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Lava 基于容量证明(PoC)的数字加密基本设施

Lava 是一个基于容量证明(Proof-of-Capacity, PoC)构建的数字加密基础设施、以及基于全球广义存储空间的“信任之根(Root of Trust)”与“顶层索引(Top-level Indexing)”。PoC 是一个高安全性、低能耗且公平开放的共识机制,有益于建立强大的链上信任基础,凝结更大范围的共识与价值。Lava 使用了经改进的 PoC 机制(Lava-Firestone)极大程度地降低了维护去中心化网络的硬件门槛,使得任何人都可以轻松、低成本地利用闲置存储设备参与区块锻造活动。

Lava 的生态设计考虑了对全球存储空间的共识凝结和信任价值反哺两大作用,两者形成完整的闭环。共识凝结的概念来源于主链所采用的 PoC 共识机制,它需要一个庞大、分散的存储设备网络贡献“容量算力”以制造主链上的“信任之根”;信任价值反哺是以 Lava 主链这一去中心化信任设施为基础,通过已被验证成熟的跨链扩展、虚拟染色、分布式内容寻址网络嵌合等技术方案,作为一个通用的、索引与调度全球存储空间资源的开放协议核心被第三方应用及服务所使用。

引入一种基于容量证明(PoC)的共识机制

A)基于容量证明的简要原理

PoC 是一种基于容量证明的共识机制,锻造人通过提供更大的存储空间容量来提高锻造区块的成功率。

PoC 锻造人依赖于静态存储的特殊数据参与锻造区块的竞争。这些特殊数据是按照特定哈希算法得到的一系列有序计算结果的阵列,由锻造人预先通过计算生成、并通过密码学手段绑定在锻造人地址下。由此方式处理完成的数据被称为 Plot 文件。

锻造过程中,共识机制通过待产出区块的数据,随机性指定 Plot 文件数据阵列中的特定位置。参与锻造的竞争者检索自身 Plot 文件中的对应数据,生成一个 Deadline;Deadline 表示节点可广播新区块前等待时间,因此产生最小 Deadline 意味着锻造成功。

考虑到 Plot 文件可以一次生成、长期保存并重复使用,而锻造过程所需要的工作仅限于网络广播、检索以及简单的验证性计算,因此 PoC 机制对高性能计算资源以及电力能源的消耗可以被降到最低限度。在同等安全条件下,PoC 运行所需的电力消耗仅为 PoW 机制的数百分之一数量级。

B)生成 Plot 文件

Plot 文件是一个由一系列哈希运算结果排列组合而成的数据阵列。在 Plot 文件中,每一个基本数据阵列单元被称为元胞(Nonce Cell)。每个 Cell 的数据容量是固定 256KB。锻造人的存储空间越大,就能存放越多的 Cell,增加成功锻造出块的几率。

Lava 基于容量证明(PoC)的数字加密基本设施

Cell 的生成过程涉及 256bit 的 SHABAL256 哈希函数。SHABAL256 是一种计算十分缓慢的哈希算法,因此天然适合 PoC 算法的要求。

生成 Cell 的起点是用户地址。将地址(8Byte)与一个随机数种子(Nonce Number,8Byte)拼接,构成一个初始种子(Initial Seed,16Byte)。

对初始种子进行一次 SHABAL256 计算,得到第一个哈希结果#8191;

Lava 基于容量证明(PoC)的数字加密基本设施

将#8191 添加在初始种子前面,形成一个新的种子(#8191+Initial Seed),进行 SHABAL256计算后得到第二个哈希结果#8190;

将#8190 添加在上一个种子前面,形成一个新的种子(#8190+#8191+Initial Seed),进行SHABAL256 计算后得到第三个哈希结果#8189;

因此类推,每一次都将上一个哈希结果添加在最新的种子前,直到生成最后一个种子(#0+#1+……+#8190+#8191+Initial Seed),进行 SHABAL256 计算后得到最终哈希(Final Hash)。

Lava 基于容量证明(PoC)的数字加密基本设施

每一个哈希结果长度都为 32Byte;在进行哈希计算时,一旦种子长度超过 4096Byte,只取最后 4096Byte 长度。

然后,将刚才计算出的 8192 个哈希结果(#0、#1……#8191)分别于 Final Hash 进行 XOR操作,保存得到的 8192 个结果(仍然编入#0、#1……#8191)。

将 8192 个哈希结果按相邻两个为一组排列,每一组称为一个 Scoop,得到 4096 个 Scoop,填入 Cell 中。由此,Cell 构造完成。

Lava 基于容量证明(PoC)的数字加密基本设施

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