Cellula:一場致敬POW挖礦的社會實驗

自2017年ERC-20資產風靡以來，Web3進入了資產發行的低門檻時代。各種項目通過IDO、ICO等方式發行自定義代幣或NFT,但大多存在強控盤或信息不透明問題,RugPull現象頻發。時至今日,常規的IDO和ICO已充分暴露出公平性缺陷,人們一直希望有更公平可靠的資產發行協議。

Cellula爲解決上述問題提供了全新視角,實現了一個模擬POW的資產分發層,利用虛擬工作量證明(vPOW)將資產分發過程"挖礦化",以模擬BTC實現更公平的資產分配範式。雖然被許多人視爲Gamefi,但Cellula理論上可作爲一個有POW效應的資產分發平台,爲Web3資產發行帶來更廣闊前景。

POW和vPOW:結果不可預測的彩票抽獎

無論是正宗的POW還是POS,或是vPOW,本質都是設置一套輸出結果不可預測/難預測的算法,通過輸出結果來進行"彩票抽獎"。BTC礦工要在本地構造出滿足限制條件的區塊,提交給網路中的全節點通過共識,才能拿到出塊獎勵。限制條件是要讓構造出的區塊的Hash滿足特殊要求,比如前綴是6個0。

由於區塊Hash的生成結果不可預測/難預測,要構造出符合條件的區塊,只能不斷變更給定算法的輸入參數,這一過程需要暴力窮舉,對礦工的硬件設備有很高要求。

簡而言之,BTC挖礦通過SHA-256哈希算法的不可預測性/難預測性,實現了一套全網礦工在線參與的"彩票抽獎"系統,這種設計以電能爲代價,確保了參與形式上的Permissionless。

POW是一種更公平的資產分配方式,主流POW公鏈中項目方控盤難度比POS公鏈大很多,而在很多POS公鏈或ICO、IDO方案裏,項目方強控盤的案例比比皆是。

問題在於,POW模式往往被應用於底層公鏈而非DAPP的資產發行層,我們能否以一套鏈上可實現的方案,模擬出POW的效果?如果能,就可以實現一套比ICO、IDO等強控盤方案更公平可靠的資產分發協議。

Cellula通過引入著名的"康威生命遊戲"算法,爲鏈上虛擬的數字實體(稱爲"BitLife")分配算力。簡單說就是讓一幫人在自己的培養皿中繁育細胞集羣,隨着時間推進,誰的培養皿中存活細胞越多,折算後得到的挖礦算力越高,越可能獲得挖礦獎勵。

Cellula把傳統POW的哈希計算,換成了另一種結果不可預測/難預測的計算方式,替換了"Proof of Work"中的"Work"形式。關鍵在於如何獲得存活細胞數更多的培養皿(BitLife),而推演BitLife的狀態變化需要耗費計算資源,本質是把BTC挖礦執行的哈希算法變爲推演康威生命遊戲的特定算法,這被稱爲vPOW(Virtual POW)。

vPOW的核心:康威生命遊戲與BitLife

康威生命遊戲最早可追溯到馮諾依曼於1950年提出的"細胞自動機"概念,而後數學家約翰·康威在1970年正式提出"康威生命遊戲",用算法模擬自然界生命的演化規律。

假設我們有一個培養皿,將其按照二維坐標劃分出一堆小方格,然後對培養皿進行"初始設置",讓一些活細胞佔據部分方格,此後這些細胞的生死狀態將隨時間演化,逐漸呈現出形態復雜的細胞集羣。這本質是一個二維格子遊戲,規則非常簡單:

• 每個細胞有兩種狀態:存活/死亡,每個細胞和自己周圍八個方格上的細胞會產生互動;
• 假設某細胞存活,但周圍8格內存活細胞小於2個(0或1),則該細胞進入死亡狀態;
• 某細胞存活,且周圍有2個或3個存活細胞時,該細胞仍保持存活;
• 細胞爲存活狀態,周圍有超過3個存活細胞時,該細胞進入死亡狀態(模擬生命數量過多而爭搶資源的場景);
• 當前細胞爲死亡狀態,但周圍有3個存活細胞時,該細胞轉入存活狀態(模擬細胞增殖)

在二維培養皿中給定細胞狀態的初始模式,然後按照上述規則,細胞狀態會隨時間推移,不斷地演化迭代,產生千變萬化的結果。你甚至能用康威生命遊戲模擬出計算機的效果。

比如說,培養皿中每個細胞的生/死,對應着二進制的0/1,你可以把細胞初始狀態視爲"輸入參數",每個細胞的生死(0或1)代表輸入數據,之後細胞狀態會按照初始模式開始演變,每一輪狀態變化就相當於計算過程中的一步操作,經過一段時間後得到的狀態,可以看作"輸出"。

只要布置適當的初始模式,康威生命遊戲能在經過若幹代演變後,輸出特定結果。由於初始模式千變萬化,可以利用其特性模擬出彩票抽獎的效果。我們可以設置限制條件,每個玩家隨機選擇一批初始模式,經過100代演化後,輸出結果滿足xx特徵的培養皿主人有資格獲取獎勵,這樣就和BTC挖礦的思路比較接近了:

"系統先限定哪類輸出結果符合要求,參與者向給定算法輸入隨機的初始值,嘗試得到符合要求的輸出結果"。由於待嘗試的初始輸入參數非常多(幾乎是天量),你必須要付出很大努力才能撞大運中獎,這正是工作量證明的邏輯:礦工必須要付出一定工作量才能獲取獎勵。

Cellula把"培養皿"分爲9*9=81個方格,每個方格上的細胞有生/死兩種狀態(對應二進制的0和1),這樣一來,按照排列組合,培養皿中的細胞初始狀態有2^81種,這個數字等於1萬億的平方(基本是個天文數字)。

然後,玩家要做的是對培養皿的初始模式(輸入參數)進行選擇。BitLife充當了培養皿的實體(實際是個NFT),包含81個方格,每個方格上放置一個細胞(可能有生/死兩種狀態,空置的方格等價於死細胞)。然後,BitLife中每3*3=9個相鄰方格構成一個BitCell,每個BitLife由2~9個BitCell拼接而成(如果你構造的Bitlife不足9個Bitcell,有些地方就被空置,默認都是死細胞)。

按照排列組合,BitCell(3*3方格)有2^9種初始模式,玩家要做的就是隨機挑選不同模式的多個BitCell組合起來,構造出一個BitLife。簡單來解釋,就是爲自己的培養皿隨便找一個初始模式,然後前面講過,不同的初始模式總計有2^81種,是個天文數字。所以留給參與者的選擇空間非常大,這就和BTC挖礦裏用SHA-256的場景有點像。

BitLife的細胞狀態會隨着區塊高度的增加而變化。Cellula按照不同區塊高度下BitLife的狀態來分配算力。給定一個區塊高度,包含的存活細胞越多的BitLife擁有的算力越高,這就相當於創造了一種虛擬礦機。

這裏舉個具體的例子,Cellula參與者要在鏈下窮舉BitLife的2^81種初始模式,預測每種模式演化後的狀態,然後看能否符合獎勵系統的要求。假設現在的區塊高度爲800,而系統提出要求:區塊高度爲1000時,存活細胞數最多的BitLife能獲得最多的獎勵,那麼參與者的目標會很明確:

在區塊高度爲800時,我要獲取某個模式的BitLife,該模式的BitLife在區塊高度爲1000時,能比其他BitLife有更多存活細胞。

這其實就是Cellula的核心玩法,你的目標就是自己構造/從別人手上買到最有可能獲得挖礦獎勵的BitLife,這種模式就相當於允許普通散戶/高級散戶自己研發礦機,然後你可以把自己造的礦機賣給別人,可以購買別人的礦機來挖礦。如果你要自己造礦機,那就要在鏈下自行推演出不同模式的BitLife的狀態演化,這會耗費計算資源;如果你要買別人的礦機,其實就是買不同初始模式的Bitlife,你要自行判斷這些BitLife未來的狀態變化,所以你還是要在鏈下自行計算。這其實是整個Cellula遊戲設計中非常有趣的一個點。

其實BitLife中的活細胞可以溢出到初始的99格子外,存活的細胞數可以遠大於99個,沒有邊界限制。如果某個BitLife包含的活躍細胞數不斷增多,其分配到的挖礦算力也會越來越高,而如果BitLife的初始模式選擇不當,活細胞數越來越少,算力也會越來越低。

然後,系統會每隔5分鍾分發一定的挖礦獎勵(遊戲裏稱爲能量點),根據每個BitLife在網路中的算力份額來分配。

在Cellula中,玩家合成BitLife的過程,就是一個"制造"新礦機的過程。BitLife在鏈上被mint出來後,要進行"充電"操作才能啓動挖礦,單次充電有效期爲1天、3天和7天,需要支付一筆小額手續費,且到期後需要繼續充電。

爲了鼓勵用戶多去對BitLife進行充電,Cellula設置了一個"充電抽獎"功能,你每次發起充電操作時都可能被選中,獲得一些額外獎勵(就是說這個獎勵和挖礦獎勵獨立開)。

按照Cellula官方的規則,目前包含3*3個Bitcell(也就是包含81個小方格)的BitLife鑄造已經停止,玩家們一共鑄造了150多萬個此類BitLife,未來新用戶可以在二級市場購買BitLife並進行充電挖礦。按照官方的解釋,限量鑄造是爲了維持遊戲生態的穩定,防止有科學家無限的鑄造BitLife NFT導致礦機價值縮水。

而且在未來,Cellula將引入類似於礦機制造商的角色,這個角色基於許可制,要質押代幣、公示銷售渠道、具有一定社區規模和影響力等,這些制造商將負責鑄造和銷售包含4x4個BitCell的BitLife,也就是包含16*9=144個小方格。制造商可以鑄造的BitLife量,將受到其質押代幣量的限制。

vPOW的本質是基於給定規則的計算模型,參與者可以通過優化策略來參與競爭,通過遊戲化的方式進行資產發行與分配。Cellula模擬了BTC礦機市場的運作形式,替換了工作量證明中的計算任務形式,由於挖礦算力的分配方式可以動態調整,任何模式的BitLife都未必是全局最優的,今天細胞存活數最多的BitLife,明天就可能