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工作量證明 (PoW)是確保比特幣和許多其他加密貨幣區塊鏈安全的一種共識機制，它也給這項技術帶來了浪費能源的名聲。

事實上，一些人普遍持這樣的觀點：一支由專業計算機組成的隊伍，它們都在爭先恐后地解決一系列隨機的數學問題，最終消耗的電量可能和一個小國一樣多。

然而，科技巨頭IBM的研發部門IBM Research的科學家們宣稱已經找到了一種可以重塑和組合包括PoW在內的區塊鏈架構的方法，他們在一篇論文中稱其為能效、可擴容性和安全性的“最佳結合點”。

他們的這一發現于周三進行了公布，稱其源于將PoW應用于一個非常不同的用例——物聯網(IoT)，并將在連接的設備中運行區塊鏈節點。

他們面臨的問題是，與專用的加密貨幣PoW挖礦硬件（如ASIC和GPU) 不同，物聯網設備在計算能力和能源方面存在很大差異。畢竟，物聯網是一個廣泛的范疇，包括從口袋大小的溫度傳感器到聯網的汽車等一切類別。

因此，物聯網網絡中的所有或部分設備可能無法解決非常復雜的PoW難題。因此，根據IBM研究人員的報告，推動PoW節能的動力是：

“物聯網的效率可以定義為對硬件資源和能源的最佳利用。因此，為了實現這一目標，區塊鏈上的物聯網設備應該最優地利用資源和能源來維持和推進區塊鏈。”

他們提出的解決方案利用了網絡上并非所有節點都必須參與挖礦的事實。（例如，許多樂于奉獻的比特幣用戶只運行完整的節點來檢查礦工的工作并保持他們的誠實。）

IBM的研究人員在測試網絡或模擬的區塊鏈環境中將節點分為250到1000的小組，然后允許算法根據每個節點使用的功率大小和安全要求來決定每個組應該執行挖礦工作量比例。他們表示，在保證網絡安全的同時，這樣的方法獲得了節能的最佳效果。IBM Research愛爾蘭分部的技術主管Emanuele Ragnoli博士告訴CoinDesk：

“目前，我們把區塊鏈看作是完全平面的對等系統（peer-to-peer system），在這種系統中，所有節點都必須做同樣的事情，相互競爭以獲得挖掘獎勵。但事實上不需要每個節點都做同樣的工作。”

Ragnoli表示，他想要創建一個“分層的生態系統”，在這個系統中，不同的節點可以做不同的事情，這要歸功于一種智能算法，它可以根據節點的算力對節點進行集群，并為節點分配特定的任務。他說道：

“就像你在比特幣中看到的那樣，有些節點完成了所有的PoW工作，他們這樣做是因為區塊鏈背后的分析，它實際上可以看到一個設備是否能做那樣的工作，并相應地將該設備放入其他的設備集群中，該集群將被分配某種類型的共識算法。”

然后，這些節點組維護的“子區塊鏈”使用Cosmos和Polkadot等互操作性技術進行連接。為了表示對這一成果的認可，IBM研究團隊將其實驗室項目命名為“混合物聯網區塊鏈（Hybrid IoT Blockchain）”。

機器經濟

退一步說，IBM的研究工作為將來創建更廣泛的“機器對機器”經濟奠定了基礎，在這種經濟中，設備將擁有自己的區塊鏈錢包，并且彼此進行交易（想象一下，一輛自動駕駛汽車支付另一輛自動駕駛汽車的路權）。

但Ragnoli很清楚物聯網對區塊鏈的挑戰程度有多大，他表示，這一領域仍將是一個“巨大的飛躍”。

他的團隊試圖在一個很小的范圍內研究“機器對機器”的生態系統如何在工業環境中工作，如何將荷蘭多個工廠之間的尖端制造活動聯系起來。(IBM不愿透露相關企業的名稱，但表示它們即將成立一個聯盟。) Ragnoli說道：

“如今，在工業4.0或制造業中，有許多不同的工廠相互合作，共同生產出一種產品。所以，你有傳感器、機器、甚至算法和分析在不同的工廠里或同一家工廠內運行，因此需要進行交互操作。”

通過將這些工廠設備與混合模型連接起來，IBM發現安排大約250個集群節點，其中7%的子區塊鏈使用PoW，在擴容方面達到了最好的效果，同時不會犧牲與PoW相關聯的來之不易的安全性。Ragnoli說道：

“我們正在采用共同的共識算法，比如PoW及將來的Cosmos等，我們正在改變將它們整合在一起的方式。我們的設計方式就像由人工智能層驅動的小型樂高積木一樣。"

人工智能和區塊鏈

IBM Research的項目之所以引人注目，是因為它表明區塊鏈的確定性需求可以與人工智能的黑匣子相結合，從而允許機器學習算法改變區塊鏈的形狀以適應功率或延遲限制，而不會對安全性造成影響。

因此，這似乎打開了一扇通往全新設計領域的大門。Ragnoli說道：

“為什么不使用分析和人工智能算法來增強區塊鏈呢?這些算法可以在某種程度上塑造區塊鏈，幫助它克服目前存在的一些局限性。”

對于物聯網，其工作方式是人工智能接收系統上的物聯網設備和這些設備的可用資源作為輸入。它還對系統的總體安全需求進行評估，并決定哪些設備以及有多少設備正在挖礦、PoW難度、區塊生成速率、區塊大小等，同時可以在所需的安全性和擴容性之間取得平衡。

因此，物聯網設備仍然可以執行諸如數據處理等特定于應用程序的任務，并同時繼續生成區塊。 那么，這項工作將如何影響加密貨幣領域呢?只需將PoW更好地組織起來即可，就好比說自由市場可以更有效率一樣。Ragnoli表示，這還有可能改變不同貨幣交易系統的動態運作方式。他補充道：

“我還沒有深入到真正改變加密貨幣內部的共識機制——盡管這實際上是一個非常有趣的研究方向。”