基于加密貨幣的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)渦輪網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹

渦輪網(wǎng)絡(luò)項目致力于構(gòu)建大規(guī)模在現(xiàn)實商業(yè)社會中應(yīng)用的加密貨幣，我們堅信，真正的大規(guī)模是人人可參與挖礦，網(wǎng)絡(luò)維護總成本盡量降低。因此，我們提出了一種更節(jié)能環(huán)保、低門檻參與且安全防攻擊的加密貨幣—渦輪網(wǎng)絡(luò)，能夠真正大規(guī)模在商業(yè)社會中落地應(yīng)用。

超低門檻

PoW 挖礦需要昂貴、專用的 ASIC 鉆機或 GPU，與此相比，您只需通過額外的筆記本電腦和外置 HDD 便能進行渦輪網(wǎng)絡(luò)挖礦，只要能用一個多余桌面電腦和數(shù) TB 的磁盤空間進入挖礦游戲，每天挖幾個 VOL 基本不成問題。由于多余的儲存空間很常見，硬件便宜，競爭也不那么激烈，更多的人可以參與到 PoST 挖礦中，這意味著網(wǎng)絡(luò)是更加分散的。

我們認(rèn)為硬盤挖礦才能真正的降低挖礦門檻，實現(xiàn)家家戶戶有礦機，人人都參與挖礦的愿景。

當(dāng)前，普通硬盤 3T 容量的價格在 500 元人民幣左右，只需要一臺普通個人電腦，即可參與完全基于密碼共識過程的渦輪網(wǎng)絡(luò)的挖礦，這對于初次了解和進入數(shù)字貨幣領(lǐng)域的人來說，是一個非常低的門檻。

節(jié)能環(huán)保

硬盤天然存在耗電低，無熱量，無需散熱，低噪音，無法被 ASIC 化，購買門檻低的優(yōu)點，每家部署幾十塊硬盤角落一丟就行，無需擔(dān)心巨額的電費支出：

在渦輪網(wǎng)絡(luò)中，使用 5T 硬盤挖礦平均功耗不到 7W。而比特幣 ASIC 礦機耗電約 1350-2000W，而渦輪網(wǎng)絡(luò)所需硬盤礦機僅耗電 70- 90W。僅為比特幣 ASIC 礦機耗電量的 1/20。一臺 ASIC 礦機，每年消耗電力約 17520 度，而硬盤礦機僅耗電約 700 度，硬盤礦機不僅耗電量極小，與比特幣 ASIC 礦機相比，噪音極小且?guī)缀鯖]有發(fā)熱量。

未來挖礦收益提高需要升級更大容量的硬盤，舊硬盤可以拿來存放影片、資料、做整列盤等。因此硬盤的殘余價值和保值率是非常高的。

安全防攻擊

時間證明是空間“耕作”的輔助機制。準(zhǔn)確地來說，Proof of Time 是可驗證延遲算法（Verifiable Delay Algorithm），它是一種特殊的 Proof of Work，在驗證過程中需要花一定的時長，經(jīng)歷特定次數(shù)的迭代。每次迭代過程可以加速，但不能跨迭代進行并行運算。同時它還需保證運算結(jié)果可驗證且具有權(quán)威性：任意兩個不同節(jié)點進行驗證，其運算結(jié)果都是一致的，且網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點都可以對其結(jié)果進行驗證。在此機制下，渦輪網(wǎng)絡(luò)甚至可以設(shè)置，將一個區(qū)塊 Proof of TIme 的運算結(jié)果作為下一個區(qū)塊的 Proof of Space 的運算起點。

有了空間證明和時間證明，每一個區(qū)塊的產(chǎn)生以空間證明為起點，時間證明為終點，保證一個區(qū)塊就是一個區(qū)塊（也就是我們所說的 finalized），每個區(qū)塊的權(quán)值相等，那么攻擊者也就無法從孤塊入手重寫整條鏈。

渦輪網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決方案

渦輪網(wǎng)絡(luò)采用 PoST（Proof of Space and TIme，時空證明）作為共識算法基礎(chǔ)。

1. 渦輪網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在深入挖礦細(xì)節(jié)之前，先了解一下渦輪網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

挖礦節(jié)點可是個人電腦，或者是礦池。挖礦節(jié)點需要連接到渦輪網(wǎng)絡(luò)上的至少一個節(jié)點。挖礦節(jié)點需要存儲挖礦私鑰，可以在本地啟動挖礦客戶端，也可以連接其他多個挖礦客戶端，再由客戶端連接硬盤。

2. 共識算法 - 時空證明（PoST）

PoST（時空證明）是在原來空間證明算法的基礎(chǔ)上引入了時間維度的算子，利用可延遲驗證函數(shù)的特性，強制要求礦工在得出候選塊數(shù)據(jù)之后進行一定時間強度的數(shù)學(xué)運算，再結(jié)合可快速驗證結(jié)果和候選塊數(shù)據(jù)兩方面要素進行塊選擇，從而緩解了空間證明算法中存在的類似自私挖礦、重寫攻擊等安全方面的漏洞。

PoST 共識算法可以拆分兩部分：基于 Plot 的硬盤測繪算法和基于 VDF 的時間證明。根據(jù)不同的硬盤大小，測繪可能需要幾天甚至幾周的時間。測繪過程中，我們使用稱為Shabal 的非常慢的哈希算法。由于 Shabal 哈希算法計算過程很慢，所以我們必須預(yù)先計算它們并將它們存儲在硬盤上，這個過程稱為硬盤測繪。

測繪過程中會創(chuàng)建相應(yīng)的測繪文件以占據(jù)硬盤空間，測繪文件中會存儲大量預(yù)先計算過的Nonces。分配給測繪的硬盤空間越大，您可以存儲的 Nonces 就越多。可以存儲的 Nonces 越多，就越大概率挖到礦。

當(dāng)生成一個 Plot 文件的時候，必須要提供一個渦輪網(wǎng)絡(luò)賬戶。因為每個賬戶都不一樣，即使 Nonce 的編號相同，每個礦工的 Plot 文件也都不一樣。

同時，我們設(shè)計了一種基于 VDF 的時間證明算法，其中網(wǎng)絡(luò)選擇一個礦工來創(chuàng)建新區(qū)塊的概率與當(dāng)前這個礦工存儲容量（S）和全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)容量（A）的關(guān)系成正比。我們設(shè)計了算法，使得礦工必須提供存儲并通過計算以證明數(shù)據(jù)被存儲之后才能參與共識。

3. 關(guān)鍵技術(shù)

基于 Plot 的硬盤測繪算法

礦工首先根據(jù)自己的公鑰以及 Shabal 算法，在硬盤上生成 Plot 文件，這一過程稱為 P 盤。硬盤容量越大，Plot 文件中填充的 Hash 值數(shù)量越多，那么產(chǎn)塊的概率就越高。

基于 VDF 的時間證明算法

礦工監(jiān)聽錢包收到的交易之后，組成一個 block，根據(jù)這個 block 的 hash 值，在硬盤上尋找一個最匹配的 Nonce，把 Nonce 轉(zhuǎn)換為 Deadline。并要求礦工在對該 Nonce 進行一定時間強度的數(shù)學(xué)運算得出 VDF 證明，并且廣播此 block 以及 VDF 證明。

下面我們詳細(xì)介紹硬盤測繪算法、VDF 的時間證明算法的技術(shù)細(xì)節(jié)。

1）基于 Plot 的硬盤測繪算法

存儲在硬盤上的預(yù)選計算好的 Hash 數(shù)據(jù)，稱為 Plot 文件。P 盤就是在硬盤上生成 Plot 文件的過程。渦輪網(wǎng)絡(luò)采用的是 256 位的 Shabal 算法，Shabal 是一種計算非常耗時的 Hash函數(shù)，同時也是一種抵御 ASIC 的算法，這個算法比較適合做 PoST 共識。Plot 文件由大量 Nonce 組成。每個 Nonce 的大小是 256K。每個 Nonce 有個唯一的編號，從0 到 18446744073709551615。每個 Nonce 分成了 4096 段。每一段稱之為 Scoop。每個Scoop 是 64 個字節(jié)，包含 2 個 Hash 值。

為了創(chuàng)建 nonce，首先制作第一個起始種子，種子包含 Plotter ID 和 nonce number，完成后我們用 shabal256 函數(shù)生成第一個哈希值，作為 Scoop#4095Hash#1。

隨后把 Scoop#4095Hash#1 附加到起始種子。作為下一輪 shabal256 計算的種子。

隨后把 Scoop#4095Hash#0 和 Scoop#4095Hash#1 附加到起始種子。作為下一輪 shabal256 計算的種子。依次類推，最后再生成 FinalHash 值：

再使用 FinalHash 異或其他所有 Hash，存入 Plot 文件中。

2）基于 VDF 的時間證明算法

從最近的 24 個區(qū)塊計算 Base target。 Base target 用來調(diào)整挖礦難度。 Base target越低，挖礦越難。因為難度的調(diào)整，渦輪網(wǎng)絡(luò)能保證大概每 4 分鐘生成一個區(qū)塊。

加入挖礦池挖礦的話，涉及到獎勵發(fā)放。 設(shè)置獎勵發(fā)放，其實是告訴 渦輪網(wǎng)絡(luò)： 1）你的所有收益分配給礦池。 2）礦池能利用你的 Plot 文件發(fā)現(xiàn)的 Deadline，并且礦池能生成區(qū)塊簽名。

在挖礦之前，礦工需要抵押一定數(shù)量的幣，以獲得挖礦資格。礦工發(fā)送抵押幣的交易給全網(wǎng)，全網(wǎng)節(jié)點收到抵押幣的交易后，在本地區(qū)塊中記錄抵押的信息。

挖礦的第一件事情是，礦工向錢包詢問挖礦信息：區(qū)塊打包簽名， base target，下一個區(qū)塊高度。錢包負(fù)責(zé)區(qū)塊打包簽名和下一個區(qū)塊高度，礦工利用這兩個信息，經(jīng)過 Shabal256算法生成 GeneraTIon Hash。

接著，通過模運算（4096），獲得 Scoop 數(shù)值。

從 Plot 文件中，讀取所有的編號為上述結(jié)果的 Scoop。對每個 Scoop，合并上區(qū)塊簽名，再經(jīng)過 Shabal256 運算，得到 Target。 Target 再除以 Base target，獲得 8 字節(jié)的Deadline。礦工檢查得到的 Deadline 是否足夠低。如果足夠低，則作為備選的出塊數(shù)據(jù)。將 Deadline 輸入到可驗證延遲函數(shù)（VDF）中，并在當(dāng)前時間到 Deadline 這段時間內(nèi)，執(zhí)行一定時間百分比的 VDF 計算，得到至少 L 證據(jù)鏈和最終計算結(jié)果 R，其中（T、L、R）都是公開可驗證的。

礦工根據(jù)（T、L、R）計算其是否滿足出塊要求，如果符合公式要求，且在上一個區(qū)塊挖出后的 Deadline 的時間后，如果沒有其他人在你之前挖出區(qū)塊，你就能挖出該區(qū)塊并獲得獎勵。

礦工提交信息給錢包：賬戶 ID 以及 Nonce 數(shù)值。如果你是獨立礦工，你還需要提供密鑰。如果是礦池，使用礦池的密鑰。

錢包接收到礦工提交的 Deadline 相關(guān)信息后，創(chuàng)建相應(yīng)的 Nonce ，驗證 VDF 和Deadline。如果 VDF 驗證成功，錢包查看是否時間滿足 Deadline，如果當(dāng)前系統(tǒng)時間沒到Deadline，就繼續(xù)等待。如果等待過程中，有其他錢包生成了合法的滿足 Deadline 的區(qū)塊，放棄該區(qū)塊（因為該區(qū)塊已經(jīng)無效）。如果有多個礦工提交 Deadline，錢包選擇最低的Deadline。當(dāng) Deadline 的時間滿足時，錢包開始生成區(qū)塊，并廣播此區(qū)塊。

對打包進區(qū)塊的每一筆交易，錢包都需要檢查，比如說，交易的簽名是否正確，時間是否正確等等。錢包會計算區(qū)塊的所有金額以及費用。區(qū)塊只記錄的是交易的 ID 以及所有交易信息的 Sha256 信息。

其他節(jié)點錢包收到區(qū)塊后，逐一驗證區(qū)塊的交易，并給與礦工獎勵。在計算獎勵時，錢包首先在本地區(qū)塊中檢索抵押信息，如果礦工抵押的幣滿足經(jīng)濟模型中定義的抵押條件，可以獲得全額獎勵。

通證經(jīng)濟模型

區(qū)塊鏈平臺本質(zhì)是?個公平的價值流通市場，因此所有的經(jīng)濟?為的成本底層在于交易成本，VOL 幣就是交易成本的載體，站在這個?度，VOL 幣將?于以下激勵?途：

1、記賬（挖礦）獎勵；

2、在共識中，VOL 的代幣持有會影響個別場景下（如節(jié)點出塊選擇）的權(quán)重；

3、渦輪網(wǎng)絡(luò)?態(tài)的參與者在底層代碼開發(fā)、周邊工具/服務(wù)提供、生態(tài)影響力宣傳、應(yīng)用場景落地等方面推動生態(tài)進展的獎勵。

1. 代幣分配

Volume Network Token（VOL）：

1.供應(yīng)總量：100 億 VOL

2.區(qū)塊獎勵：4000 VOL/塊

3.預(yù)挖：預(yù)挖 3 億 VOL 進行 IEO，其余 97 億 VOL 正常挖礦產(chǎn)生

4.礦工挖礦：區(qū)塊獎勵其中 91 億 VOL 獎勵給礦工，即每個區(qū)塊 3752.5 VOL

5.生態(tài)促進：區(qū)塊獎勵其中 6 億 VOL 給到渦輪生態(tài)，即每個區(qū)塊 247.5 VOL，將用于激勵核心代碼升級貢獻者、礦池服務(wù)提供商、礦機廠商、推廣團隊

2. 礦工收入計算

依據(jù) PoST 共識機制，每個礦工的算力由其可用硬盤存儲空間決定，收益由出塊成功率和當(dāng)前區(qū)塊收益決定：

假設(shè) A 礦工擁有 10T 硬盤，假設(shè)此時全網(wǎng)共 10P，且 A 礦工 CPU 處于平均水平，則 A 礦工出塊成功的概率為 0.1%，區(qū)塊獎勵為 4000VOL，每 4 分鐘出 1 塊，一天 360 塊A 礦工平均收益為 360*4000*0.1%=1440 VOL/天。

3. 抵押挖礦加成

PoST 共識機制后續(xù)將加入 Staking，依據(jù)礦工抵押 VOL 幣的不同比例，給予不同的挖礦概率提升，質(zhì)押總額總體無限趨向于全網(wǎng) 100%的 VOL 發(fā)行量，隨著全網(wǎng)礦工質(zhì)押代幣逐漸增加，單位質(zhì)押量挖礦概率加成將逐步下降，單位算力質(zhì)押量與全網(wǎng)質(zhì)押量相關(guān)，計算公式如下：