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深入探讨 ICP：工作量证明、权益证明、有用工作量证明
“如果你看一样东西九百九十九遍，你就绝对安全，如果你看它第一千遍，你就面临着第一次看到它的可怕危险。” - G.K. Chesterton
1. 如何解决自己的问题
无论您的区块链网民如何，我们都喜欢观看大师级的烹饪表演，这些成分在味道上可能相互对立，但在一起时可以最大限度地发挥彼此令人愉悦的味道，并消除彼此令人不快的方面，就像音乐作曲家一样，高音引出低音，形成味蕾的交响乐，这是一种丰富。
对于区块链网络爱好者来说，哈希是一道特别值得想象的有趣菜肴，你几乎可以用任何东西制作哈希 —— 无需食谱，这就是重点，争论什么是哈希的最好的成分确实很愚蠢，你使用你所拥有的，考虑到你拥有的食材范围 —— 如果你有足够的能力 —— 你可能可以很好地调整一顿饭的成分，做出一顿美味的饭菜。
你可以谨慎行事，按照大多数人认为最好的方式去做，但是，人们愿意冒险寻找真相，讨论一个问题就是彻底讨论，引入不同的观点和解决方案的可能性，并找到 —— 不仅仅是一个解决方案 —— 而是一个超越先前目标的元解决方案。
尽管以太坊的发明者 Vitalik Buterin 是比特币主要刊物的创始人，Dfinity 首席执行官 Dominic Williams 也开始了对以太坊社区的研究，但比特币、以太坊和 ICP 社区以一种可以接受的方式对待彼此的思想，今天大家一起吃饭的方式对于现实来说似乎太牵强了。
看来，我们都应该好好讨论一下，我们的成分是什么？让我们来看看，元宇宙的命运取决于我们。
我们究竟想弄清楚什么？我们正在努力探讨人们将来如何达成一致，值得讨论，与使用纸笔和承诺系统的传统合同相比，开放式分布式计算系统上的智能合约将为协议提供更高的确定性，那么，我们应该如何创建一个适合所有人使用的分布式计算系统呢？
为了澄清问题，我们必须解决在分布式计算系统（如区块链）中存在充当共识机制（网络中计算机达成一致的方式）的方案和充当女巫抵抗机制（一种限制网络中计算机的成员资格的方式），为了可靠地发挥作用，共识机制依赖于女巫抵抗机制来限制允许进入系统的参与者数量。
“分布式系统中，您甚至不知道其存在的计算机发生故障可能会导致您自己的计算机无法使用。” - Leslie Lamport
共识机制帮助个体参与者就某个功能达成一致，例如参与者发起的交易顺序，如果您在未达成协议的情况下更改交易顺序，则会发生称为双花攻击的攻击，发送到特定地址的相同令牌会再次发送到不同的地址，这破坏了共享交易分类账的功能。
所有共识协议都有故障界限，它们保证在存在故障的情况下正常工作，这些故障可能是网络中的参与者充当离线节点或恶意节点，只要共识协议在其故障范围内，它就会按预期运行，如果故障节点的数量超过协议的故障界限，那么攻击者可能会导致协议停止其预期功能。
“3E 的 Sybil 抵抗，进入成本、存在成本、退出惩罚。” - Dominic Williams
需要一种女巫抵抗机制来防止对手创建多个故障节点来克服故障界限，这个袭击的名称灵感源自 Flora Rheta Schrieber 写的一本小说，小说讲述了一名患有分离性身份障碍的女性，这是一种精神疾病，患者心理中的多种不同身份扰乱了他们的认知功能，就像多个有故障的节点实例会破坏分布式系统的共识功能一样。
Dominic Williams 在 Sybil 抵抗的 3E 概念中提出了一种分析 Sybil 抵抗机制有效维度的结构化方法：进入成本、存在成本和退出惩罚。
进入成本是为了最初参与共识协议而产生的资源成本的要求，除了金钱成本之外，时间和精力也被认为是资源成本的一部分。
存在成本是为了维持持续参与共识协议而产生的资源成本的要求，这种成本要求阻止参与者不断投资新的身份，并在网络上提供更加去中心化的影响，因为参与者受到他们能够支持的身份数量的限制。
退出惩罚是网络参与者因错误行为导致被逐出网络而产生的后果，这一要求面对的对手可能具有无限的攻击成本，攻击者不应该能够将攻击的资源成本回收到另一个实例中并无限地更新攻击。
现在我们有了一个框架来理解计算机之间的协议如何形成，我们现在可以问比特币、以太坊和互联网计算机协议网络如何自行解决。
2. 比特币使用工作量证明进行哈希计算
“工作量证明有一个很好的特性，那就是它可以通过不受信任的中间人进行转发，我们不必担心通信监管链，谁告诉你最长的链并不重要，工作量证明本身就说明了一切。” - Satoshi Nakamoto
比特币是一种简单的协议，经过优化只做一件事：充当仅附加交易分类账，通过互联网转移价值，它的发明是对政府施加和银行执行的货币政策变化的反应，中本聪创造的比特币同时提出了加密经济共识机制和女巫抵抗机制，这就是工作量证明。
工作量证明的核心是一种竞争，为了将新的交易块添加到分类账中，矿工必须找到 “Nonce” 的值，该值将产生该交易的哈希值以一定数量的前导零开头的块。
比特币协议中的区块是一种数据结构，其中包含许多数据字段，除了某个值之外，矿工不得更改这些称为 “Nonce” 的数据字段，缩写：数字仅使用一次，矿工更改随机数以使用 SHA-256 算法生成哈希，直到生成满足难度目标的哈希。
比特币的网络难度是根据算力进行调整的，通过在目标哈希值上加上或减去前导数个零，以减少或增加矿工成功满足难度要求的概率。
由 SHA-256 算法生成的哈希是一个随机且不可预测的值，找到适合目标哈希的随机数没有捷径，参与的矿工必须旋转随机数，通过消耗能量，尝试不同的值，直到发现匹配的哈希值，并且获胜者被授予向比特币分类账添加一个块的能力，包括块奖励。
女巫抵抗的发生是因为为了找到匹配的哈希值，您必须通过电力消耗计算能力，以便找出使您能够附加区块并获得区块奖励的组合。
由于矿工收到的区块奖励的相对比例与矿工产生的哈希数成正比，因此游戏要尽可能高效地执行此哈希，对于硬件，您需要专门用于哈希挖掘的 ASIC（专用集成电路），对于能源，您需要经济高效的电源来为硬件供电。
女巫抵抗进入成本将是购买这些 ASIC 硬件和矿工，存在成本是为 ASIC 硬件供电所需的巨大电力成本，退出惩罚是出售 ASIC 矿机时损失的溢价，这是一个相对较弱的惩罚。
从理论上讲，通过克服故障界限来破坏比特币网络的对手将需要确保 ASIC 硬件和具有成本效益的能源的安全，以产生比特币网络当前产生的哈希能力的 51%，那么，产卵营攻击就有可能使工作量证明区块链变得毫无用处。
当您从某些输入字节的 SHA-256 中获取哈希值时，输出是随机的且无法预测，因此，哈希是一个随机数生成器，人们认识到，有状态的去中心化网络是由随机数驱动的，中本聪对公共加密经济共识的创新导致了其他形式的去中心化网络安全保护。
3. 以太坊使用权益证明进行哈希计算
“因此，权益证明的一句话哲学不是安全来自于燃烧能源，而是安全来自于经济损失价值。” - Vitalik Buterin
以太坊是一个为托管一种称为“智能合约”的新型软件而构建的平台，与自动售货机类似，智能合约是由预定的输入定义的，该输入会产生预定的输出，并以自主方式执行。
尽管比特币可以说是一种协议智能合约，但以太坊协议使用一种称为 “Solidity” 的语言提供了图灵完备的可编程智能合约，作为定义数字协议的特定输入和输出的更灵活的方式。
以太坊虚拟机（EVM）是智能合约生存的环境，以太坊协议仅保留一种由网络中所有节点共享的规范状态，如果比特币充当交易分类账，那么以太坊则充当互联网的状态机，该状态机的“图灵完备”意味着只要有足够的时间和资源，它就可以用来解决任何计算问题。
支持交易、借贷、稳定币、衍生品和其他用途的去中心化金融（DeFi）应用程序以及 NFTs 和 DAOs 等其他应用程序都成为可能，以太坊有潜力充当 DeFi 交易的全球结算层。
以太坊最初使用工作量证明作为其共识算法，但由于维护和保护协议原始配置的费用成本，经过多年的研究和开发，以太坊在“合并”期间转向了权益证明，共识机制和女巫抵抗机制之间的耦合度降低，允许对两者进行单独优化。
目前以太坊的共识机制被命名为 “Gasper”，它是 Casper FFG 和 LMD-GHOST 共识规则的组合，LMD-GHOST 用于通过确认具有最多计算和最新消息的块来确定区块链的合法状态，Casper FFG 用于最终确定已确认的区块，以实现区块链共识的防篡改永久性。
权益证明女巫抵抗机制是一种方案，网络节点（称为验证者）通过抵押预定数量的代币（32 个以太币）来参与女巫抵抗，然后，如果节点遵循共识规则，则按被锁定的金额比例获得代币奖励，违反共识规则的节点将被“罚没”，导致它们失去质押的代币。
“验证者”是权益证明中的虚拟实体，取代了工作量证明中的“矿工”，验证者负责存储数据、处理交易以及向以太坊区块链添加区块，在缺乏工作量证明生成的随机哈希的情况下，权益证明中的验证者需要依赖一种名为 RANDAO（随机去中心化自治组织）的算法以公平且可验证的方式伪随机选择验证者提议将一个块附加到区块链中。
以太坊权益证明的女巫抵抗进入成本将是购买运行验证器节点所需的以太币所需的资本，存在成本成本是维护验证节点实例所需的带宽成本，这是一个相对较弱的成本，退出惩罚具有在 LMD-GHOST 和 Casper FFG 共识方面定义的情况。
当验证者违反以太坊协议中的特定规则时，就会发生“罚没”，这可能是对链的攻击或“拜占庭行为”的一部分，与 Casper FFG 相关的削减条件对恢复区块的最终性施加了攻击成本，而与 LMD-GHOST 相关的削减条件则对“无利害关系攻击”和“平衡攻击”施加了成本，对于两种类型的削减拜占庭攻击者被施加无限制的攻击成本。
尽管权益证明相对于工作量证明具有优势，但也存在一些固有的挑战，由于验证器是虚拟实例，不需要专用 ASIC 硬件，因此可以在企业上以经济高效的方式创建网络节点，像 Amazon Web Services 这样的云服务，云服务提供商有可能干扰验证器或关闭验证器。
另一个问题是，使用传统的卖空方式并收购大量以太币，可能可以对权益证明系统进行“卖空攻击”，针对权益证明的女巫攻击也会立即发生，因为对手不必花时间配置任何硬件来发起攻击。
在工作量证明和权益证明之间，哪种女巫抵抗机制更优越是有争议的，但是否最好同时拥有这两种机制，因为它们对不同类型的攻击都有很强的抵抗力？如果是这样，可能会提出其他考虑因素。
4. ICP 使用有用工作证明来哈希自身
“有用工作量证明创建了由专用硬件托管的主权区块链网络，结合确定性去中心化和特殊密码学，它可以以非凡的效率创建水平可扩展的安全公共区块链。” - Dominic Williams
互联网计算机协议（ICP）旨在充当互联网的世界计算机，它的目标是用去中心化的云基础设施取代传统的 IT 堆栈（开发人员可能会陷入企业云基础设施上存在的平台风险的危险），ICP 的工作原理是利用由独立数据中心运行的专用节点，这些节点使用 ICP 来发送消息并进行协作，以形成虚拟的全球计算机。
子网中的节点由称为网络神经系统（NNS）的高级 DAO 进行管理，然后，子网托管名为“容器”的智能合约代码包，它们是 ICP 上托管的 dApp 的构建块，容器中的代码从各种可能的语言编译为 Wasm，包括 ICP 自己的本地语言 “Motoko”，为了编排容器代码的执行和验证网络状态的节点，使用了一组称为“链密钥密码学。”
Dominic Williams 寻求通过重新利用传统的拜占庭容错（BFT）共识机制来实现去中心化环境，从而创建更快的区块链。
共识算法具有安全性和活跃性来衡量其有效性，安全意味着不会发生任何不好的事情，活跃度意味着美好的事情最终会发生，传统的 BFT 协议依赖于多轮消息传递，从而提供即时安全性。
拜占庭容错协议分为三种不同类型：
同步 BFT 协议假设所有消息都在一定时间内传递，并且所有参与者知道消息需要多长时间待交付，当网络异步性足够高（例如 Ddos 攻击期间）时，同步协议就会变得不安全并且无法输出值，虽然白皮书中从未直接描述过比特币中本聪共识，但它可以归入这一类别。 部分同步 BFT 协议假设所有消息都在一定时间内传递，并且所有参与者不知道需要多长时间以便传递消息，当网络异步性较高时，部分同步协议仍然安全，但也无法输出值，以太坊的 Gasper 共识机制是独一无二的，因为它包含 LMD-GHOST 中同步协议的各个方面，该协议设置了严格的计时条件以及 Casper FFG 中部分同步协议的各个方面，该协议依赖于 epoch 来决定最终确定。 异步 BFT 协议不对网络消息做出任何时序假设，因此不易受到 Ddos 平线攻击，异步协议依靠随机数生成器来指导参与者之间的消息传递，Dominic Williams 得出的结论是，由密码学生成的随机数驱动的最终一致的、类似区块链的协议在去中心化环境中更为优越。
由 Dominic Williams 领导的 Dfinity 基金会开始使用“阈值中继”来生成随机数，从而使用 BLS 签名来聚合随机源，该源在不使用共识机制的情况下是廉洁、不可操纵和不可预测的，然后，该随机信标链被用作达成其他形式共识的垫脚石。
ICP 的女巫抵抗机制称为有用工作量证明，有用工作证明不是工作量证明的竞争，而是合作。
ICP 是由类似于比特币中的 ASIC 矿工等硬件节点创建的，与以太坊中的验证器不同，后者可以使用企业云基础设施在虚拟机上创建，这些是处理交易和计算的专用节点机器。
这些节点机器被分组在所谓的子网中，并被激励保持在生产力范围内，以产生与子网中其他节点相同数量的块，随机信标链用于选择排名单独的节点作为领导者，并通过称为概率时隙协议（PSP）的机制生成块。
如果该选定节点未能生成块，则排名中的下一个节点有机会生成块，按照与子网中其他节点相同的标准规范构建的节点应该能够在被随机信标选择时生成块。
由于随机信标决定哪个节点可以生成区块，因此采用比子网其余部分更高规格构建的节点在获得比其他节点更高级别的奖励方面不会有任何优势，当网络负载较低时，采用较低规格构建的节点可能无法生成区块，并且获得的奖励水平低于其他节点，甚至可能被罚没和删除。
通过这种方式，ICP 网络可以防止节点出现统计偏差，链密钥加密协议使 ICP 能够以优雅的方式在网络中添加和删除节点，而不会中断其操作。
网络神经系统（NNS）是 ICP 基础设施的关键部分，充当协议的治理机制，您不必依靠基金会或公司的社会协调来组织协议管理，而是拥有一个专为链上治理而设计的 DAO，其中投票记录在区块链分类账上，并且投票规则是透明的 - 是预先定义和传达的。
链上 DAO 的协议更新嵌入系统代码中，并在批准后立即实施，NNS DAO 治理可以考虑特殊情况，并防止节点因善意原因而被削减，而这种情况可能并非节点运营商的过错而发生。
NNS 中的投票涉及用户将其代币锁定到所谓的“神经元”，这可以使用跟随系统和灵活的加权投票系统进行委托投票，投票者可以选择锁定其代币的时间以及选择的时间越长，他们的神经元的投票权就越大，然后将质押奖励分发给投票参与者，以激励价值参与。
值得注意的是，虽然 NNS 治理系统可能看起来类似于权益证明系统，但它是一种治理机制，而不是共识的女巫抵抗机制。
虽然 NNS 可以称为世界上最先进的 DAO，但仍然可以通过使用节点硬件的可信执行环境来提高网络安全性以及使用 People Parties 作为人格证明来提高网络安全性来进行重要的升级，有利于经过验证的人类的投票机制。
ICP 有用工作量证明的女巫抵抗机制取决于随机信标链、概率时隙协议和 NNS，抗女巫攻击的所有 3 个 E 都是通过有用工作证明来实现的，入门成本是必须通过 NNS 治理添加的硬件节点机器的购置成本，存在成本是硬件节点计算机的托管和运行成本，以便它们在子网的生产力范围内运行，退出 ICP 的惩罚包括由故障节点的 NNS 指导的罚没，以提供更高的环境精度。
ICP 的目的是与比特币和以太坊集成，既使自己的系统受益，又改进其前身的系统，利用 Dfinity 基金会的密码学家团队设计的新型阈值密码学，ICP 中的容器可以在比特币和以太坊区块链上签署交易，而无需使用可能被利用的中央托管人（如链桥）。
与比特币的集成已经发生，ICP 上的比特币集成可以将智能合约功能移植到比特币网络上，从而实现由 DAO 管理的 DEX，它可以使用比特币管理比特币和其他用例，例如 SocialFi 和 GameFi，ICP 将受益于比特币的大量流动性。
以太坊可以通过与 ICP 集成来增强，通过将计算密集型流程卸载到 ICP 容器，然后在以太坊基础链上执行类似于 L2 汇总的方式的结算逻辑，可以提高与 EVM 交互的可扩展性、安全性和效率工作，ICP 上的反向 Gas 模型意味着以太坊 dApp 的用户界面将变得更加高效，因为用户无需为与以太坊智能合约交互而预先付费。
以太坊上的 DeFi 应用程序在后端是安全的，但用户要与其交互，必须通过基于企业云提供商构建的易受攻击的前端，ICP 和以太坊集成将使以太坊 dApp 可以使用 ICP 登录互联网身份更安全地验证用户身份，ICP 容器将能够直接为用户提供以太坊 dApp 网站服务，而无需使用企业云平台。
集成还可以使用 SNS 基础设施在以太坊中形成完全自主的 DAO，随着 ICP 功能的发展，最终希望允许以太坊验证者在 ICP 上托管其节点，以解决当前权益证明参与者面临的平台风险问题。
有了这样的工具，社区就需要有勇气去理解底层协议并构建支持数字主权的系统，而这将是未来时代所急需的。
5. 哈希元宇宙
“这不是一个简单的空间，但事实是，就像以太坊为比特币增加价值一样，互联网计算机可以为以太坊增加巨大的价值，我相信这一点将继续存在，反之亦然，以太坊对于整个生态系统至关重要，包括互联网计算机，这不是零和游戏。” - Dominic Williams
一起吃饭的行为是对文明的考验，想象一下，所有社会协议必须成功，你和你的社会网络才能共享盛宴，盛宴是一种维持和互惠利他主义的行为，因为不能保证一个人，无论多么有能力，总能捕获足够的食物来维持自己的生活。
所以在你可以的时候，谨慎的做法是，通过分享的行为来表达感激之情，将当天狩猎的战利品储存在你的朋友那里，在这种丰富的共享中，您可以实现更强大的可持续发展协议，这对您和他人都有好处，一个双赢并帮助双赢的场景。
就像制作一顿哈希餐一样，添加的每一种精心挑选的成分都使这顿饭更有可能实现维持，可以说，在网络中拥有所有这三种类型的女巫抵抗是更可取的，因为每种类型都比其他类型更强大，因此，其他攻击可以针对特定类型的攻击，每个攻击的存在都使其他攻击更加强大。
支持者反对比特币共识协议概念的一个常见论点是，工作量证明消耗能源的需求是一种能源浪费，因此是不可持续的，我们从发展心理学家那里了解到，达成共识的迭代博弈比强加权力更可持续，因为强加权力是一种能源浪费，强加“我的区块链比你的更好”的说法是真正的能源浪费。
“哈希”一词是这些协议协议中的一个关键概念，它与“黑客”一词重复出现，它们的概念在某种程度上也很相似，黑客攻击是指根据意图充分发挥工具的潜力，黑客是一个喜欢探索可编程系统的细节以及如何扩展其能力的人，而不是大多数用户，他们更喜欢只学习最少的必要知识。
在将比特币、以太坊和 ICP 哈希放在一起时，我们可以享受探索细节，将它们的功能扩展到我们都可以使用的世界网络，以充分发挥我们的潜力来应对个人挑战。
区块链网络是实现自由和逃离暴政的理想工具，因为它有潜力解决人类状况中的基本组织困境：
造王者的困境是，值得信赖的中间方倾向于通过充当中间人促进达成协议来获利，中介机构越强大，其获取价值的杠杆作用就越大，国王受到青睐，因为在没有司法调解的争端中，必须通过外交或战争来解决，区块链网络固有的去中心化特征导致了决定论，使得中介网络能够消除单一可信中间方的模型。 巴别塔困境是组织层次结构随着层次结构的增长而变得更加不透明的倾向，高塔顶上的集权领导者不太可能考虑社会组织的较低层，随着社会组织的发展，区块链固有的透明度将减轻因信息脱节而造成的混乱。 回归暴力困境是指拥有优越武器的一方倾向于使用暴力从防御能力较差的一方获取价值，区块链上数字资产控制的密码学意味着所有权现在可以转变为纯粹的信息，密码学为防御者提供了优势，并为橡胶软管攻击增加了成本，从而增加了暴力攻击规模的摩擦。
与过去的技术周期一样，我们将见证社会运作方式的戏剧性分拆和重新捆绑，从而影响人们的思维方式和生活质量，我们最好明白，只有在主权得以实现的情况下才能与暴君进行谈判。
而要实现主权，就必须增加社会的基础信任层，以便人们能够大规模合作，对企业和政府权力的制约是产权和去中心化，网络将像宗教和国家一样有意义。
考虑到这一事实，我们可以期待这样一个未来：我们可以并排坐在一张桌子旁，一边享受大家共同制作的哈希盛宴，一边仔细讨论元宇宙的美好未来。
“计算机可以用作解放和保护人们的工具，而不是控制他们。” - Hal Finney
作者：hiimRave.icp翻译：Catherine
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