于待尝试的初始输入参数非常多(几乎是天量),你必须要付出很大努力才能撞大运中奖,这正是工作量证明的逻辑:矿工必须要付出一定工作量才能获取奖励。

在理解了Cellula和康威生命游戏的基本思想后,再看它具体的细节设计。Cellula把前面说的"培养皿"分为9*9=81个方格,每个方格上的细胞有生/死两种状态(对应二进制的0和1),这样一来,按照排列组合,培养皿中的细胞初始状态有2^81种,这个数字等于1万亿的平方(基本是个天文数字)。

然后,玩家要做的是对培养皿的初始模式(输入参数)进行选择。BitLife充当了培养皿的实体(实际是个NFT),包含81个方格,每个方格上放置一个细胞(可能有生/死两种状态,空置的方格等价于死细胞)。然后,BitLife中每3*3=9个相邻方格构成一个BitCell,每个BitLife由2~9个BitCell拼接而成(如果你构造的Bitlife不足9个Bitcell,有些地方就被空置,默认都是死细胞)。

按照排列组合,BitCell(3*3方格)有2^9种初始模式,玩家要做的就是随机挑选不同模式的多个BitCell组合起来,构造出一个BitLife。简单来解释,就是为自己的培养皿随便找一个初始模式,然后前面讲过,不同的初始模式总计有2^81种,是个天文数字。所以留给参与者的选择空间非常大,这就和比特币挖矿里用SHA-256的场景有点像。

BitLife的细胞状态会随着区块高度的增加而变化。Cellula按照不同区块高度下BitLife的状态来分配算力。给定一个区块高度,包含的存活细胞越多的BitLife拥有的算力越高,这就相当于创造了一种虚拟矿机。

这里举个具体的例子,Cellula参与者要在链下穷举BitLife的2^81种初始模式,预测每种模式演化后的状态,然后看能否符合奖励系统的要求。假设现在的区块高度为800,而系统提出要求:区块高度为1000时,存活细胞数最多的BitLife能获得最多的奖励,那么参与者的目标会很明确:

在区块高度为800时,我要获取某个模式的BitLife,该模式的BitLife在区块高度为1000时,能比其他BitLife有更多存活细胞。

这其实就是Cellula的核心玩法,你的目标就是自己构造/从别人手上买到最有可能获得挖矿奖励的BitLife,这种模式就相当于允许普通散户/高级散户自己研发矿机,然后你可以把自己造的矿机卖给别人,可以购买别人的矿机来挖矿。如果你要自己造矿机,那就要在链下自行推演出不同模式的BitLife的状态演化,这会耗费计算资源;如果你要买别人的矿机,其实就是买不同初始模式的Bitlife,你要自行判断这些BitLife未来的状态变化,所以你还是要在链下自行计算。这其实是整个Cellula游戏设计中非常有趣的一个点。

在理解了游戏的核心机制后,再来看其他细节:其实BitLife中的活细胞可以溢出到初始的99格子外,存活的细胞数可以远大于99个,没有边界限制。如果某个BitLife包含的活跃细胞数不断增多,其分配到的挖矿算力也会越来越高,而如果BitLife的初始模式选择不当,活细胞数越来越少,算力也会越来越低。

然后,系统会每隔5分钟分发一定的挖矿奖励(游戏里称为能量点),根据每个BitLife在网络中的算力份额来分配。

在Cellula中,玩家合成BitLife的过程,就是一个"