摘要：假设一下，当某一天BTC全网算力已经上涨到目前的100倍时，会发生什么？会让更多的人参与其中，会让更多的人受益？不，会造成巨大的电力消耗，BTC挖矿一年所耗费的电力是整个欧洲国家的总和。尽管到那时假设

假设一下，当某一天BTC全网算力已经上涨到目前的100倍时，会发生什么？会让更多的人参与其中，会让更多的人受益？不，会造成巨大的电力消耗，BTC挖矿一年所耗费的电力是整个欧洲国家的总和。尽管到那时

假设一下，当某一天BTC全网算力已经上涨到目前的100倍时，会发生什么？会让更多的人参与其中，会让更多的人受益？不，会造成巨大的电力消耗，BTC挖矿一年所耗费的电力是整个欧洲国家的总和。尽管到那时币价可能已经是现在的100倍，但BTC巨大的耗电量始终是整个生态内频繁提及的问题。

而终于有一天，全世界各国下令禁止高能耗的挖矿活动，所有POW矿场都被迫关停，BTC全网算力暴跌，BTC网络随之瘫痪。在全球的禁令下，只有那些耗电量极低的加密货币才能得以生存。

加密货币的信仰者们迫切寻求着一种更低能耗的共识算法以挽救BTC。至此，POC（proof of capacity，容量证明）登上了加密世界的王座。

当然，这都是个人的臆想，如有雷同，纯属巧合。

回归正题，虽然上文的臆想可能过于遥远，但BTC以及POW所带来的巨大电力消耗问题是确实存在的。BTC社区的成员们就此提出了各种的解决方案，最终出现了空间证明（Proof of space），空间证明最终由burst团队将其改进并转变为如今的POC容量证明，因此Burst也称之为POC币种的鼻祖。

本质上，POC容量证明也是工作量证明的一种，只不过POC更加特殊，它与BTC的POW要求矿工追求哈希算力不同，POC容量证明要求矿工追求硬盘容量，这让POC容量证明摆脱了ASIC化与巨大耗电量的命运。

相较于BTC矿机动辄几千瓦的功耗，硬盘的功耗简直不要太低，目前市面上的硬盘功耗普遍在5-10W，因此POC容量证明的省电是显而易见的。

除此之外，使用硬盘挖矿的POC容量证明无需担心ASIC化，因为在POC容量证明中，硬盘容量的提升只能增加硬盘数量。而定制超大的硬盘，增加的只是成本，即便你有20T的硬盘，大不了我上两块10T。

目前的加密货币中，使用POC容量证明的币种仅有少数，而POC币种无一例外都需要将数据填满硬盘空间，我们称之为P盘，数据会强制占满硬盘空间，所存储的数据只能用于硬盘挖矿，这一步让许多不够了解硬盘挖矿的朋友匪夷所思，为什么要强制占满硬盘空间，POC容量证明到底是什么样的机制？

1、POC容量证明的算法原理

传统的POW工作量证明，为了保证竞争的公平性，在一次竞争区块打包权时，都要求矿工通过计算得到解答区块所需的哈希值，无论之前作出过多少次的计算结果，都要直接抛弃并重新计算。

而POC容量证明，也需要计算，虽然过程同样缓慢，但这个过程是在挖矿开始之前，矿工所需要做的仅仅是利用计算硬件例如CPU、GPU计算出挖矿所需的哈希值，并将哈希值存入硬盘空间即可。这就是我们常说的POC空间换时间，利用硬盘来缓存哈希值，提高了计算的效率。

可能还是有朋友会产生疑问，为什么POC能通过存储哈希值来提高计算效率呢？请看下面

2*3*4=24

2*3*4+10=34

2*3*4+111=135 ……

这3个计算中，如果是常规的计算逻辑，那么需要执行6次的乘法以及2次加法。不过我们可以发现，只需要将2*3*4的结果存储，我们就可以只通过2次的加法便能计算出所有的结果。

当然，这样的代价就是我们要有一定容量的硬盘去存储这些计算的结果，这就是为什么能通过存储来提高计算效率的原因。POC就是通过此种方法降低计算的难度，并因此将POW的算力消耗变成了硬盘空间的消耗。

容量证明便是采用此项方法，矿工通过储存缓存数据即可降低计算难度，以此将工作量证明的目标由算力消耗转向储存消耗。

2、POC容量证明的核心

Shabal哈希函数是2007年NIST举办的加密函数竞赛中的候选方案，尽管该方案没能进入决赛，但仍不失为一个优秀的哈希算法，该算法目前也没有出现致命弱点。容量证明的Plot文件需要通过Shabal函数来生成，生成方式如下：

第一轮运算：

矿工账户ID+随机数→Shabal256（256位Shabal函数）=Hash值8191号

上述过程产生的8191号哈希值总共有32字节，矿工ID和随机值各8字节。

第二轮运算：

Hash#8191+账号ID+随机数→Shabal256=Hash#8190

第三轮运算：

Hash#8910+Hash#8191+ID+随机数→Shabal256=Hash#8189

重复上述运算，当哈希函数输入值（前几轮的哈希结果+ID+随机数）大于4096字节后，之后的运算将只会取最新的4096字节数据来进行哈希，例如：

Hash#7001+...+Hash#7128+ID+随机数→Shabal256=Hash#7000

每一个哈希值由32字节，128个哈希值一共4096字节

最后，当完成8192次循环后，我们会有从0号到8191号总共8192个哈希值，将所有的哈希值作为输入，再加上ID与随机数，算出最终Hash值，如下：

Hash#0+...+Hash#8191+ID+随机数→Shabal256=Final Hash

最终Hash拿来与其他8192个哈希值进行异或运算，得到全新的8192个哈希值，保存这些哈希值，两两分组分为4096组Scoop，Scoop便是容量证明挖矿所需要用到的基础缓存数据。每一组Scoop包含64字节，4096组Scoop总共占用256KB的储存空间。

由于矿工的ID是由公钥生成，不因此会轻易改动，因此Hash值生成的不同由随机数来决定，每个随机数都将生成256KB的Scoop组，而一个随机数占8字节，1byte（字节）=8bit，所以8字节总共有18,446,744,073,709,551,615种可能，想要储存完所有随机数所对应的Scoop组，总共需要4096ZB的空间，而目前人类所有数据加起来不超过50ZB，储存所有的数据数据是不可能的，因此矿工只能储存一部分的Scoop数据。

至于矿工为何要储存Scoop组，原因是矿工的挖矿将会用到这些Scoop组，其缓存的数据将成为计算缓存来加快挖矿计算速度。

应用：利用Scoop组的信息挖矿

在挖矿之前，矿工需要根据相关信息计算初需要读取的scoop组，我们以BHD为例（BHD的容量证明与Burst类似），其生成挖矿所需scoop组的方式如下：

钱包生成挖矿信息，包含最新区块的产块签名，下一区块高度以及base target。base target涉及到BHD的”Deadline“设定，其设定相当于BTC网络中的“当前网络难度”。

钱包生成挖矿所需Scoop组流程如下：

最新区块的产块签名0+矿工ID→Shabal256=产块签名1

产块签名1+下一区块高度→Shabal256=产块哈希

产块哈希mod 4096=Scoop组编号（对产块哈希以4096取模，即取最小余数）

假设产块哈希取模后得到值 199，矿工就需要遍历198#Scoop组（Scoop组含0~4095）的数据，将相应组所有内容取一次Shabal256哈希值，再结合之前的产块签名还有Target数据（一种由钱包生成的当前网络挖矿难度数据），共同换算出Deadline数据，换算方式如下：

Scoop组数据+产块签名→Shabal256=难度Target

难度Target/当前网络难度Base Target=Deadline（产块目标时间）

由于BHD网络中，Deadline被设定为＞1的值（实际网路中设定值比1大得多），所以矿工为了让Deadline符合难度目标，必须要从硬盘中反复读取储存的Scoop数据进行运算。

每一个Scoop组的信息包含对0~4095随机数取值的所有信息，因此矿工为了能算出符合要求的Deadline就必须要尽可能多的储存Scoop组信息，即提升挖矿效率只能通过增加硬盘，提高储存空间来实现。就如同BTC工作量证明中，提升挖矿效率只能通过增加矿机或提高矿机效率来实现。

3、殊途同归的“工作量证明”

通过前文我们可以了解到，POC容量证明依然属于“工作量证明”，究其本质而言，POC容量证明也是通过对资源的消耗来维护网络的安全。BTC的工作量证明是消耗计算资源+高消耗电力资源+挖矿设备为BTC赋予基本价值，而POC币种通过消耗硬盘资源+低消耗电力资源+挖矿设备为自身赋予基本价值。

当电力消耗达到某一个程度时，电力就会成为网络稳定性的影响因素，除影响网络算力的稳定性外，还会对去中心化程度造成影响。

当电费和挖矿设备价格成为影响矿工的准入门槛之后，普通人就会无法承担起维护网络安全的一份子，即我们常说的挖BTC是富人的游戏，当越来越少的富人接手“挖矿游戏”后，去中心化的程度就会越来越低。

BTC网络的现状便是如此。但在POC生态中，由于硬盘天生自带低功耗的属性，因此在较长的一段时间内，POC硬盘挖矿的电力成本将不再是提高准入门槛的因素之一。

硬盘的广泛适配性，更是进一步降低了挖矿的准入门槛，一块普通的二手机械硬盘即可成为挖矿设备，参与挖矿。值得一提的是，POC存储的数据是离线状态下生成的数据，因此即便是硬盘损坏，也不会导致网络数据的丢失。

POC容量证明的设计初衷便是为了解决传统POW的电力资源消耗等问题，由于POC的本质仍旧是通过消耗物理资源来为货币赋值，因此从长远的角度看，POC也存在着中心化的趋势。

但在BTC日趋中心化的今天，如何让更多的人参与区块链，参与挖矿行业，分享新技术为人类带来的红利，POC容量证明是 一种十分友好的解决方案。

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