虚拟工作量证明:Cellula 如何模拟比特币挖矿实现公平资产分配

自 2017 年以来,Web3 进入了资产发行的低门槛时代。各种项目通过 IDO、ICO 等方式发行代币或 NFT,但往往存在强控盘或信息不透明的问题,频繁出现 RugPull 现象。人们一直希望能出现更公平可靠的资产发行协议,解决新项目发行时的诸多问题。

Cellula 为此提供了全新视角,他们实现了一个模拟工作量证明(POW)的资产分发层,利用虚拟工作量证明(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。

Cellula 理论上可以作为一个具有 POW 效应的资产分发平台,为 Web3 资产发行带来了更广阔的前景和想象空间,堪称"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

无论是正宗的 POW 还是 POS,或是 vPOW,本质都是设置一套输出结果不可预测/难预测的算法,通过输出结果来进行"彩票抽奖"。比特币矿工们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,才能拿到出块奖励。

比特币挖矿通过 SHA-256 哈希算法的不可预测性/难预测性,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。

POW 是一种更公平的资产分配方式,主流的 POW 公链中项目方控盘的难度比 POS 公链大很多。POW 的模式往往被应用于底层公链而非 DAPP 的资产发行层,我们能否以一套链上可实现的方案,模拟出 POW 的效果?

Cellula 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/难预测的计算方式,替换了"Proof of Work"中的"Work"形式。

vPOW 的核心:康威生命游戏与 BitLife

康威生命游戏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,然后我们对培养皿进行"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。这本质是一个二维格子游戏,规则非常简单。

Cellula 把"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)。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。

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。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。

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。

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。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。

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"制造"新矿机的过程。BitLife 在链上被 mint 出来后,要进行"充电"操作才能启动挖矿,单次充电有效期为 1 天、3 天和 7 天,需要支付一笔小额手续费,且到期后需要继续充电。

按照 Cellula 官方的规则,目前包含 3*3 个 Bitcell(也就是包含 81 个小方格)的 BitLife 铸造已经停止,玩家们一共铸造了 150 多万个此类 BitLife,未来新用户可以在二级市场购买 BitLife 并进行充电挖矿。

而且在未来,Cellula 将引入类似于矿机制造商的角色,这个角色基于许可制,要质押代币、公示销售渠道、具有一定社区规模和影响力等,这些制造商将负责铸造和销售包含 4x4 个 BitCell 的 BitLife,也就是包含 16*9=144 个小方格。制造商可以铸造的 BitLife 量,将受到其质押代币量的限制。

Analysoor 抽奖算法和 VRGDAs 指数定价曲线

Cellula 有个充电抽奖环节,这里用到了名为 Analysoor 的随机数输出算法,它把区块哈希作为随机数生成器的输入参数,抽出每个区块里参与充电者中的赢家,引入了一种彩票制度。

此外,在 Cellula 的整个交易模型中,某种模式的 BitLife 一旦被某个大佬 Mint 出来,其采用的 BitCell 组合方案会被公开,其他人也可以"跟风",按照相同的组合方案去 mint BitLife,最后很容易引发一堆人跟风的现象,严重影响游戏结果的随机性。为此,Cellula 引入了可变速率渐进荷兰拍卖(VRGDAs),这是由 Paradigm 开发的定价算法,会动态调整价格——当铸造量超预期时抬价,铸造量不及预期时降价。

总结:从玩家博弈的视角看待 Cellula

在 vPOW 中有很多参与方,每个参与方的策略都不同,以一级发行市场为例,一个"科学家"可以写代码,组合不同的 BitCell 去找到算力更高的 BitLife,获取更高的挖矿收益,同时会存在一些 MEV 玩家,他们监听链上的铸造事件,当发现某个 NB 的科学家铸造了某类型的 BitLife 时,他们也会跟风大量铸造。

但由于 VRGDAs 指数型定价算法的存在,单一类型的 BitLife 铸造价格可以指数级增长,这样可以有效的防住科学家(反女巫),当然也会对 BitLife/矿机进行定价,如果某类矿机的算力高,它的铸造/生产价格也会很高,后面流通在二级市场的价格会参考生产价,进而传导到整个供应链当中。

类比比特币矿机的发行过程,科学家发现某类型 BitLife 的算力高,就好像矿机公司研发出新的芯片,MEV 玩家跟风铸造,就好像一级经销商完成矿机的定价,而后的二级市场交易就类似于散户从经销商手中购买设备。

不同的是相比现实世界的矿机研发,科学家发现新的 BitLife 的速度会快很多,而且任何人都可以参与到 BitLife 的状态推演中,很大程度上相当于降低了矿机的研发权力,"人人都有机会成为科学家",这对于大多数人而言是更为友好的,也是现实中矿机生产链条中不可能出现的。

总体而言,相比于比特币矿机产业链,Cellula 的方案是一种更有趣的社会实验。