采用混合支出的 PoW 调优

工作量证明（Proof of Work, PoW）是一种女巫攻击威慑安全机制。它通过要求计算付出以执行操作，给系统引入外部成本。然而，自其诞生以来，一个核心挑战便是调优该成本。旨在阻止垃圾邮件和 DoS 攻击的早期设计对诚实参与者和攻击者施加了同等的开销。要求过少的付出无法阻止攻击，而过多则妨碍了诚实参与。这可能是其从未被广泛采用的原因。中本聪在比特币中通过区分期望行为与恶意行为，并为前者引入内部奖励，克服了这一权衡。该方案在保护加密货币和使用内部铸造的虚拟代币作为奖励方面获得了普及。然而，在现有区块链协议中，内部奖励资助（几乎）同等价值的外部支出。因此，随着代币价值飙升，PoW 支出也随之飙升。例如，比特币 PoW 已经消耗了相当于哥伦比亚或瑞士的电量。这种资源吞噬量不可持续，并阻碍了这些系统的更广泛采用。在这项工作中，我们提出混合支出区块链（Hybrid Expenditure Blockchain, HEB），一种新颖的 PoW 机制。HEB 是中本聪协议的推广，通过引入互补的内部支出机制来实现外部支出的调优。因此，HEB 首次将外部支出与奖励价值解耦。我们给出了一种实用的参数选择，使得 HEB 相较于中本聪协议所需外部消耗显著更少，其对理性攻击者的抵御能力与后者相似，并保留了系统的去中心化和无许可特性。以比特币生态系统为例，HEB 将电力消耗削减一半。