基于条件容量证明算法的加密货币系统比特硬盘介绍

BitcoinHD（比特硬盘，以下简称BHD）是基于 Conditioned Proof Of Capacity （以下简称：CPOC）的新型加密货币。其主要的特点是使用硬盘作为共识的参与者，降低加密货币对电力资源的消耗，降低参与门槛，让其生产方式更趋向去中心化方式，并更加安全可信，让人人都能参与到加密货币的开采，通过数学算法以及分布式开采产生信用和价值。本文将从本加密货币系统塑造出的信用体系和技术特征分别对其进行阐述。

1. 加密货币

提到加密货币，Bitcoin（比特币，以下简称BTC）是最广为人知的，在其之外，整个加密货币产业已经开始尝试一些新的技术方案来提高支付速度，扩大支付范围，很多改进型加密货币应运而生，比如Dai-Wei的B-Money和Ripple。

Ripple，我们已经看到，其已被少部分不同国家银行之间用于结算，由于其在生产方式上过于中心化，并未得到大面积的应用。相较于更去中心化的加密货币（如BTC），项目中心化的运作更易受到其他应用型公司的青睐。在这个体系内自然也不会有加密货币矿工的出现，毕竟大多数的步骤和矿工无关，因其发行方主要以公司性质的身份参与整体项目。

B-Money由于其设计中需要大量的网络同步操作，使得其很容易产生网络阻塞，而当时的网络速度并没有那么快，信息在传输的的途中经常卡顿而出现问题，或者全体网络都在等待一个比较慢的包，最终因得不到回复信息而导致传输失败，使其在使用上不⼀人意。

BTC通过自己nakamoto型共识，也就是现在大家熟知的异步proof of work （以下简称POW），走到了舞台前。在初期，看好这个项目的人并不多，源于其共识并没有通过同步转账结果来保证转账的结果不会出错，而是使用很有趣的方式——最长链。也就是说，这个分布式系统中节点更认可哪个包，那个包中的交易就是正确的结果，那么怎么出现这个包呢，当然是通过这个系统中的节点来共同验证，只给定一个超时打包的时间，这个包在这段时间中只要有更多的节点参与认可，那么它就是对的。在这个逻辑中，会存在一种情况，那就是系统中的节点可以集体做坏事，让正确的交易没有被打包，这样网络的传输就是无效的，这也是这个方式中有趣的地方，因为它既对又不对。对，是因为它避免了网络中很大量的通讯，异步更加适合交易的步骤；不对，是因为在极端情况下，即系统中坏人占多数时，系统就变成无效系统，这也是在后期大家经常提到的51%双花攻击。金融系统最不能做的就是回滚和双花，这也是一开始BTC没有被大规模接受的原因。

随着时间的推移，拥有了很多由于利益而进入到系统的参与者，系统层面由于出块（也就是上文提到的打包）难度的存在，将坏人进入的成本大大提高，系统也随之变得更加稳定，毕竟做好人比做坏人得到的收益要高多了。这时候人们开始认可这个新型的加密货币，其从一个不稳定的金融系统，通过多年的难度增加，让双花和回滚变得非常困难，系统逐渐趋于稳定。也因此产生了BTC的原教义者：加密货币爱好者。这时就有很多新型的加密货币以分叉的方式被制造出来，又因为其算力的独占的问题被51%双花攻击，其主要原因就是在低难度下，这个系统是一个不安全的；而高难度安全系统则需要非常大能源的消耗。

我们可以通过观察发现BTC的一些技术特征：

首先BTC从来都不是技术激进派，反而是挑选了相当成熟的现有技术去完成安全可信的点对点现金系统，越是被验证过、越是简洁、成熟的技术，越是安全、可信，例如nakamoto共识中用到的SHA256这个算法，是由NSA（美国安全局）设计，其安全可信性是被有效验证过的，说明初期设计之时可能根本没有考虑到现在的ASIC（ApplicaTIon-Specific Integrated Circuit，专用集成电路，以下简称ASIC）和电力垄断问题，只是为了极致的可信而设计，为了极致的安全可信，甚至牺牲了互联网原有的高效交易并发量。

2. 寻求替代者

在资源被大量用来出块，成本逐渐提高的时候，加密货币爱好者开始致力于寻找更低功耗的替代者，主要分为两类：更低成本获得收益的替代者和更通用可堆叠组件的替代者，这就是ASIC挖矿以及抗ASIC算法开发的大航海时代。其中ETH，Monero的初衷都是以抗ASIC为目的，他们希望出块的计算方式能够抵抗ASIC芯片，并且维持比较低的出块成本，让它变成一个不受控于ASIC芯片进行挖矿的加密货币，不过在加密货币发行之后，市值一旦达到ASIC芯片投入的范畴，ASIC的开发商依然会想办法将这些通过计算方式去挖矿的加密算法设计成为矿机。另外一个著名的加密货币LTC也是其中的代表，使用Scrypt算法的LTC，以对抗ASIC为技术亮点，不过很快ASIC设备生产商就优化了他的算法，将其做成了矿机，形成了设备以及算力的垄断，带来了巨大的能源消耗。电力的依赖和矿场的门槛让挖矿成为少数人的游戏。

而BHD则是一个集大成者，其即能达到更低的能源消耗，又能方便矿工自制通用组件参与其中，同时维持相对高的难度来保证系统的稳定性。BHD使用的CPOC共识，是非常去中心化的一个共识算法，相对于POW引起的算力证明大航海时代，CPOC将会开拓一个基于硬盘容量证明的新大航海时代。CPOC使用硬盘来作为共识的主要载体，让更多的普通人可以通过自己的电脑参与到算力的组建中，能够回归到中本聪设计POW的部分初衷，让每个人都能参与到去中心化的革新之路。BHD与此同时继承了BTC的传统，因为BTC在设计之初便是一个服务于多数参与者的系统，即每一个参与的者都可以是一个思考、支持、甚至是颠覆系统的角色。CPOC继承了这种开放性、包容性，伴随着更加亲民的硬盘容量共识，可进一步将加密货币推向向大众视野，让更多的人参与到BHD经济系统的建设。

BHD需要解决的四大问题

POW型共识的设备垄断、算力集中化、能源消耗以及现有POC的激励层问题并行成为现在行业内四大问题。BHD从设计之初，就是针对现有行业的四大问题进行解决。下面我们一一进行阐述。

1. 垄断问题

BTC从诞生之初，就是想要解决金融机构的垄断问题和信任危机。从08年的金融危机之后，中本聪就认为金融系统的垄断性会一次又一次的重蹈金融危机覆辙（如下图），去中心化是解决这种问题的最好方法之一。

那么多年之后，BTC现状又是如何呢？

上图是整个由BTC引领的加密货币市场的价值曲线，是不是比较像金融危机周期中的一次波动？这不得不引起我们思考，BTC在算力垄断的现在，是否依然那么的去中心化？

BTC Core的技术部分由核心开发者掌控，代码更新速度缓慢，可谓是代码中心化；BTC的算力巨大，普通人无法参与到共识，只能进行交易，可谓是算力中心化；BTC的出块时间比较慢，10分钟左右，个位数的TPS难以达到现有网络使用的正常体验；另外BTC Core钱包在〸年间并未做出任何优化，也没有BTC Core的手机版，完全没有根据现有使用者的体验进行更改升级，可谓是体验中心化；更甚者，想要部署闪电网络，让更多中心化的公司参与到闪电网络节点中，让整个BTC系统越来越中心化，使用体验远远没有中心化支付系统（如VISA）好。

既然人们愿意相信BTC，就必须要接受新生事物对它发起的颠覆性挑战，同时去思考如何贯彻去中心化好让每一个人都能参与到这场革新之中。BHD就此应运而生，BHD的设计之初就选择了更经济的去中心化方式，可以将信用成本再次降低，从POW的不间断计算方式更改为更低成本的存储+检索中。我们相信中心化的加强会重蹈一次又一次的危机，我们的目的就是在BHD上实现完全的去中心化，从根本上杜绝潜在危机的诞生。

2. 算力集中化问题

我们提到，BTC能够作为成功加密货币的主要原因是其算力维持在一个相对高的范围，在2017年BTC总算力为4400P，每天比特币产量为1800个，平均下来每P挖到的BTC是0.4个，现在问题来了，这些矿机制造商可以通过调节矿机的价格来影响BTC的价格。也即是随着加密货币参与者对BTC收益的预期提高，每一个人都愿意用更高算力的机器来生产加密货币，也就是通过打包得到奖励。比特币挖矿前四位的机构占有大约53%的挖矿份额；在以太币的系统中，集中度更高，排名前三的挖矿机构占有61%的挖矿份额。此外，全球56%的比特币挖矿软件和28%的以太币挖矿软件集中在数据中心，显示出比特币的经营更加公司化。

下图可以看到现在BTC的算力已经在30，000P-40，000P左右，那么相对于2017年上升了10倍，也就是参与者的难度加大了10倍。

从下图而我们可以看到，算力已经开始公司化，可以看到熟悉的F2Pool，AntPool，Slush。

在算力的一步一步攀升中，矿机制造商通过制造更高算力的机器来提高整个生产难度，并通过增加难度来增加自己矿机的配置，让普通的加密货币参与者望而却步。

BHD是通过对硬盘的存储空间加以利用，将集中化的算力打散，从而避免垄断的发生。在现有的工作量证明加密货币中，每一次对哈希值的碰撞都是一次大量计算，连续不断的哈希碰撞持续消耗能源。

BHD通过预计算的方式，将每一次的碰撞结果写在硬盘中，这个也是一种比较常见的空间换时间的方式。通过这个方式对计算进行重构，在货币的产生过程中，矿工只要按照网络需求对硬盘中已存在的数据进行短暂的检索即可，剩余时间系统保持空闲，带来了低功耗的共识模型。在BHD的系统中，只需要硬盘足够大，装足够多的“答案”，就可以让任何一个加密货币爱好者参与到出块的生产环节中，并且不需要重复的大量计算。就像是之前计算BTC的行为是问你一个14笔部首为辶念liao的汉字，一个学习中文的人需要计算很久才能想出这个字是什么；而现在的BHD更像是直接拿到字典，直接查出来这个字是什么，当然是你字典记录的字越多，你就越直接能查到这个字是什么，并且谁都可以参与到里面，因为相对于计算BTC需要的头脑风暴，BHD只需要足够大的词典就够了。算力集中化的问题，就可以通过这样的空间换时间的方式进行瓦解，当然，这也只是BHD需要解决的第二个问题。

3. 能源消耗问题

当然，算力集中化也带来了能源消耗的问题，在上一个环节中提到了，对于特定哈希碰撞的大量计算，那么这个计算需要消耗多少资源呢？

举一个例子，按照现有BTC网络的能源消耗，大约和意大利10%的电力需求相仿。都说条条大路通罗马，BTC给大家带来罗马的同时，也带来了相当于罗马、米兰和威⻿斯总计600万人口的用电量。

目前大多数矿工都在中国大陆境内（如BitMain），那么我就举一个中国的例子，现在BTC的算力在

45EHash/s上下，那么在1P的算力，消耗0.1人民币一度电的情况下，需要花费大约140000度电，也

就是平均14000元人民币。那么按照中国的高铁每千米行走耗电2度多的情况下，时速350公里的高铁

每小时耗电9600多度，按照上海到北京5小时高铁计算，需要使用将近48000度电，也就是现在产出

1个BTC的能源消耗足够高铁绕着中国的北京上海跑一圈半。

那么BHD的能源消耗是多少呢？

按照现在二手s9和现在的二手8t硬盘对比来看是1/300的能耗投资比，也就是说，同样1000元购买ASIC设备（bitmain S9）功耗为1400瓦，购买RX580显卡为250瓦。而对于单价约为1000元的8TB硬盘而言，只需要5-8瓦的耗电量。也就是说花费同样金额采购100台S9和100片8TB硬盘，S9的月耗电量为122，400KWH，而参与BHD的能源消耗仅为360KWH，仅相当于美国普通家庭10天的用电量。即使0.15美金/度的家庭电费也可以参与bhd的挖矿

在这种巨大的能源消耗差别下，BHD节省下的能源可以更多的为其他实体进行使用，而不是重复的浪费性消耗。这种弱能源消耗的共识体系可以让更多的人参与进来，不再是少数人的游戏。

能源消耗巨大带来的另一个问题就更为严重了：POW算力通过能源消耗体现，由于能源在任何国家都由国家政府掌控，随着POW算力的逐渐扩大，过度的能源消耗会引发一系列社会性问题，最终很可能政府会出面干预导致POW的全网算力波动，安全性也将大打折扣。

从下图的表中可以看到，BTC电力消耗在2018年10月份为73121度，在2019年1月份直接降到了44722度。这个通过能源减少带来的算力降低会影响到整个出块的难度以及矿机的收益，对于BTC尚且如此，对于使用POW的小币种，带来的则是分叉的风险，而分叉又是致命的威胁，威胁到整个共识的正确性与安全性。

也就是说，如果矿场聚集在一个国家政府，那么政府可以通过调控相关能源资源的方式影响系统中的难度及收益，会因为一次潜在大规模的电力资源下降引发算力下降，更有甚者可以分叉一个POW为共识的代币。BHD的低功耗在这个侧面也给予了解决方法，通过减少对能源的依赖，发展一个更适应长期生存的生产方式。POC的意义也是将ASIC的高能源消耗替代为低消耗的硬盘查找，通过全球硬盘的存储媒介作为一个整体来提供保证高安全特性的随机数，从而保证底层的安全性。

4. 现有POC货币设计的激励层问题

之前有没有人考虑过使用硬盘来作为货币共识体系的载体呢？答案是有的。2014年诞生的Burst是首个POC共识体系货币。Burst很快将POC共识算法推广下来，并且拥有了不少的拥护者，但也与此同时暴露了一些原有POC共识算法的问题。BHD总结了Burst的失败教训，经过了技术部分的一系列改动，于2018年8月份问世。

Burst在设计之初并没有适当的激励方式，大部分的货币被早期加入的矿工以非常低的成本挖到，随着团队的宣传推广，后期进入Burst的参与者缺乏足够的货币层回报，极大降低了参与者的热情，以至于POC加密货币慢慢走出了人们的视野。BHD在设计激励的时候使用了双重激励的方式，可以通过条件或者非条件的方式进行挖矿，以此调节运营团队费用和矿工收益。即矿工在其条件出块的时候，矿工可以获得全部收益；让矿工条件撤出的时候，出块的奖励大部分分配到运营团队。BHD采用条件的方式来保证链的持续发展以及新的矿工引进，以这样的方式来维护长期的社区正向发展。

5. BHD为何现在出现

为了解决以上四个问题，BHD应运而生。

随着加密货币爱好者愈发增多，其去中心化的目标离我们更进了一步。每一个参与者都希望自己能够参与并且从中收益，这一合情合理的需求在POW领域愈发变得艰难。随着BTC的能源消耗越来越大，矿机厂商越来越中心化，甚至产生了戏剧化的分叉，而基于POC的加密货币比在2019年变得更为加密货币爱好者需要。再加上其特殊的共识算法保证了在上线可以迅速完成对算力的积累及难度的控制，在保证系统安全性、健全性的同时，对交易者及共识支持者进行奖励。在这几个方向上BHD都是优于现有的加密货币的，共识的迭代也提供了高于Burst所提供的安全性，技术维度和信用维度完全超越其他加密货币。

相较于高能源开销的POW算法，我们更相信低功耗也能赋予算法以足够的信用来保证未来每一个人都可以使用上加密货币。

BHD的技术解决路线

BHD以POC共识算法为基础，通过设计长期激励的经济模型保证整个加密货币的良性发展，同时也对现有POC进行优化做出了一些改进，将其升级为CPOC（CondiTIoned-Proof of Capacity）共识。

1. BHD分发及挖矿共识算法

在挖矿初期的前1个月，矿工挖矿完全免条件；从第二个月开始，矿工实行条件挖矿，如果矿工不满足条件挖矿，只能获得30%的收益，70%的币将会纳入基金会用于系统开发、市场推广和运营；如果矿工满足条件挖矿，将会获得95%收益，5%纳入基金会用于市场推广。

CPOC条件挖矿的发行方式会让矿工、矿池和基金会等参与方的产生正向商业博弈，使整个系统始终会有一个较为主力的临时商业既得利者（这个既得利益者会随着时间和价格挖矿难度等变量条件而变化）去无形推动整个生态。

2. BHD经济模型

BHD的共识算法在Burst POC2 （Proof of Capacity） 的基础上进行了升级，称之为：CPOC（CondiTIoned-Proof of Capacity），即”条件化容量证明”，也就是有条件的容量证明。以解决以下问题：

防止经济模型攻击

POW共识算法下的矿工因成本所迫抛售货币，将会导致整个矿业经济的萎缩，CPOC的挖矿经济模型使矿工成为生态利益的共同体、并用币作为新型生产资料代替了原本的电力消耗资源，使BHD整个生态不停的自动扩张。

POW维持成本高

基于POW共识的链，维持其安全需要消耗大量的电力，在市场处于低迷周期时电力是POW成本构成的根本，远超硬件本身所带来的资源消耗，矿工不得不卖币付电费，矿工无法建立利益一致性和认同感，矿工消耗的电力系统的价值也未能沉淀于其货币系统中，这部分的价值无时不刻都在从POW体系中抽离出去。

无经济动力持续推动发展

没有经济动力驱动，关键技术无法更新。从而得不到长期有效的发展和迭代，团队后续版本甚至会产生无法区分主链的分叉情况。

矿机垄断

POW 共识算法，必然导致矿机的军备竞赛，为了获得更高的算力，必然会研发更高性能的专用矿机，普通人无法参与挖矿。而 POC 共识算法，由于硬盘厂商的迭代速度慢，门槛低，据统计，2018年q4季度全球的硬盘厂商出货量达到5000万块，完全不用担心买不到硬盘，全球只要买得到硬盘的国家，人人可以参与挖矿。

在传统商业供应链中供应商一般不会成为用户的直接竞争对手，但在POW中的ASIC厂商本身就是其最大的矿工，也就是说ASIC厂商既是矿工的直接竞争对手也是矿工的供货商，当你的商业工具源头来自于你的竞争对手的时候，你所拥有的利润就是被对方套利的风险部分，矿工完全沦为了ASIC厂商方的套利工具。

电力资源垄断

电力垄断导致POW内生经济系统不再扩张，矿工挖矿成本已高于挖矿收益，收支不平衡，而对于CPOC挖矿而言，硬盘耗电低，矿工的收益将会更加可计算，还可以利用民用计算机硬件的线性保值率保证矿工可以在相对安全保本的情况下对冲二级市场的价格波动风险。

3. BHD架构及共识算法

BHD钱包源自BTC，共识源自BurstCoin。

BTC（Bitcoin）始于2009年1月，经过10年的迭代，其钱包稳定性及交易链稳定性已得到广泛的认可，在其QT钱包基础上进行POC共识的部署将会非常安全可信。

BurstCoin 始于2014年8月，经过4年的迭代，于2018年升级到POC2，技术相对成熟、完善。把这两者结合，取长补短，BHD成为目前POC共识算法下最可信赖的公链。

BHD自2018年8月3日上线以来，算力稳步增长，经受了无数的测试、攻击和破解，至今无大的漏洞出现。

通过采用成熟的POC2共识算法，BHD瞬间获得一个稳定，可信赖的共识算法，社群具备对BHD公链的信心。通过兼容BurstCoin Plot 文件，矿工仅仅需要增加微小的投入，便可以获得BHD和BurstCoin 两份收益。

BHD钱包继承了BTC 优良的P2P网络架构，及UTXO体系，成熟、稳定。

继承自BTC钱包，可以保持对BTC社区最新进展的跟踪：如闪电网络，脚本升级等。

保持跟BTC的相同的接口规范，钱包，交易所对接获得了极大便利。

CPOC：CondiTIoned Proof Of Capacity，即有条件的容量证明。

参与挖矿有条件，需要条件3 BHD/T。通过条件属性，有助于整个社群的稳定，可持续发展。POC：Proof Of Capacity，即容量证明。

CPOC经济模型博弈

角色：矿池、矿工、持币者、钱包、交易所、硬件服务商。

CPOC生态中的商业博弈，产生内在经济循环和外部资源的进入会使之扩张发展，BHD价格上涨，会使矿工增加；矿工预先看好BHD网络加入也会助推BHD价格上涨，反之亦然。

POW的成本制存在4个特性：1、作恶成本； 2、铸币成本 ；3、获取的容易度 ；4、挖矿设备价值本身的沉淀，但最终POW也会成为低毛利率行业，短暂的暴利是因为其规模不够大，二级市场的波动和挖矿设备的增加曲线不对称导致。POC中由于硬件相对线性保值，电力消耗小，对于POC未来的共生生态矿工免费获得币的权重过于高，不用付出任何风险即可获得几乎免费的其他附产小币种，CPOC在这个系统中让矿工低成本的付出风险成为其他币种的持币股东，防止矿工的恶意作恶。同时CPOC系统高度看重发行权和记账打包权的无门槛释放，这决定了这个系统的公平性。

BHD 网络架构，及参与方：

4. BHD技术特性

1. POC2 共识共识算法；

2. 出块时间5分钟，交易速度更快；

3. 8M区块大小，提升网络效率；

4. 全网容量达到3000P计划加入零知识证明；

5. 使用硬盘挖矿，抗ASIC，无需专业设备即可挖矿；

6. 绿色环保，低能耗，低噪音；