區塊鏈挖礦網絡往往是其成功的受害者。劃定挖礦格局並導致區塊鏈達不到其承諾的兩個當代現實是：1）由內在競爭貪婪驅動的持續技術軍備競賽； 2) 與工作量證明(PoW) 挖礦相關的能源成本上漲。建立在PoW 共識基礎上的區塊鏈在哈希率方面變得高度不平等並且越來越中心化。這種將挖礦權中心化在越來越少的人手中是對區塊鏈所具有的分佈式和去中心化基本要求的攻擊。
此外，提高挖礦能力的動機在失控的能源成本方面具有區塊鏈反應，這有可能造成不可挽回的環境危害，這也是中國比特幣(BTC) 挖礦傳奇的癥結所在。為了確保區塊鍊和加密貨幣的可持續未來，必須更公平地分配哈希率，確保分配和去中心化的主要組成部分保持不變。正如我們所知，這需要重新構想挖礦過程，並且需要重構PoW 系統。
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挖礦重新中心化的不利影響
在解開此類解決方案的外觀之前，值得強調問題的嚴重程度。 PoW 共識對於比特幣的持久流行、成功和可靠性至關重要。最值得注意的是，PoW 為數學和計算機科學領域著名的拜占庭將軍問題提供了解決方案，通過激勵設置和持續的資源承諾，使惡意方無法干擾誠實共識。
分配和權力下放仍然是解決兩難困境的關鍵方面，在這種困境中，各方必須就單一策略達成一致以避免完全失敗，通過在“信息”上達成廣泛共識並消除如果某些相關方腐敗或不可靠而帶來的風險。然而，區塊鍊網絡越是中心化和由少數實體主導，共識協議就越不能解決這個問題。大規模ASIC 農場的興起使少數強大的參與者能夠控制區塊鏈基礎設施，從而威脅到其保持分佈式和去中心化的能力——最終是去信任的。
PoW 共識的這個“後期”問題是通過競爭區塊獎勵來激勵礦工的。雖然這是保持網絡安全的博弈論結構的重要組成部分，但這種要么全有要么全無的競爭也產生了嚴重的問題。特別是，它引發了寓言式的“運動員作弊問題”，它描述了當一場比賽的獎勵非常值得時，參與者會不惜一切代價贏得勝利，包括作弊。想像一組運動員在一系列比賽中的第一場比賽的起跑線上，其中每個人都將嘗試首先越過終點線並贏得獎品。
贏得每場比賽都需要一定的運氣（不僅僅是最快的人獲勝），但獲勝的機會隨著運動員的速度而增加。在這種情況下，作弊被定義為通過使用技術和/或勾結獲得相對於其他參賽者的實質性優勢，使得每場比賽的獲勝者不夠隨機，無法為拜占庭將軍問題提供解決方案（即通過充分隨機分佈的資源承諾實現分佈式共識）。
與此類似，PoW 競賽導致開發更多耗能機器和更大的礦場，減少網絡的去中心化和分佈，並防止資源承諾充當去信任驗證的手段。此外，它會推動網絡的整體能源使用，如果不加以控制，可能會達到對環境產生負面影響的程度。
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平衡區塊鏈挖礦網絡的協議
要開發出解決運動員作弊問題的方法，有必要首先認識到，並不是區塊鍊網絡的總哈希率為其提供了安全性； 相反，它是哈希率的分佈方式。為此，人們尋求一種解決方案，其中哈希率的重新分配是協議的基本特徵（而不是留給政治或中心化委員會——無論意圖多麼好）。
可以通過對明顯更快的跑步者設置障礙並為明顯較慢的跑步者提供優勢來平衡贏得“比賽”的機會。在區塊鍊網絡中，這可以通過點對點、類似熱力學的平衡過程來實現，該過程可以平穩且可驗證地調整礦工的個人哈希難度。這允許網絡朝著有效哈希率的平衡邁進，並避免網絡上最嚴重的挖礦權中心化過度，同時繼續自主運行，無需受信任的第三方參與。
目前存在大量區塊鏈技術的實現，其中大多數具有某種形式的經濟或貨幣價值，並採用旨在最好地確保網絡安全性和效率的底層技術。然而，一種算法平衡協議，它推動網絡更接近同質分佈（儘管並非完全如此——一個完全“扁平”的網絡會帶來其自身的經濟和安全問題）可以實現分佈和經濟激勵之間的最佳平衡。這可以通過抑制通過昂貴的技術和大型ASIC 礦場的建設來持續提升處理能力，從而大大減少壟斷挖礦行為，同時將網絡的碳足跡保持在最低限度。
一個更綠色、更公平、更安全的未來
我們今天普遍看到的廣泛的挖礦重新中心化帶來的問題對PoW 共識構成了重大挑戰，但它們不應該意味著它的終結。作為革命性的技術創新，PoW 解決了一個長期存在的數學和計算機科學問題，為比特幣和許多其他加密貨幣的成功鋪平了道路，同時承諾了一種全新的經濟交易所方式。如果我們過於倉促地將其擱置一旁，我們就有可能無法充分探索PoW 的變革力量。
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這與人類對經濟體系的探索有相似之處。資本主義是人類歷史上最偉大、最進步的體系之一——為數十億人改善創新、壽命、機會和生活質量。然而，如果任其發展，它可能會導致前所未有的財富、不平等，甚至可能將我們帶到氣候災難的邊緣。社會通常試圖做的不是完全放棄它，而是平衡這個系統的利弊——創造一種溫和的資本主義形式，在這種形式中，貪婪和壟斷的努力不能完全佔據主導地位，這樣一個更負責任、更有效的資本主義，更公平的社會可以出現和繁榮。這主要是社會試圖以財富再分配的形式（例如通過稅收、反壟斷法等）實施的（取得不同程度的成功）。
同樣，PoW 共識是一項革命性的發明，但需要加以調整以遏制系統內最嚴重的過度貪婪。總的來說，我們有機會——也有責任——通過減少壟斷傾向和防止加密貨幣挖礦重新中心化，使PoW 共識協議更符合社會的需求及其最初的目的。簡而言之，與其重新發明輪子（放棄PoW，轉而採用有風險的替代方案），我們需要的是一種更有效地利用輪子來構建連接和改變世界的機器的方法。
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Alexander Hobbs 是Zenotta 的科學總監。亞歷山大是博士。畢業於理論天體物理學，在超大質量黑洞、星系形成和暗物質領域撰寫了大量科學出版物，並在多個國際會議和研討會上發表演講。在加入Zenotta 之前，他曾在瑞士蘇黎世聯邦理工學院天文學研究所和蘇黎世大學計算科學研究所擔任博士後職位。
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