一文讀懂Filecoin分叉專案Filestar文曲星

Web3物理基礎設施專案FileStar文曲星今日在Github(https://github.com/filestar-project)釋出白皮書,宣佈專案啟動。在白皮書中,FileStar提出將基於Filecoin進行分叉和迭代,並實現現有Filecoin礦工權益的無縫對映。

根據白皮書介紹,FileStar專案將取消前置抵押,同時進行了不少技術創新,例如,實現新的P1封裝演算法(可選包括 SHA512,Poseidon,Pederson 和 Blake2s)提高封裝效率;引入遞迴零知識證明技術,實現訊息的鏈下聚合,提高全網的TPS;在Window PoST中,引入VRF 隨機抽查技術,減少礦工的抽查次數。

除此之外,FileStar不同於Filecoin只激勵儲存證明,FileStar將逐步實現對儲存資源、計算資源和頻寬資源的激勵,實現分散式的儲存、可驗證計算、可度量頻寬的分散式網際網路物理基礎設施。

據瞭解,FileStar 計劃於10月30日,公開原始碼,並上線主網。

以下為FileStar文曲星白皮書介紹:

摘要

我們認為區塊鏈世界遇到了巨大的發展瓶頸,只能依賴巨大的技術創新來推動區塊鏈行業擺脫目前的困境。2009年中本聰釋出了比特幣的白皮書,開啟了一個基於網際網路的免信任的電子現金的時代,受制於比特幣網路的處理能力,比特幣已經從最初的電子現金的願景偏離,並被歷史的車輪推到了電子黃金的地位。以太坊在比特幣的思想上,賦予了轉賬 交易更多的靈活性和可程式設計性,引入了智慧合約虛擬機器的概念,透過提供不同於指令碼語言的更強大的處理能力,以太坊取得了蓬勃的發展,但是依然面臨巨大的發展制約。

不論是比特幣還是以太坊,本質上都是在一個點對點的網路中,取得計算和資料的一致性,因為鏈上資源的極度稀缺,比特幣網路只能處理比特幣本身的交易,以太坊網路也只能處理以太坊本身和各種以太坊token 符號的交易和有限的邏輯。某種意義上,你可以把現有的區塊鏈網路當做一個極度封閉的網路。不論是比特幣還是以太坊,其所依賴的全節點物理硬體裝置有巨大的侷限性,也必然制約了以太坊網路的處理能力。如果你把以太坊當做一個微型的cloud, 那麼這是一個全域性一致性但是處理能力非常有侷限性的雲服務。

Filecoin 是第一次打破了區塊鏈世界和物理世界的隔閡,透過時空證明,連結了大量的高階伺服器和硬體資源,也打破了區塊鏈世界的內迴圈。FileStar 文曲星 將在Filecoin的基礎上,更進一步,不同於Filecoin 只激勵大家構建分散式儲存的基礎設施,FileStar 文曲星 將致力於同時構建分散式儲存,可驗證計算 和可度量頻寬的基礎設施,致力於未來服務於所有區塊鏈的專案,例如未來大量以太坊的 Rollup 的證明工作可以在FileStar 網路上進行驗證。FileStar專案將在Filecoin的基礎上進一步迭代,透過不斷的技術創新,構建Web3.0 的物理基礎設施。

我們認為區塊鏈本身只是提供了一套分散式的清結算協議,如果上面只能清結算由社羣弱信用所發行的各種 Token,那麼區塊鏈的價值會大打折扣。FileStar 專案將致力於連結 鏈下的物理世界,不同於預言機只能連結簡單的價格資訊,並提供到鏈上,FileStar 文曲星 將致力於連結網際網路上真實的 計算、儲存、頻寬資源,並形成統一的資源 度量衡和資源表示方法,將這些資源遷移到區塊鏈世界,來構建未來分散式網際網路的物理基礎設施。

專案背景

2020 年 10 月 15 日,Filecoin 主網在 148888 高度啟用,宣告了行業內最受矚目的去中心化儲存網路的正式上線。Filecoin 提出了一套儲存證明機制,透過複製證明(PoRep)、時空證明(PoST)等一系列技術創新,首次實現了現實世界鏈下儲存資源的度量和鏈上表示。在這一技術基礎上,Filecoin 透過一套經濟激勵機制吸引了大批擁有高階伺服器的礦工加入網路,在一定程度上整合了大量高效能的計算、儲存和頻寬資源。Filecoin 協議背後蘊藏的核心理念為未來區塊鏈+網際網路基礎設施的發展方向提供了重要參考,是行業內具有里程碑意義的創新。

然而,在 Filecoin 協議創新的背後, Filecoin 專案在實現上仍留有一定遺憾,有可能會阻礙這個新型去中心化儲存網路的進一步發展:

不同於 Filecoin “去中心化”儲存的理念,Filecoin 專案的開發和管理模式偏向“中心化”,開發團隊在主網上線前仍在對共識機制、關鍵特性和經濟模型進行修改,在一定程度上影響了網路的穩定性;

FIL 代幣的分配和釋放規對礦工較不友好,在主網上線之初,礦工只能高價從市場上買入 FIL 代幣才能繼續維持挖礦的開銷,因此才會有目前主網一上線礦工就大規模“停擺”的現象,這顯然不利於對基礎設施提供者(即礦工)的長期激勵;除礦工外,生態中其他的參與者未獲得足夠激勵,參與維護網路發展的意願不強;

參與 Filecoin 挖礦的門檻較高,需要擁有大量的前置抵押代幣,併購買帶有 AMD 高階處理器的礦機,這些都阻礙了更多小礦工和大批 Intel 礦機的加入;

Filecoin 網路本身的架構和技術選型導致實際的鏈上處理能力(TPS)比較有限,在網路擁堵時甚至無法處理有效儲存的證明上鍊,也無法進行正常轉賬,這在很大程度上限制了 Filecoin 網路規模的進一步擴大;

Filecoin 網路中儲存的資料的可用性比較有限,只能儲存一些使用頻率極低的“冷資料”,而對於需要隨時存取的“熱資料”,Filecoin 網路基本不可用;

此外,Filecoin 官方推出的挖礦軟體在封裝效率上仍有較大最佳化空間,這從某種意義上說是對現實世界儲存、計算以及頻寬資源的浪費,無法實現對資源的高效利用。

因此,Filecoin 到真正成為可用的去中心化儲存基礎設施還有很長的路要走。另一方面,儲存始終只是網際網路基礎設施中的一部分,未來分散式網際網路需要一套更加完整的激勵協議,激勵礦工貢獻包括儲存,計算和頻寬在內的更多資源。

FileStar 專案願景

FileStar 希望成為 web3(未來網際網路)的基礎設施,構建基於 IPFS 協議的分散式儲存、計算和頻寬激勵網路,整合全世界網際網路基礎設施資源,並實現資源的最最佳化利用。這與只專注於儲存的 Filecoin 有本質區別。

與 Filecoin 的主要區別

FileStar 實現了一套更加合理的分散式儲存激勵機制,並將逐漸從分散式儲存進化為分散式網際網路的激勵層,實現更加精細化的激勵,實現計算、頻寬和儲存資源的最最佳化利用。FileStar 的優勢主要表現在

更低的挖礦門檻,網路啟動初期取消前置抵押,取消 SHA256 演算法對 AMD 礦機的依賴,激勵更多礦工對整個網路貢獻網路基礎設施資源;

更高的可擴充套件性,透過修改 WindowPoST 的抽查邏輯,引入遞迴儲存證明技術等,全方位提高鏈上訊息處理的能力,提高 TPS;

高效的挖礦軟體,全面提升現有 Filecoin 挖礦軟體的效能,提高網路的整體封裝效率;

資料的高可用性,可用於儲存“熱資料”和“溫資料”,使用者可以快速讀取已儲存的資料;

多方參與的去中心化治理機制,採用社羣化的開發和管理模式,開發者、礦工和生態中其他參與者將共同決定網路發展方向;

合理的代幣分配,無預挖、無募資,絕大部分代幣將全部由挖礦產出,同時對生態中所有參與者進行精細化的長期激勵,確保生態長期健康發展;

FileStar 將繼承 Filecoin 主網的有效儲存,激勵 Filecoin 礦工共同維護 FileStar 網路。

FileStar 的技術改進和創新

作為基於 IPFS 協議的分散式網際網路激勵網路的第一步,FileStar 提出了多項技術改進和創新。

取消前置抵押

根據 Filecoin 的經濟模型,前置抵押指的是礦工在封裝每一個sector並生成有效算力時必須抵押一定數量的代幣,直到sector生命週期結束後再返還給礦工的一種安全機制。其設計初衷是鼓勵礦工長時間儲存資料,保證資料的可用性。

然而,目前 Filecoin 網路中前置抵押的設計並不合理:一方面,前置抵押的數量相對較大,在當前網路算力增速下,礦工如果進行抵押極有可能入不敷出,無法持續維護整個網路;另一方面,目前網路中封裝的大部分 sector 都是所謂的“垃圾 sector”,並沒有多少包含有效資料的“訂單 sector”,而透過前置抵押保證這些垃圾資料的可用性沒有任何實際意義。前置抵押是造成目前礦工停擺的最主要原因。

實際上,為了保證資料的安全性,Filecoin 還設計了後置抵押,即所有挖礦獎勵只有在礦工持續儲存資料的情況下才能逐步解鎖,資料的安全性和可用性上已經得到了較大保證。

因此,FileStar 將全面取消 Filecoin 現有的前置抵押,保留獎勵的後置抵押,並對 sector 的抵押規則做出如下改進,進一步保障安全性。

首先,FileStar 允許垃圾sector擁有更短的生命週期。垃圾sector的主要意義在於證明網路中存在對應可用的有效儲存空間。目前 Filecoin 網路中任何sector的生命週期至少為一年,但實際上長期儲存垃圾資料是一種資源浪費。FileStar 網路中未儲存有效資料的垃圾sector將支援較短的生命週期,避免儲存資源長期被垃圾資料佔用。

其次,FIleStar 的訂單sector需要抵押儲存費用。訂單 sector 中儲存了使用者的有效資料,透過抵押使用者支付的儲存費用,將鼓勵礦工優先儲存訂單 sector,並保證其資料可用性。

取消前置抵押將使礦工可以隨時加入網路進行挖礦,並持續貢獻算力,共同維護網路的安全性。

新雜湊演算法

Filecoin 中採用的 SHA256 演算法嚴重依賴於 AMD 處理器的指令集最佳化,而大量未支援相關指令集最佳化的 Intel 礦機處於較大劣勢,基本無法參與挖礦。這一選擇極大地打擊了 Intel 礦工的積極性,同時也為 Filecoin 網路未來的發展帶來極大的侷限性。

FileStar 的目標是成為未來網際網路基礎設施的激勵層,必然需要激勵更加多樣化的硬體加入到網路中。因此,需要在保證安全性的前提下,使得基於 x86 體系的礦機挖礦效能處於同一水平,鼓勵多樣性。目前 FileStar 正在驗證雜湊演算法包括 SHA512,Poseidon,Pederson 和 Blake2s等,FileStar 將在不同平臺上評估這些雜湊演算法的安全性和實際效能,並從中選擇最合適的演算法,以支援 Intel 礦機或其他高效能礦機。

遞迴零知識證明技術

複製證明(PoRep)是 Filecoin 儲存證明的重要組成部分,結合零知識證明,PoRep 可以把儲存資源量化並在鏈上生成對應的證明。在 Filecoin 的 PoRep 證明機制中,礦工每封裝一個 sector,都需要向網路中提交兩個證明,對應的訊息分別為 PreCommitSector 以及 ProveCommitSector。實際上,在現有的 Filecoin 網路中,絕大多數的鏈上訊息都是在提交這兩種證明。但 Filecoin 網路的鏈上訊息處理能力(TPS)非常有限,當網路發生擁堵時,大量的證明訊息將佔用絕大多數鏈上資源,而普通的訊息將無法被打包。這同時也導致了大礦工”自私挖礦“行為,小礦工的證明訊息基本無法上鍊。

FileStar 提出了一種遞迴零知識證明(Recursive ZK-SNARK)技術以解決上述 TPS 瓶頸問題和訊息上鍊的問題。

Recursive ZK-SNARK的基本原理是把礦工在一定時間內產生的若干 sector 的證明,進行鏈下證明,組成 Merkle 樹,並生成一個聚合證明,最終只需要向網路中提交一次證明即可同時完成多個sector的證明上鍊過程。這樣一來,每個礦工需要提交的證明訊息將會明顯減少,從而提高 TPS,實現網路擴容。不僅如此,透過調節證明聚合的程度,還可以對網路的訊息處理能力實現調節,適應未來 FileStar 網路不同發展階段的需求。

WindowPoST + VRF 機制

在完成 PoRep 後,礦工需要提供時空證明(PoST),證明對資料進行了持續儲存。Filecoin 中礦工封裝的每個 sector 每天都會被抽查,礦工需要正確提交 WindowPoST 證明,否則其抵押的 FIL 將被罰沒。對於存力較大的的礦工來說,每天提交的證明數量非常大,而且隨著網路的進一步發展,網路中需要提交的 WindowPoST 也會越來越多,最終可能也會造成網路的擁堵,降低網路對普通訊息的處理能力。

FileStar 在 WindowPoST 的抽查機制中引入了隨機抽查機制,使得每個礦工需要提交 WindowPoST 證明的頻率大大降低,而不需要每天對算力都提交多次證明。普通的隨機抽查函式有可能被預測,從而影響網路的安全性,因為礦工如果能確定自己被抽查的時間,就存在作弊的可能。FileStar 採用了可驗證隨機函式(Verifiable Random Function,VRF)來進一步提升隨機抽查的安全性。

高效的挖礦軟體

FileStar 還將對現有開源的挖礦軟體進行最佳化,全面提升礦機的挖礦效率,最大化利用礦機計算資源和儲存資源。最佳化主要集中在任務排程模組和零知識證明模組。

任務排程最佳化。在其他軟硬體條件相同的情況下,不同的任務排程策略將直接影響礦機的封裝效率。Filecoin 目前的挖礦軟體在任務排程上有諸多缺陷,在很大程度上影響了網路有效儲存的增長。FileStar將釋出帶有任務排程最佳化的挖礦軟體,提升礦機的挖礦效率。

零知識證明最佳化。Filecoin 中無論是 PoRep 還是 PoST 都大量採用了零知識證明演算法,但零知識證明的生成過程仍有較大的最佳化空間。FileStar 的挖礦軟體將在零知識證明生成效率上進行大幅最佳化,併發布給所有礦工使用。

結合以上兩點最佳化,FileStar 的全網挖礦效率會比現有 Filecoin 網路有明顯的提升,這意味著在投入的相同硬體的情況下,FileStar 將逐漸成為最大的分散式儲存網路。

Filecoin 算力對映

Filecoin 主網有近 600 PB 有效算力,並且仍在快速增長。參與 Filecoin 挖礦的礦工是第一批去中心化儲存的基礎設施貢獻者,也將是未來 web3 基礎設施的中流砥柱。FileStar 在上線初期將會對所有 Filecoin 上的有效算力的權益進行一定對映,礦工如果參與 FileStar 挖礦,將有可能獲得與 Filecoin 主網算力匹配的獎勵,具體對映規則將在 FileStar 主網上線時公佈。

去中心化治理機制

FileStar 開發團隊負責維護 FileStar 專案,但整個專案的開發和管理將採用社羣化模式。在 FileStar 社羣中,任何人都可以提交程式碼,同時需要提交完整的測試程式碼。所有新提交的程式碼在經過充分測試後才會合併到測試網路,並在穩定執行一段時間後再上線主網,從而保證主網的安全性和穩定性。

FileStar 專案充分尊重生態中所有社羣參與者的意見,每一個新特性的開發和上線,都需要透過社羣成員的投票決定。FileStar 生態中的開發者、礦工以及普通使用者都可以參與投票,共同決定網路的發展方向。

代幣經濟模型

FileStar 協議中原生的代幣為 STAR,主要用於支付訊息手續費和儲存費用,礦工參與挖礦可以獲得 STAR 挖礦獎勵和手續費獎勵。為了吸引礦工貢獻儲存、計算和頻寬等資源,同時激勵更多生態參與者的加入,FileStar 設計了更加精細化的代幣激勵模型。

STAR 代幣總量為 2,000,000,000 STAR,不對外募資,團隊無預挖,代幣的分配規則如下(具體分配細節可能會在主網上線時進行微調,以主網上線時為準):

70 % 由挖礦產生,產量逐天減少,每6年產量減半

30 % 用於激勵提供儲存資源的礦工

15 % 用於激勵提供計算資源的礦工

15 % 用於激勵提供頻寬資源的礦工

10 % 用於激勵提供其他有價值計算的礦工,包括零知識證明服務,AI,大資料等各類有價值的計算,由社羣共同投票決定

30 % 用於對生態中其他參與者的長期激勵

15 % 分配給 FileStar 基金會,5年解鎖,用於專案的長期維護和迭代升級

7 % 分配給社羣開發者

5 % 分配給FileStar生態中企業和應用,5年解鎖

1 % 分配給媒體

1 % 分配給支援 FileStar 的交易所和錢包

1 % 用於處理法律關係,確保專案遵守當地法律法規

專案釋出計劃

2020年10月20日 釋出白皮書初稿

2020年10月30日 釋出Filestar 第一版程式碼,實現基於filecoin的改進,免抵押,並修復filecoin多個bug

2021年2月30日 實現白皮書中的大部分內容,包括新的封裝Hash演算法,遞迴零知識證明實現鏈下訊息聚合提高全網TPS 和 引入隨機抽查 Window PoST+VRF 等

2021年8月30日 推出可驗證計算網路,激勵Filestar 的部分礦工,轉向可驗證計算網路

2021年12月30日 推出可度量頻寬網路,激勵Filestar的部分礦工, 轉向可度量頻寬網路

未來工作

實現分散式儲存的激勵網路是 FileStar 第一階段的目標,其目的在於吸引一批高質量的伺服器,提供豐富的儲存,頻寬和計算資源。在第一階段網路穩定後,FileStar 將提供更加豐富的激勵機制,激勵 web3 基礎設施的搭建。方向包括:

提出計算資源、頻寬資源證明機制,進一步吸引不同的基礎資源提供者,實現分散式計算網路和分散式頻寬網路;

激勵網路中的計算資源為其他節點提供零知識證明計算服務;

為網路中其他節點提供可驗證計算服務。

總結

FileStar 在 Filecoin 核心創新的基礎上,實現了一套更好的分散式儲存網路激勵層:透過取消前置抵押、採用新雜湊函式等改進,全面降低了礦工參與挖礦的門檻;結合遞迴零知識證明,PoST+VRF 等技術創新,解決了TPS和訊息上鍊問題,極大的提搞了FileStar網路的可擴充套件性;對挖礦軟體的最佳化使挖礦效率顯著提升,提高了網路中硬體資源的利用效率。

FileStar 採用了更加公平的代幣分發規則以及去中心化社羣治理,極大地提升了協議的公平性,有助於專案的長遠發展,並最終實現基於 IPFS 協議的分散式儲存、計算和頻寬激勵網路,成為未來 web3 基礎設施的重要組成部分。

不同於Filecoin 只激勵大家提供分散式儲存,FileStar 將在分散式儲存的基礎上,激勵大家提供可驗證的計算和可度量的頻寬資源,並最終和Filecoin 形成巨大的差異化。我們相信隨著區塊鏈行業的整體發展和Filestar團隊的全力開發,一個分散式網際網路的世界正在我們眼前慢慢展開。

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