目錄
簡介
PAI幣是一種基於UTXO的加密貨幣，從比特幣核心分叉而來，採用雙重SHA-256雜湊的工作量證明共識機制。雖然這確保了與現有比特幣挖礦基礎設施的相容性，但也繼承了比特幣易受51%攻擊的弱點，即控制多數算力的實體可以進行雙重支付或重組鏈。本文建議借鑒Decred等加密貨幣，過渡到混合工作量證明/權益證明共識模型，以顯著提升網路安全性和去中心化程度。
1. 實用共識機制
本節對獨立及混合共識模型進行基礎分析。
1.1 工作量證明 (PoW)
PoW透過要求礦工解決計算難題來保護網路。挖出區塊的機率與貢獻的計算工作量成正比。
1.1.1 優點
- 經過驗證的安全性：由於硬體和能源需求，攻擊成本高昂。
- 去中心化（理論上）：允許任何擁有硬體的人參與。
- 實施簡單：廣為人知且經過實戰考驗（比特幣）。
1.1.2 攻擊向量與弱點
- 多數（51%）攻擊：PAI幣的主要風險。擁有超過50%算力的攻擊者可以進行雙重支付並排除交易。
- 剝離挖礦：礦工將算力轉向更有利可圖的鏈，降低了PAI幣的安全性。
- 女巫攻擊：創建大量假節點以擾亂網路通訊（PoW可減輕但無法完全消除）。
- 能源效率低下：環境成本高。
1.2 權益證明 (PoS)
PoS根據驗證者「質押」或鎖定作為抵押品的加密貨幣數量來選擇驗證者。
1.2.1 優點
- 能源效率：與PoW相比，能源消耗可忽略不計。
- 經濟安全性：攻擊成本與原生代幣價值掛鉤。
- 降低中心化風險：較不易出現基於硬體的中心化。
1.2.2 攻擊向量與弱點
- 無利害關係攻擊：在分叉期間，驗證者在多條鏈上驗證沒有成本，可能阻礙共識。
- 長程攻擊：擁有舊私鑰的攻擊者可能從早期點重寫歷史。
- 財富中心化：「富者愈富」的動態可能導致驗證者寡頭壟斷。
1.3 混合工作量證明與權益證明 (PoW/PoS)
提議的模型結合了兩種機制，以減輕各自的弱點。
1.3.1 概述
在如Decred的混合系統中：
- PoW礦工提議新區塊。
- PoS投票者（權益持有者）隨後對提議區塊的有效性進行投票。一個區塊需要獲得大多數權益持有者的投票才能被確認並添加到鏈上。
1.3.2 技術參數
需要為PAI幣定義關鍵參數：
- 質押要求：參與投票所需的最低PAI幣數量。
- 票券系統：權益持有者鎖定代幣並獲得投票票券的機制。
- 投票門檻：區塊被接受所需的「贊成」票百分比（例如75%）。
- 區塊獎勵分配：分配給PoW礦工（例如60%）與PoS投票者（例如30%）的獎勵比例，其餘部分歸入發展基金。
1.3.3 攻擊向量與弱點
- 多數攻擊成本分析：攻擊者現在必須同時控制超過50%的算力以及超過50%的質押代幣供應量，使得攻擊在經濟上變得不可行。成本是相乘的，而非相加的。
- 無利害關係攻擊的緩解：權益持有者的代幣被鎖定（若惡意投票將被罰沒），從而抑制了在多條鏈上投票的行為。
- 質押池中心化：權益持有者將投票權委託給少數大型池的風險，可能形成中心化節點。必須透過協議設計和激勵措施來管理。
1.3.4 其他益處
- 鏈上治理：權益持有者投票可用於協議升級決策。
- 更平順的硬分叉：合法的分叉可以透過權益持有者共識來合法化。
- 增強去中心化：讓代幣持有者參與網路安全維護。
2. 工作量證明之雜湊函數
若在混合模型中保留PoW，雜湊演算法的選擇至關重要。
2.1 抗ASIC性
堅持使用SHA-256有利於ASIC礦工，可能導致中心化。像RandomX（門羅幣）或Ethash（前以太坊）這樣的替代方案是記憶體困難型，旨在通用CPU上高效運行並抵抗ASIC優化，從而促進更去中心化的挖礦基礎。
3. 建議與未來工作
3.1 整體建議
本文強烈建議PAI專案實施混合PoW/PoS共識機制。主要目標是透過要求同時在計算能力和經濟權益上佔據主導地位，來大幅提高51%攻擊的成本。Decred模型可作為一個經過驗證且實用的藍圖。
3.2 未來工作
- 對提議的混合參數進行詳細的經濟建模與模擬。
- 在PAI幣錢包內開發穩健的票券購買與投票機制。
- 對混合共識程式碼進行安全審計，可能透過漏洞賞金計畫進行。
- 社群教育與激勵計畫，以鼓勵權益持有者參與。
原創分析與專家洞見
核心洞見
PAI幣團隊不僅僅是提議一項技術升級；他們正試圖從透過默默無聞實現安全（依賴低算力以避免關注）進行戰略性轉向，轉為透過經濟利益一致實現安全。當前的純PoW模式是一個負債——它公開邀請資金充足的攻擊者租用算力，為了利潤或破壞而動搖網路，這在Eyal和Sirer的《多數並不足夠：比特幣挖礦是脆弱的》等研究中已有廣泛記載。混合模型從根本上改變了攻擊的計算方式，從硬體軍備競賽轉變為一個複雜的賽局理論問題，攻擊者必須同時控制兩個不同的市場。
邏輯流程
本文的邏輯嚴謹，遵循經典的風險緩解框架：1) 識別弱點（純PoW → 51%攻擊風險），2) 評估替代方案（純PoS有其自身缺陷，如無利害關係攻擊），3) 提出綜合解決方案（混合PoW/PoS），4) 分析新的攻擊面（成本增加、質押池風險）。參考Decred是恰當的，因為它仍然是該模型少數成功運行的實作之一，提供了一個真實世界的測試平台，而不僅僅是理論建構。
優點與缺陷
優點：附錄中的經濟分析是本文最強的部分。將攻擊成本量化為 $C_{attack} \approx (51%算力成本) + (51%質押供應成本)$，使得安全主張變得具體。它正確地指出，去中心化不僅僅是節點數量，更是算力與代幣所有權兩者的分佈。
關鍵缺陷/遺漏：本文輕描淡寫地帶過了巨大的社會與治理挑戰。實施混合共識不僅僅是程式碼分叉；它是網路治理和權力動態的根本性轉變。習慣於單方面創建區塊的礦工將讓渡權力給權益持有者。如果管理不當，這可能導致爭議性的硬分叉，正如以太坊過渡到PoS時所見。若能包含一個權益持有者採用與激勵計畫，並參考Messari或CoinMetrics等平台的代幣經濟學研究，本文會更具說服力。
可行洞見
對於PAI團隊：從第一天起就優先考慮權益持有者的加入。如果沒有人質押，混合模型就會失敗。考慮分階段推出：從低質押要求和高獎勵開始，以引導參與，類似於早期階段的Decred。對於投資者：監控質押參與率。一個健康的混合鏈應有相當比例（例如>40%）的流通供應量鎖定在質押中。低參與率是安全性的警訊。最後，不要將Decred視為可複製貼上的模板。PAI在個人人工智慧和數據共享方面的用例可能需要客製化，例如將質押獎勵與AI服務使用整合，創造比單純金融投機更緊密的效用循環。
技術細節與數學證明
混合模型的安全性取決於使多數攻擊在經濟上變得非理性。本文概述了攻擊需要控制兩種資源多數的成本分析。
攻擊成本公式（簡化）：
設 $H$ 為網路總算力，$S$ 為總質押代幣供應量，$P_h$ 為單位算力價格，$P_c$ 為每枚代幣價格。
獲取51%算力的成本：$C_h = 0.51 \times H \times P_h$。
獲取51%質押供應量的成本：$C_s = 0.51 \times S \times P_c$。
總攻擊成本： $C_{total} = C_h + C_s$。
然後必須將此成本與雙重支付攻擊的潛在回報進行權衡，後者受交易所流動性和區塊確認時間限制。模型顯示 $C_{total}$ 迅速變得比任何可行的回報高出數個數量級。
區塊接受度的隨機模型：
提議區塊被接受的概率成為礦工和投票者批准度的函數。如果我們將礦工算力份額建模為 $m$，權益持有者投票份額建模為 $v$，並且要求接受門檻 $T_m$ 和 $T_v$，則惡意區塊通過的概率為：
$P_{malicious} = P(\text{礦工控制} > T_m) \times P(\text{投票者控制} > T_v)$。
假設資源分佈獨立且符合某種分佈，這個聯合概率遠低於單獨攻擊任一系統的概率。
分析框架範例
案例研究：評估混合系統中的中心化風險
目標： 評估單一實體在提議的PAI混合網路中獲得不成比例影響力的風險。
框架步驟：
- 數據收集： 收集鏈上數據（實施後）：
- 算力在礦池間的分佈（來自區塊鏈瀏覽器）。
- 投票票券（權益）在地址和質押池間的分佈。
- 重疊分析：大型礦工是否也持有大量權益？
- 指標計算：
- 計算算力和權益分佈的基尼係數或赫芬達爾-赫希曼指數。HHI高於2500表示高度集中。
- 聯合控制概率： 計算前N個實體共謀控制超過50%兩種資源的概率。
- 模擬： 使用基於代理的模型，模擬經濟激勵措施隨時間對分佈的影響。參數包括區塊獎勵分配、質押利率和代幣價格波動性。
- 風險評分： 將指標組合成一個綜合的「去中心化健康分數」。分數下降將觸發協議參數審查（例如，調整質押獎勵以鼓勵更廣泛的參與）。
未來應用與發展路線圖
成功實施混合共識為PAI專案開闢了多條戰略途徑：
- 鏈上AI治理： 權益持有者投票機制可以擴展到治理個人人工智慧生態系統本身。例如，權益持有者可以投票決定：
- AI模型參數或數據隱私政策的更新。
- 社群財庫基金用於資助新AI去中心化應用程式的開發。
- AI生成內容或服務的爭議解決。
- 質押即服務整合： 允許使用者在AI應用程式內直接質押PAI幣。質押獎勵可用於補貼使用費或解鎖高級AI功能，創造強大的用戶留存工具。
- 跨鏈安全性： 一旦安全，PAI鏈可以為AI/Web3領域的其他小型鏈提供檢查點或最終性服務，為權益持有者產生額外收入。
- 路線圖階段：
- 第一階段（測試網）： 在公共測試網上實施並測試混合共識，並提供激勵參與。
- 第二階段（軟啟動）： 在主網上以保守參數（例如，5%質押要求，60/30/10獎勵分配）啟動混合共識。
- 第三階段（治理啟動）： 引入非共識治理提案供權益持有者投票。
- 第四階段（生態系統整合）： 將質押和投票深度整合到ObEN的個人人工智慧及合作夥伴的去中心化應用程式中。
參考文獻
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System.
- Buterin, V. (2013). Ethereum White Paper: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform.
- Eyal, I., & Sirer, E. G. (2014). Majority is not Enough: Bitcoin Mining is Vulnerable. International Conference on Financial Cryptography and Data Security.
- Project PAI. (2020). PAI Coin: Technical Overview. ObEN, Inc.
- Decred. (2020). Decred Documentation: Hybrid Consensus. Retrieved from https://docs.decred.org
- Bentov, I., Lee, C., Mizrahi, A., & Rosenfeld, M. (2014). Proof of Activity: Extending Bitcoin's Proof of Work via Proof of Stake. ACM SIGMETRICS Performance Evaluation Review.
- Luu, L., Narayanan, V., Zheng, C., Baweja, K., Gilbert, S., & Saxena, P. (2016). A Secure Sharding Protocol For Open Blockchains. Proceedings of the 2016 ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security.
- CoinMetrics. (2023). Network Data Charts. Retrieved from https://coinmetrics.io
- Zohar, A. (2015). Bitcoin: under the hood. Communications of the ACM, 58(9), 104-113.