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原文标题：Mina Protocol - Small but Mighty

作者 ：Kunal Goel

  • 传统区块链在数据方面，面临着存储不断增长的问题，效率低下。这种状态的膨胀化会对网络的去中心化产生负面影响，因为能够参与链验证的用户越来越少。

  • Mina 协议是解决状态膨胀问题的新一代 layer-1 区块链。借助 zk-SNARK 的强大功能，Mina 区块链保持约为 11 kB 的固定大小。除了去中心化之外，zk-SNARK 还使 Mina 比其他链更具隐私性和更高效。

  • 其他新一代区块链已针对区块链不可能三角中的可扩展性进行了优化，但在此过程中影响了去中心化；而 Mina 优先考虑去中心化。理论上，任何智能手机或浏览器都可以在 Mina 上运行完整的节点。

  • 然而，Mina 的许多开创性功能仍在开发中。产品路线图充满雄心；团队的交付能力将决定协议的成功与否。

根据区块链不可能三角，区块链的三个理想目标（可扩展性、去中心化和安全性）中的任何一个的改进都会以其他两个目标为代价。随着区块链技术多年来的进步，新一代区块链在克服不可能三角方面取得了一些成功。他们专注于可扩展性，将吞吐量提高了几个数量级，但在去中心化和安全性方面做出了各种让步。例如，Solana 的交易吞吐量是以太坊的 1,000 倍以上，但要求其验证者使用工业级硬件并承诺进行持续升级。这阻碍了去中心化，因为无法让更广大的社区参与验证。

比特币和以太坊等老一代区块链仍然受到低可扩展性的影响，因为它们优先考虑去中心化。然而即便如此，这些区块链的去中心化也面临压力，因为它们的大小现在已经超过数百 GB，这无疑提高了运行完整节点的要求。因此责任就留给了有能力为去中心化的良好事业花费大量资源的爱好者。在文章“区块链可扩展性的限制”中，Vitalik Buterin 警告不要大幅增加区块链的参数以满足区块空间的需求，因为如果普通用户无法运行节点，则有可能会导致“极端中心化”。

Mina Protocol

Mina Protocol 目前作为支付链，于 2022 年 3 月 23 日达成了主网启动一周年。Mina 的智能合约称为 zkApp，已列入 2022 年第二季度的产品路线图。本月早些时候，Mina 从三箭资本和 FTX Ventures 等大型加密投资者筹集了 9200 万美元，推动其实现为 web3 构建隐私安全层的愿景。

虽然最近其他的 layer 1 已经最大限度地提高了可扩展性，但 Mina 协议选择了最大限度地去中心化。作为一个简洁的区块链，Mina 使用递归加密技术，将可验证的区块链限制在约为 11kB 的固定大小，而像 Solana 这样的 layer 1 则为 PB 级别 (1PB = 1012 KB)。与其他随着区块添加而增长的 layer 1 区块链不同，Mina 能够通过使用一系列自引用的加密证明来保持固定大小。可以将 Mina 的递归密码学过程视为拍摄区块链的照片。每当添加一个新区块，就会拍摄一张包含现有区块链和新区块的照片，将区块链的大小限制为一张照片，同时保留从创世

通上述介绍，本报告深入探讨了困扰传统区块链的状态膨胀问题以及 Mina 如何使用零知识证明来解决该问题，且如何在此过程中提供更具隐私性、去中心化和高效的区块链。我们将探讨 Mina 的设计选择，以及关键参与者如何使其在原生代币 MINA 的支持下作为一个简洁的区块链工作。最后，本报告讨论了 Mina 的未来发展、产品路线图以及为实现其崇高愿景而正在建设的团队。

状态膨胀

“区块链和状态膨胀将永远增加同步完整节点的成本，直到大多数用户无法进行验证，且降级为受信任 (trusted) 系统。这就是为什么一个合理的固定区块大小上限如此重要的原因。”

– Hasu，Flashbots 首席战略

状态膨胀是由于存储区块链所产生的数据、交易、账户、代币、合约和其他信息的不断增长而形成的问题。为了以可信任的方式准确地到达当前状态，每个完整的区块链节点都必须存储每个用户地址、交易的每个代币、铸造的每个 NFT 以及来自创世区块的所有交易历史记录。

虽然老一代区块链由于悠久的历史而处于膨胀的状态，但新一代区块链由于其高吞吐量也面临着同样的问题。例如，以太坊最受欢迎的客户端 Geth 的状态大小约为 600 GB，每周约增加 11 GB。虽然理论上它仍可以在用户级硬件上运行，但随着状态大小的不断增加，未来可能无法实现这一点。以太坊计划通过后续的一组“The Purge”升级解决状态大小问题。另一方面，Solana 作为高性能区块链，以每秒 1 GB 或每年 4 PB 的速度创建数据。它最初计划使用一组“Archivers”来维护交易的历史记录，节点只存储近几天的数据。后来，Solana 放弃了这个项目，计划使用 Arweave 的 permaweb 来存储账本数据。然而，Arweave 目前只能保持 52 TB 的数据，因此需要大幅扩展以满足 Solana 的需求。Solana 现在没有去中心化的解决方案来存储交易历史，目前使用 Google 的 Big Table 作为存储解决方案。

Mina 解决了这个问题。

Mina 通过递归 zk-SNARK 的密码学技术，实现保持轻量且固定的区块链大小。zk-SNARK 的全称是零知识简洁非交互式知识证明。

递归 zk-SNARK

零知识证明 (zk)

零知识证明是一种证明方式，验证者除了得知“某声明是真的”以外不会得知其他任何信息。通过一个具体的例子更容易理解。你可以想象，在一个游戏节目中，有一个奖品藏在你面前的一千扇门的其中一扇门后面。要找到奖品，最好的策略是按顺序打开大门。如果你想向别人证明你知道奖品在哪里，你可以告诉他们门牌号码，他们可以自己验证。这可以帮助你简单地证明你知道答案，但关键在于，这种方法使你向验证者泄漏了解决方案。不过，如果你在将他们带到奖品门口之前，把他们的眼睛蒙上，并旋转他们，你仍然可以证明你知道奖品在哪里，也不需要泄漏门号。这就是一个零知识证明。它可以确认你（证明者）知道解决方案，但不会将其泄露给验证者。值得注意的是，工作也存在不对称性。证明者为找到答案所做的工作量远远超过验证者为检查答案是否正确所做的工作量。证明者必须搜索每一扇门，直到找到正确的一扇门，而验证者只需要检查一扇门。

简洁非交互式知识证明（SNARK）

SNARK 是一种零知识证明。简洁是因为它们很小且易于验证。Mina 上的 SNARK 证明约为 7 kB，验证它只需要 200 毫秒。

虽然一些 zkp（零知识证明）可能需要证明者和验证者之间来回交换信息，但非交互式证明无需与证明者进行更多交互，由验证者进行验证。

Arguments (论证) 是证明 (proof) 的一种形式。在密码学中，证明可以由有效的语句生成，而过高的计算能力可能会生成无效的论证证明。然而，这只是理论上的差异，就我们的目的而言，我们可以将论证视为与证明相同。

Knowledge (知识) 是指证明者事实上知道答案。在我们举的例子中，证明者不仅证明奖品存在，而且还证明他们知道奖品在哪扇门后面。

因此，SNARK 是轻量的、易于验证的知识证明，不需要证明者和验证者之间的来回通信。

Recursive / 递归

最后，Mina 使用了一种叫作 Pickles 的 zk-SNARK，它可以递归地引用自身来创建证明的证明，从而保持区块链的大小固定。与其他 SNARK 不同，Pickles 的另一个特性是它不需要受信任的设置。受信任的设置被认为不太理想的，因为未来的用户必须相信初始设置是在适当的控制下公平执行的。

Mina 和 zk-SNARK

利用 zk-SNARK，Mina 可以维持一个保持较小且大小固定的区块链。每当添加一个新区块，必须创建新 zk-SNARK，其中包含前一个区块的 zk-SNARK，以证明其有效性。只有当区块数据正确时才能创建此 SNARK。因此，SNARK 证明当前区块是有效的，并引用前一个块的 SNARK 来证明它是有效的。通过这种方式，只需验证当前 SNARK 即可确认区块链的整个状态，因为它从创世区块开始就必须是在一系列有效的 SNARK 之上生成的。

然而，一个加密证明不足以运行一个完整的节点。仅凭证明不能让节点执行其基本功能，因为它不提供清晰的信息，例如账户余额。所以除此以外，一个节点还需要四条信息才能发挥作用。第一个是包含哈希数据结构的协议状态，包括账本。第二个是 SNARK 证明和协议状态的验证密钥。其次，节点还必须存储账户信息和与协议匹配的 Merkle 路径，以可靠 (trustless) 地确保账户信息正确并且属于当前协议状态。

虽然 Mina 的宣传文章声称区块链的大小约为 22KB，但随着技术的改进，其大小将仅为 11KB。

11 KB，这是真的吗？

好吧，不完全是，目前也不是。由于此类节点不具备完整的交易历史所以无法参与共识，因此被称为非共识节点。 然而，它比传统区块链的轻节点更强大，因为它在没有信任假设的情况下运行。 它可以独立验证区块链数据，提取其账户余额，并广播交易。 在这方面，它类似于比特币或以太坊上的完整非挖矿节点。还有一点需要注意的是，非共识节点目前还没有上线； 它们是由支持 Mina 协议的团队开发的。

Benefits of zk-SNARKs / zk-SNARK 的优势

Mina 对 zk-SNARK 技术的利用使其成为一个引人注目的选择方案，与传统区块链相比具有独特的优势。

去中心化的改进

​​运行一个非共识节点只需要很少的磁盘空间和计算能力。虽然其他区块链受到状态膨胀的影响，可能需要强大的工业级硬件来运行完整节点，但 Mina 的非共识节点将可以在智能手机或浏览器上运行。每个用户都可以运行自己的节点，从而显著地改善去中心化。超越自我监管之外的区块链理想是自我验证，Mina 是唯一能够实现自我验证的区块链。

工作不对称性

在传统区块链中，每个节点必须独立执行每笔交易，导致计算资源浪费和交易成本增加。验证交易的零知识证明比执行交易本身占用的资源要少得多。这是以太坊 zk-rollups 的前提，Buterin 认为这是扩展以太坊升级过程中最关键的部分。然而，Mina 在其协议设计中加入了零知识证明。

Privacy 隐私性

零知识证明不泄露任何不必要的信息，从而保证隐私性。Mina 区块链的零知识证明仅证明状态有效，而不显示交互账户。即使是 Mina 的共识节点，也仅保留最后 290 个区块的历史记录。

Consensus 共识

Mina 采用的共识机制是 Ouroboros Samasika ，这是 Cardano 共识机制 Ouroboros 的改进版。Ouroboros Samasika 具有不保留完整交易历史的简洁区块链的附加属性。与其他 PoS 链一样，被选为区块生产者的概率取决于节点相对于总质押的 Mina 质押数量。和 Cardano 一样，Mina 不要求节点锁定资金，网络也不罚没资金。网络停止向离线或有不良行为的节点分发奖励。

网络无法得知且不会宣布下一个区块生产者，且可能会有多个区块生产者符合条件。这种模糊性增加了协议的安全性，因为它创建了一种针对区块生产者拒绝服务攻击的自然防御。但是，它的缺点是有时会产生短期分叉。如果多个区块生产者产生了不同的有效区块，则下一个区块生产者遵循标准共识规则，建立在最长链之上。如果只有相同长度的链可用，则区块生产者会在第一次看到的链之上构建，或者在另一个具有更高可验证随机函数输出时替换它。

这种设计选择也意味着 Mina 具有概率终局性。凭借 90% 的诚实质押和 4 分钟的出块时间，Mina 在 15 个区块（即 60 分钟）内达到 99.9% 的终局性。这比 Solana 和 Avalanche 等其他一些需要几秒钟来完成交易的新一代区块链要长得多。

交易过程

Mina 的交易执行过程中有两个重要的参与者：区块生产者和 SNARKer。区块生产者类似于其他 PoS 链上的验证人。他们被随机选择出来，根据他们质押份额占总质押份额的百分比来产生一个区块。SNARKer / SNARK worker 负责生成区块链单个交易的 SNARK 证明。为了更好地理解他们的角色，让我们看看 Mina 上的交易生命周期。

  1. 首先，为了执行交易，用户将交易与他们愿意支付的手续费信息一起广播到网络，这些费用被收集在交易池中。

  2. SNARKer 独立地并持续不断地提供这些交易的 SNARK 证明，以便将其打包在区块中。

  3. 当一个区块生产者被选中时，他们会从交易池的可用交易中将手续费最高的最有利交易排入队列。然而，区块生产者在添加到队列中时，还必须添加相同数量的交易 SNARK 证明。他们可以自己生成 SNARK 证明，也可以从 SNARKer 那里购买 SNARK 证明。

  4. SNARKer 相互竞争，以最低的成本提供 SNARK 证明。根据 Mina Explorer 提供的数据，在过去的 100 个区块中，所有 SNARK 证明都是由 SNARKer 免费提供的。 SNARKer 未来可能会受到类似于挖矿的协议激励补贴，称为 SNARK 挖矿。

  5. 然后，区块生产者更新队列，队列保持不变大小，因为新的 还没有被 SNARKed 交易数量等于被 SNARKed 后删除的交易数量。

  6. 然后，区块生产者将进行了 SNARK 的交易打包在区块中，并更新协议状态的 zk-SNARK 证明。

  7. 新区块和 SNARK 证明通过网络传播，并得到其他节点的确认。

来源: Mina Protocol 白皮书

审查阻力

Mina 使用 fee market，与比特币类似，每笔交易都在交易池中等待，直到区块生产者添加。 通常，用户可以通过支付足够高的手续费或等待足够长的时间来确保区块生产者将他们的交易添加到区块链中。

需要审查的交易，则必须是所有 SNARKer 都拒绝提供 SNARK 证明，或者必须是所有区块生产者都拒绝将 SNARKed 后的交易添加到区块中。在 Ouroboros 下，我们可以推定网络是去中心化的，并且区块生产者之间没有串通。

所有 SNARKer 之间的串通是非常困难的。首先，任何人都没有进入 SNARK 交易的障碍。 由于 SNARKing 的成本很小，任何人都可以制作 SNARK 交易证明并赚取 SNARKing 费用。 即使手续费很低，区块生产者也能够将 SNARK 后的交易打包在一个区块中，从而获利。

网络统计

Mina 是一个相对较新的区块链，具有独特的架构。因此，有关网络及其采用的可用数据量有限。我们从当前可用的资源管理器和仪表板中汇总了以下信息。

Mina 的理论吞吐量是每秒一个交易。 显然，Mina 不会在吞吐量方面与其他新一代区块链竞争。Mina 不是只比较区块链的吞吐量数字，而是试图在更全面的每单位去中心化的可拓展性 (scale per unit of decentralization /ScaDe) 上进行竞争。ScaDe 前沿是区块链不可能三角的推论，它表明区块链的吞吐量与完整节点的数量成反比。由于 Mina 旨在最大限度地实现去中心化，并且对节点数量没有理论上的限制，因此它在 ScaDe 边界之外运作。

MINA 代币

作为区块链的原生代币，MINA 用于支付交易手续费，并通过区块奖励激励共识参与。目前，无论是在链上还是在论坛上，治理过程都没有基于代币的投票，不过相关计划已提出。

MINA 是一种通胀货币，初始通胀率为 12%，主网启动四年后将降至 7%。通货膨胀是固定的，质押收益率随着质押参与率的变化而变化。虽然通货膨胀可能看起来很高，但有助于保持链的安全，因为它鼓励参与质押。

有多种方法可以查看 MINA 的供应量，例如不包括时间锁定代币的循环供应量，或包含锁定代币的完全稀释供应量。最简单和最准确的方法是通过质押供应进行查看。MINA 的初始总供应量为 10 亿个代币，其中 8.06 亿个在主网发布时可用于质押。这些代币中的大多数都被锁定以供出售，但可以将其进行质押，从而获得区块奖励。随着时间的推移，剩余的 1.94 亿个初始供应代币将以超额奖励、SNARK 挖矿奖励和生态资助的形式分发给社区。

来源：Mina Protocol

Mina 生态已累计筹集到 1.4 亿美元融资，最近一次是在 2022 年 3 月并筹集到 9200 万美元。Mina 的支持者是一些最著名的加密风投基金，如 FTX Ventures、三箭资本、Paradigm、Coinbase Ventures、Polychain Capital、Electric Capital 和 Multicoin Capital。社区销售也引起了巨大的投资者兴趣，致使 Coinlist 将每位投资者的最高上限从 1,000 美元降低到 500 美元。

超额奖励

最近，Looks Rare 及其质押奖励出现了崩溃。与 Mina 类似，它的内部人员持有锁定的代币，这些代币不属于流通供应的一部分，但可以质押以获得奖励。这使他们能够在主网上线后的最初几天获得很大比例的质押奖励，因为他们的持币量远高于流通供应量。著名的 Twitter KOL Cobie 在他最近题为“激励结构”的文章中对此进行了介绍。

Mina 通过设计更好的奖励结构避免了这种情况。在主网上线后的前 15 个月内，质押未锁定代币的用户将获得更多的区块奖励，称为超额奖励。目前，未锁定代币的质押者获得的奖励是锁定代币质押者的两倍，实现了更受社区支持的奖励分配，并避免了 Looks Rare 团队面临的争议。

路线图

Mina 有一个令人兴奋的产品，但 Mina 团队仍在构建其最具开创性的功能。Mina 目前仅用作具有数百个验证者的支付链。智能合约功能、非共识节点，以及可以从互联网上可靠 (trustless) 地提取数据的 zk预言机，这些都是计划在 2022 年上线的充满前景的功能。Mina 还计划开发一个在链下存储数据的 zk-Rollup，扩展其吞吐量。

团队与合作伙伴

有了基本产品和雄心勃勃的路线图，贡献团队成为 Mina 成功的最关键因素。

Mina 背后的核心团队是 O(1) Labs，该团队正在为 Mina 开发智能合约和 zk 预言机。Mina 基金会的现任首席执行官 Evan Shapiro 曾是 O (1) Labs 的首席执行官。Evan 毕业于卡内基梅隆大学，获得计算机科学硕士学位，并于2017年创建了O(1) Labs。

O(1) Labs 的临时 CEO 是 Emre Tekişalp，他曾在 Coinbase 担任业务发展经理，并拥有哥伦比亚商学院的 MBA 学位。Izaak Meckler 是 O(1) Labs 的 CTO，目前正在攻读加州大学伯克利分校密码学专业的博士学位。

=nil; Foundation 正在搭建从 Mina 到以太坊和其他 EVM 链的桥。2021 年 9 月，以太坊基金会和 Mina 基金会向其提供了 120 万美元的资金，用于建造这座跨链桥。

Chainsafe 正在用 Rust 改写 Mina，并为基于浏览器的节点构建 MVP (Minimum Viable Product)。

Polygon 和 Mina 达成合作，正在 Polygon 的 PoS 链上构建对 Mina 的支持，开发者将能够在 Polygon 上构建利用 Mina zk-SNARK 优势的 dapp。

结论

虽然世界的关注重点在平台战和以太坊的扩展解决方案，但 Mina 一直在构建一个充满前景的解决方案，致力于在不影响去中心化的前提下发挥零知识技术的潜力。凭借强大的团队、令人注目的合作伙伴和支持者以及新的资金储备，Mina 开始兑现其雄心勃勃的路线图。Mina 的贡献者可以从 Solana、Avalanche 和 Terra 等替代平台链在 2021 年取得的成就中汲取灵感。谁将在此领域胜出尚无定数，如果 Mina 能够构建出强大的产品，将会吸引大量用户和投资者前来。