CO₂ Coin：去中心化碳捕获区块链（2021）

有时会提出用于去除二氧化碳的区块链或代币，但几乎没有什么优势。我回顾了设计机制的密码经济学原理，以及“矿化”的提议——岩尘与大气中的 CO 2 自然反应将其锁定在矿物质中——用于碳捕获以对抗全球变暖。密码经济学通常依赖于可审计性和挑战来创造所需的行为，而矿化提供了一种客观、可检查的碳信用形式。因此，人们可以建立一个简单的经济游戏，矿工索取进行矿化的代币作为碳抵消出售，挑战者审计他们假设的矿化矿床以寻找欺诈行为；平衡是对矿化量的诚实报告，产生真正的去中心化、可靠、防欺诈的“CO 2 代币”。区块链可以知道 CO 2 吗？ P2P 区块链有时被弃用作为寻找问题的解决方案。他们可以做货币，是的，但他们还能解决什么其他现实问题？他们能做些什么来帮助解决（而不是造成）全球变暖等危机？例如，我们能否创建一个以某种方式激励去除 CO 2 而不是排放 CO 2 的方法？但是区块链如何知道现实世界中发生了什么，比如避免了哪些碳排放，或者已经去除了哪些 CO 2 ？大多数关于“CO 2 硬币”的提议要么出于基本经济原因行不通，要么只不过是采用现有的碳信用/限额和交易计划并在其上贴上“区块链™”（区块链知道什么是可信的第三方告诉它知道，从头到尾）。下面我将描述一个可行但并非毫无意义的 CO 2 硬币如何工作的简单方案，并解释密码经济学原理如何自然地引导您进行这样的设计——“您本可以发明 CO 2 硬币！”密码经济学的原则是： 最小化信任；信任但要验证;分配信任；并激励维护信任。这对应于区块链可以轻松、困难或根本不知道的事情。信任：零/最小/分布式/激励。的目标有时被误解为零信任。如果一切都可以在零信任的情况下完成就好了，但这通常是不可能的。即使去中心化通常也太昂贵而无法实现：每个系统都希望中心化，因为它更有效（去中心化系统所做的任何事情，中心化系统都可以复制，但反之亦然 1），而像比特币或 BitTorrent 这样的系统只是像他们需要的那样去中心化。 （在 P2P 文件共享的情况下，最佳分布水平被证明是“不是非常”，但对于国际货币，它是“非常多”。）区块链交易：零信任。密码原语可以对正确性和知识做出许多“内部”保证。比特币可以在验证复式分类账遵循所有规则的意义上最小化信任（每笔交易总和为零，所有内容都经过加密签名，除非 PoW 等意图，否则货币不会无中生有地创造），方法是将其公开并让节点重新计算历史本身，证明它是正确的。 （有了更先进的零知识证明密码学，区块链甚至不需要存储完整的交易来让节点证明正确性！）因为货币是软件，软件可以“看到”其他软件，密码学也可以保证“以一种加密货币交易另一种加密货币的原子交换；最近，“快速贷款”引起了人们的注意，它们如何通过在单个原子步骤中进行贷款和交易来实现看似不可能的交易杠杆，以确保贷款要么得到偿还，要么永远不会发生。

区块链：最低限度的信任。验证整个分类帐可能很昂贵，因此“轻”节点可以验证较少的内容，而是通过或使用检查点或信任其他节点；这种信任是有限的，因为他们自己仍然做很多密码学，并且在必要时仍然可以下载和验证完整的区块链。托管/挖矿：分布式信任。比特币通过让用户决定如何托管他们的资金来进一步分配信任：中本聪的目标并不是强迫每个用户成为自己的主权银行，而是允许选择信任哪家银行，包括但不限于他们自己。 2 比特币矿工也是分布式的：没有人可以阻止你挖矿，矿工可以在任何地方设置。但仅仅被分配是不够的，矿工通过他们在 PoW 和比特币上的投资被激励诚实地行事：审查交易、分叉、设置替代品、“脑裂”问题——矿工有很强的动力让一切都保持运转以维持他们出售铸造的硬币所需的汇率。区块链最终比率：激励。最后一个是最终的支持：激励。我们可以建立经济游戏和设计机制，使做正确的事情比做错误的事情更有利可图。差异可能很小，不能给我们密码学所能提供的非凡安全性，但经济游戏可以实现密码学无法做到的现实世界，这就足够了（“比特币越差越好”）。通过放弃一些东西，否则不可能的事情就可以做到。举 3 个可以完成软件可能永远无法完成的事情的激励/游戏的例子：买卖双方都锁定 1 倍的商品价格，而不是 2-of-3 而是 2-of-2 多重签名加密托管.托管要么销毁钱要么把钱寄给卖家；买方仅在货物按描述到达时才同意后者；买方没有作弊动机，卖方也无法通过作弊获利（他将损失定金），因此他将发送货物。一般来说，没有软件可以知道货物是否如买方预期的那样到达，缺少读心软件；但它不需要，只要买方发挥他的作用。不能保证卖家会合作：也许他会为了lulz 扔掉他的钱……？但它通常会起作用。证明的“大幅削减”变体：矿工（质押者）必须建立一个债券，如果出现双花，因为恶作剧，软件可以知道有 2 个相互冲突的交易，并且——而不用关心哪个是正确的现实世界——抓住保证金并向提供 2 个相互矛盾交易的任何人支付赏金，从而激励欺诈检测并强制执行良好行为。 TrueBit 虽然很复杂，但进一步扩展了我们对“存款”可以做什么的想法：TrueBit 试图实现可信赖的任意云计算的购买。

这怎么可能？区块链不可能重做计算，自己重做计算是没有意义的，高级密码学可能不可用或覆盖有问题的计算；相反，TrueBit 创建了一个“验证游戏”，它首先信任雇佣的云服务来正确地执行购买的计算，让其他人挑战特定的子集（可以很便宜地完成）以换取赏金，但是——以确保会有人们完全具有挑战性——还会定期破坏结果以激励随机抽查。分叉游戏：Augur，一般的加密货币。一类重要的游戏是分叉游戏，它适用于所有加密货币，值得更详细地讨论。工作量证明机制减少了必要的信任，但仍然存在信任——只要用户必须相信他们下载了区块链，而不是因为分叉而对他们不可见，例如互联网审查或抑制替代区块链的 DoS 攻击（“日食攻击”）。没有数学方法可以知道你拥有“那个”区块链，宇宙中任何地方都不存在类似的区块链；这不是像区块链这样的软件可以知道的。 （股权证明也存在类似的问题。）相反，区块链基于建立经济激励的社会过程：比特币用户知道他们拥有“正确”的区块链，因为他们可以验证带外用户相信最新的区块“是什么”，或者他们的交易“出现”在他们想要使用的交易所，并且在罕见的分叉情况下，他们可以权衡哪个区块链看起来更“合法”⁠。比特币的最终基础是全球比特币社区，它通过愿意交换来赋予它价值。如果出现问题，整个社区将决定哪个是正确的。 （一个例子是后以太坊分叉：没有人有权力强迫每个人不使用黑客拥有的“以太坊经典”，而不是反黑客分叉，但大多数人选择了后者。作为 Yogi Berra问，“如果人们不想去参加球赛，你将如何阻止他们？”）因为社区发展缓慢，而且这种共识过程会引发圣战，这对每个参与者来说都非常耗费精力且代价高昂，这是虔诚地希望尽可能少地诉诸这种最终比率——但只要这种自由市场支持存在且可信，就不需要诉诸。 ：预测市场面临着“软件如何知道现实世界中发生的事情？”的同样问题，但可以设置激励机制来诚实报告。 Augur ( ) 将“分叉”构建到核心协议中：如果有足够的资金押在有争议的市场结果上，将 Augur 猫置于 true 和 false 的叠加状态，Augur 整体将明确分叉为两个 Augur，其中争议被分解为结果正确的结果和错误的结果，并且争论者被迫进入他们声称是正确的一种；然后，就像以太坊经典 vs 以太坊（或 Steem），用户将用脚投票决定哪个是他们认为合法、值得信赖的 Augur，哪个将正确解决市场，哪个被邪恶的解析器劫持，哪个是不值得信任的垃圾，可以出售急如星火。 3 如果争议者是欺诈者，他们的版本很快就会在很大程度上或完全毫无价值，就像以太坊经典相对于普通以太坊已经崩溃一样（在我写这篇文章时，49 美元对 2,110 美元）。

设计方法：密码学→激励。因此，密码学只是加密经济学的开始。在设计一个密码经济系统时，我们可以根据需要回退：做软件可以通过密码学做的一切，以消除任何不必要的信任；然后，如有必要，我们可以围绕我们的信任进行传播，并使任何特定的信任成为可选；如果我们必须信任我们无法从中选择的群体，我们可以设置经济游戏来检测作弊并惩罚它，并奖励正确的行为。通过使用这些设计选项和权衡，我们可以想出各种有趣的新系统和市场，例如用于信息销售的 Darkleaks、代币管理的注册表或仲裁系统（Aragon Court/Kleros）。 “青蛙把饼干放在一个盒子里。 “那里”，他说。 “现在我们不会再吃饼干了。” “但我们可以打开盒子”，蟾蜍说。 “这是真的，”青蛙说。青蛙在盒子周围系了一些绳子。 “那里”，他说。 “现在我们不会再吃饼干了。” “但我们可以剪断绳子，打开盒子。”蟾蜍说。 “这是真的，”青蛙说。青蛙得到了梯子。他把盒子放在一个高架子上。 “那里，”青蛙说。 “现在我们不会再吃饼干了。” “但我们可以爬上梯子，从架子上取下盒子，剪断绳子，打开盒子”，蟾蜍说。 “这是真的，”青蛙说。

碳信用安全漏洞。碳信用很容易被滥用，并且经常受到欺诈。即使在地面上也很难检查它们。他们真的像他们声称的那样液化并向地下注入了大量的 CO 2 吗？ （你怎么知道他们是否撒谎？）你怎么知道 2 个碳信用不指同一个行动？如果有人声称因不砍伐森林而获得碳信用额，你怎么知道反事实，如果你不向他们支付信用额，他们真的会砍伐森林——或者他们不会在未来砍伐森林？未来，或者他们并没有简单地改变他们打算减少的东西？或者甚至还有一片森林？区块链如何知道CO 2？关于区块链的最基本问题之一是：“区块链如何知道 X？”区块链如何知道你有多少硬币？比特币的汇率是多少？哪个交易是真实的？或者硬币从哪里来？所以对于 CO 2 碳信用区块链：“区块链如何知道有多少碳信用，它们是有效和真实的，以及谁拥有它们或已经使用它们？”作为软件的区块链不了解原子的真实物质世界。那么它怎么知道拥有森林的人应该申请多少碳信用额呢？受信任的第三方会告诉它吗？最简单的方法是让碳信用公司对每个代币进行简单的担保和签字，向买方保证他们已经完成了所有的尽职调查和反欺诈预防。该公司铸造 CO 2 代币，它保证代币都是有效的，并且对应于一吨去除的 CO 2，依此类推。这家公司必须在各方面都受到完全信任。这是 Nori 等实体讨论和实施的常用方案。第三方+区块链=浪费的安全剧院。在这样的方案中，为什么还要麻烦区块链呢？你完全信任它，所以将一些代币放在区块链上并没有什么新鲜事。 （如果你想向第三方证明——比如说，你是一家购买抵消是“绿色”的企业，并想向客户证明你确实购买了你所说的所有信用——他们可以简单地列出一个清单他们像你这样的买家网站。也许疯了，然后签名！）在区块链上记录这样的信用就像在你的门上锁上 5 把锁，而窃贼只会穿过门周围的干墙。区块链是浪费和膨胀。可审计的碳信用额……？我们能做得更好吗？ （再次：“区块链如何知道 CO 2 信用？”）我们需要某种碳信用来抵御这些欺诈问题：理想情况下，它应该（如 PoW 本身）是没有人通常会做的事情，所以没有问题反事实（如果真的发生了，那是因为碳信用）；它应该是不可逆的，所以只需要检查一次，不容易为了盈利而撤销；并且它应该可以由多方以低成本进行验证（排除诸如钻探和密封深井之类的事情，其中​​验证可能比表面上的碳捕获本身花费更多）。比特币的 PoW 本质上满足这些属性——除了 PoW 没有人出于任何其他原因计算双倍，而且它没有其他好处，所消耗的能量无法撤消或恢复，任何人都可以以 ~0 的成本验证哈希。是否有类似性质的碳信用？矿物吸收 CO 2。或“矿化”使用一些矿物，如或（由 Project Vesta 首选）使用 CO 2 与特定常见矿物在矿物内部的自然化学反应；这个过程在数千年中去除了许多千兆吨，但可以通过相当便宜的采矿和研磨加速进入年度吸收。 4（它是否足够便宜？谁知道呢。让我们假设细节会自行解决，矿化将成为碳捕获的一种竞争形式。）不可逆转，可观察，成本高。矿化仅自然发生极其缓慢，不可逆转，不可用于其他目的，难以运输，物理分布且易于审核。自然的缓慢意味着新的矿化确实是新的并且加速了（也许它会在一百万年内发生，但我们不能等那么久！）。反应的放热性质意味着它很便宜，因为它不需要能量输入来为反应提供动力（大多数碳捕获方法的失败），而且逆转它是昂贵的并且没有可想象的理由，所以无论如何，通过捕获碳矿化将保持捕获。缺乏其他用途意味着重复计算是行不通的：没有人可以出于某种不可告人的目的进行矿化，然后通过声称碳信用来进行双重挖掘（这很糟糕，因为如果他们无论如何都这样做，则没有额外的碳捕获是受到激励，而买家被敲诈）。难运输有助于验证，因为不能通过在几个热点附近快速移动来玩检查游戏。物理分布方面可以实现全球进入（虽然橄榄石或玄武岩的矿床可能是集中的，但它们并非只存在于世界上的 1 或 2 个地点）和竞争，分布信任。最后，化学反应的具体不可逆转的客观性质意味着任何特定的橄榄石/玄武岩粉尘样本都可以快速审核，只要走到一个随机的地方，用手舀起来，然后说，'是的，那是半转化的橄榄石粉尘好吧'。

灰尘容易审核。这些特性意味着，鉴于在区块链上公开发布的矿物粉尘覆盖的土地位置以及保证金，任何第三方审计师都可以随机抽样几个点并验证 X m 3 原始矿物粉尘的存在，从而证明： Y 吨是为了碳捕获而新创建的，它不会反事实地、不可逆地和永久地从大气中去除 Z 吨 CO 2，并且不能通过移动到其他地方来重演（成本太高，灰尘当重新测试为“新”）或重复计算时（因为所有感兴趣的各方都可以使用公共分类账验证与之前或之后位置的非重叠），将不会是原始的考虑到所有这些，我们是否可以建立一个经济游戏，奖励诚实的采矿和矿化创造，同时以不太荒谬的成本检测和惩罚作弊者，从而最大限度地减少对任何实体的总信任和信任？可能是！这是一个设计示例，它最大限度地减少对第三方审核员的罕见调用的信任，仅拥有可以验证橄榄石/玄武岩粉尘存在/不存在的基本矿物分析技能：设置“CO 2 硬币”令牌（例如，您的标准），其中 1 枚硬币 = 1 吨移除的 CO 2。指定了一个“审计员”公钥 K，该公钥是可信的。任何人都可以创建 1 个代币，以换取 x 的股份（保证金或债券）和在某处定义矩形的 4 个坐标。如果坐标集出现在任何先前的标记中，则坐标集无效。令牌已创建，但不能为 y 个块传输。它现在可以作为 1 吨的碳信用额在市场上以某种价格 ≪ x 出售。代币可能会经过几个所有者，但最终会被想要申请抵消的实体“烧毁”（销毁或以其他方式不可转让）（例如，航空公司可能有一个公开的地址，用于购买数十亿吨代币）每年并“销毁”令牌，使客户能够独立检查）。挑战交易包含由审计者密钥 K 签名的消息，以及挑战者 C 的地址/密钥：“坐标不包含 1 吨重的灰尘”。在这样的消息中，x 被“削减”并发送给 C（他可能之前已经向审计员付款），并且令牌被取消。

对审计员而非买方/卖方/矿工的信任最小化。在此设计中，只要审计员仅在他们不会签署有关特定物理位置不存在灰尘的谎言（以换取可能从削减的赌注中支付的贿赂）时才值得信赖，那么任何声称是创建代币将冒险......