Cellula:一场致敬POW挖矿的社会实验

自2017年ERC-20资产风靡以来，Web3进入了资产发行的低门槛时代。各种项目通过IDO、ICO等方式发行自定义代币或NFT,但大多存在强控盘或信息不透明问题,RugPull现象频发。时至今日,常规的IDO和ICO已充分暴露出公平性缺陷,人们一直希望有更公平可靠的资产发行协议。

Cellula为解决上述问题提供了全新视角,实现了一个模拟POW的资产分发层,利用虚拟工作量证明(vPOW)将资产分发过程"挖矿化",以模拟BTC实现更公平的资产分配范式。虽然被许多人视为Gamefi,但Cellula理论上可作为一个有POW效应的资产分发平台,为Web3资产发行带来更广阔前景。

POW和vPOW:结果不可预测的彩票抽奖

无论是正宗的POW还是POS,或是vPOW,本质都是设置一套输出结果不可预测/难预测的算法,通过输出结果来进行"彩票抽奖"。BTC矿工要在本地构造出满足限制条件的区块,提交给网络中的全节点通过共识,才能拿到出块奖励。限制条件是要让构造出的区块的Hash满足特殊要求,比如前缀是6个0。

由于区块Hash的生成结果不可预测/难预测,要构造出符合条件的区块,只能不断变更给定算法的输入参数,这一过程需要暴力穷举,对矿工的硬件设备有很高要求。

简而言之,BTC挖矿通过SHA-256哈希算法的不可预测性/难预测性,实现了一套全网矿工在线参与的"彩票抽奖"系统,这种设计以电能为代价,确保了参与形式上的Permissionless。

POW是一种更公平的资产分配方式,主流POW公链中项目方控盘难度比POS公链大很多,而在很多POS公链或ICO、IDO方案里,项目方强控盘的案例比比皆是。

问题在于,POW模式往往被应用于底层公链而非DAPP的资产发行层,我们能否以一套链上可实现的方案,模拟出POW的效果?如果能,就可以实现一套比ICO、IDO等强控盘方案更公平可靠的资产分发协议。

Cellula通过引入著名的"康威生命游戏"算法,为链上虚拟的数字实体(称为"BitLife")分配算力。简单说就是让一帮人在自己的培养皿中繁育细胞集群,随着时间推进,谁的培养皿中存活细胞越多,折算后得到的挖矿算力越高,越可能获得挖矿奖励。

Cellula把传统POW的哈希计算,换成了另一种结果不可预测/难预测的计算方式,替换了"Proof of Work"中的"Work"形式。关键在于如何获得存活细胞数更多的培养皿(BitLife),而推演BitLife的状态变化需要耗费计算资源,本质是把BTC挖矿执行的哈希算法变为推演康威生命游戏的特定算法,这被称为vPOW(Virtual POW)。

vPOW的核心:康威生命游戏与BitLife

康威生命游戏最早可追溯到冯诺依曼于1950年提出的"细胞自动机"概念,而后数学家约翰·康威在1970年正式提出"康威生命游戏",用算法模拟自然界生命的演化规律。

假设我们有一个培养皿,将其按照二维坐标划分出一堆小方格,然后对培养皿进行"初始设置",让一些活细胞占据部分方格,此后这些细胞的生死状态将随时间演化,逐渐呈现出形态复杂的细胞集群。这本质是一个二维格子游戏,规则非常简单:

• 每个细胞有两种状态:存活/死亡,每个细胞和自己周围八个方格上的细胞会产生互动;
• 假设某细胞存活,但周围8格内存活细胞小于2个(0或1),则该细胞进入死亡状态;
• 某细胞存活,且周围有2个或3个存活细胞时,该细胞仍保持存活;
• 细胞为存活状态,周围有超过3个存活细胞时,该细胞进入死亡状态(模拟生命数量过多而争抢资源的场景);
• 当前细胞为死亡状态,但周围有3个存活细胞时,该细胞转入存活状态(模拟细胞增殖)

在二维培养皿中给定细胞状态的初始模式,然后按照上述规则,细胞状态会随时间推移,不断地演化迭代,产生千变万化的结果。你甚至能用康威生命游戏模拟出计算机的效果。

比如说,培养皿中每个细胞的生/死,对应着二进制的0/1,你可以把细胞初始状态视为"输入参数",每个细胞的生死(0或1)代表输入数据,之后细胞状态会按照初始模式开始演变,每一轮状态变化就相当于计算过程中的一步操作,经过一段时间后得到的状态,可以看作"输出"。

只要布置适当的初始模式,康威生命游戏能在经过若干代演变后,输出特定结果。由于初始模式千变万化,可以利用其特性模拟出彩票抽奖的效果。我们可以设置限制条件,每个玩家随机选择一批初始模式,经过100代演化后,输出结果满足xx特征的培养皿主人有资格获取奖励,这样就和BTC挖矿的思路比较接近了:

"系统先限定哪类输出结果符合要求,参与者向给定算法输入随机的初始值,尝试得到符合要求的输出结果"。由于待尝试的初始输入参数非常多(几乎是天量),你必须要付出很大努力才能撞大运中奖,这正是工作量证明的逻辑:矿工必须要付出一定工作量才能获取奖励。

Cellula把"培养皿"分为9*9=81个方格,每个方格上的细胞有生/死两种状态(对应二进制的0和1),这样一来,按照排列组合,培养皿中的细胞初始状态有2^81种,这个数字等于1万亿的平方(基本是个天文数字)。

然后,玩家要做的是对培养皿的初始模式(输入参数)进行选择。BitLife充当了培养皿的实体(实际是个NFT),包含81个方格,每个方格上放置一个细胞(可能有生/死两种状态,空置的方格等价于死细胞)。然后,BitLife中每3*3=9个相邻方格构成一个BitCell,每个BitLife由2~9个BitCell拼接而成(如果你构造的Bitlife不足9个Bitcell,有些地方就被空置,默认都是死细胞)。

按照排列组合,BitCell(3*3方格)有2^9种初始模式,玩家要做的就是随机挑选不同模式的多个BitCell组合起来,构造出一个BitLife。简单来解释,就是为自己的培养皿随便找一个初始模式,然后前面讲过,不同的初始模式总计有2^81种,是个天文数字。所以留给参与者的选择空间非常大,这就和BTC挖矿里用SHA-256的场景有点像。

BitLife的细胞状态会随着区块高度的增加而变化。Cellula按照不同区块高度下BitLife的状态来分配算力。给定一个区块高度,包含的存活细胞越多的BitLife拥有的算力越高,这就相当于创造了一种虚拟矿机。

这里举个具体的例子,Cellula参与者要在链下穷举BitLife的2^81种初始模式,预测每种模式演化后的状态,然后看能否符合奖励系统的要求。假设现在的区块高度为800,而系统提出要求:区块高度为1000时,存活细胞数最多的BitLife能获得最多的奖励,那么参与者的目标会很明确:

在区块高度为800时,我要获取某个模式的BitLife,该模式的BitLife在区块高度为1000时,能比其他BitLife有更多存活细胞。

这其实就是Cellula的核心玩法,你的目标就是自己构造/从别人手上买到最有可能获得挖矿奖励的BitLife,这种模式就相当于允许普通散户/高级散户自己研发矿机,然后你可以把自己造的矿机卖给别人,可以购买别人的矿机来挖矿。如果你要自己造矿机,那就要在链下自行推演出不同模式的BitLife的状态演化,这会耗费计算资源;如果你要买别人的矿机,其实就是买不同初始模式的Bitlife,你要自行判断这些BitLife未来的状态变化,所以你还是要在链下自行计算。这其实是整个Cellula游戏设计中非常有趣的一个点。

其实BitLife中的活细胞可以溢出到初始的99格子外,存活的细胞数可以远大于99个,没有边界限制。如果某个BitLife包含的活跃细胞数不断增多,其分配到的挖矿算力也会越来越高,而如果BitLife的初始模式选择不当,活细胞数越来越少,算力也会越来越低。

然后,系统会每隔5分钟分发一定的挖矿奖励(游戏里称为能量点),根据每个BitLife在网络中的算力份额来分配。

在Cellula中,玩家合成BitLife的过程,就是一个"制造"新矿机的过程。BitLife在链上被mint出来后,要进行"充电"操作才能启动挖矿,单次充电有效期为1天、3天和7天,需要支付一笔小额手续费,且到期后需要继续充电。

为了鼓励用户多去对BitLife进行充电,Cellula设置了一个"充电抽奖"功能,你每次发起充电操作时都可能被选中,获得一些额外奖励(就是说这个奖励和挖矿奖励独立开)。

按照Cellula官方的规则,目前包含3*3个Bitcell(也就是包含81个小方格)的BitLife铸造已经停止,玩家们一共铸造了150多万个此类BitLife,未来新用户可以在二级市场购买BitLife并进行充电挖矿。按照官方的解释,限量铸造是为了维持游戏生态的稳定,防止有科学家无限的铸造BitLife NFT导致矿机价值缩水。

而且在未来,Cellula将引入类似于矿机制造商的角色,这个角色基于许可制,要质押代币、公示销售渠道、具有一定社区规模和影响力等,这些制造商将负责铸造和销售包含4x4个BitCell的BitLife,也就是包含16*9=144个小方格。制造商可以铸造的BitLife量,将受到其质押代币量的限制。

vPOW的本质是基于给定规则的计算模型,参与者可以通过优化策略来参与竞争,通过游戏化的方式进行资产发行与分配。Cellula模拟了BTC矿机市场的运作形式,替换了工作量证明中的计算任务形式,由于挖矿算力的分配方式可以动态调整,任何模式的BitLife都未必是全局最优的,今天细胞存活数最多的BitLife,明天就可能