Filecoin網路中共識機制的探索之路

在區塊鏈技術誕生以來,共識機制就是區塊鏈技術的核心,目前,所有的區塊鏈專案都要圍繞這個來運作,這是由區塊鏈本身的技術特點決定的。Filecoin同樣作為區塊鏈技術搭建的專案,自然也繞不開共識機制。

與工作量證明機制(PoW)不同,工作量證明機制中,大量算力只能用於維護網路安全,而不能產生其他對網路的貢獻。Filecoin系統中,礦工需要時刻生成時空證明,我們也能利用時空證明,統計各個礦工對全網的貢獻度,進而以此設計共識機制。他的共識機制稱為期望共識(EC),而Filecoin區塊鏈實際上不是絕對意義上的鏈,而是DAG。其期望是,從數學角度來看,最佳狀態是每個時刻Filecoin只會產生一個區塊。當然也可能產生多個或者沒有。因此,在主鏈周圍會分佈一些小分支,不過他們都是賬本的一部分。下面我們來詳細說明。

目前傳統的共識機制如比特幣消耗大量的能源,但除了維護區塊鏈系統安全之外並沒有更多的作用,這一點飽受詬病。Filecoin則試圖探索出一個更合理的共識機制,在確保安全、環保的同時併發揮更大的價值。在這之前並不是沒有其他的區塊鏈試圖探索出其他道路,如將PoW機制中驗證先導零的工作改為發現新的素數,以太坊要求礦工在執行工作量證明同時執行指令碼程式。這些都是很有價值的改進,但仍存在巨大的能源浪費。

Filecoin給出的解決方案是根據它當前已用儲存空間佔全網儲存空間比值決定的,被稱為期望共識。如此一來,礦工更願意投資在更大的儲存空間,而不是更大的計算力上。礦工提供儲存空間,同時礦工之間相互競爭更大的儲存空間,這對於維護Filecoin DSN是有利的。

對於Filecoin來說,共識機制需要解決三個問題:

1、計算礦工儲存算力。

2、確定每個礦工的時空證明。

3、執行EC共識機制。

儲存算力:Filecoin定義挖礦儲存算力模型,主要考慮

1、儲存算力計算透明。每個礦工的儲存算力和全網總儲存算力是公開的,任何時候都能透過區塊鏈訂單簿檢視,這是完全公開的。

2、可靈驗性。礦工在特定時間段內需要生成儲存證明,因此透過驗證區塊鏈的儲存證明,任何節點都能驗證儲存算力計算是否合法。

3、靈活性。任何時候礦工都可以很容易的提交報價單增加新的儲存空間,以接受更多的訂單來增加自己的儲存算力。

雖然PoW也同樣滿足以上3個特點,但是EC機制相比於PoW機制在透明性上表現更好。

時空證明容量:每隔一定的區塊高度,礦工需要提交一次儲存證明,一次時空證明成功提交需要網路大部分儲存算力驗證合法性。每一個新區塊生成,都會更新當前分配表,而計算時空證明容量,只需要查詢並驗證記錄即可。具體有兩種方式。

1、全節點驗證。全節點驗證會儲存完整區塊鏈日誌,進行全節點驗證需要區塊到當前回溯一次,再參考此時的分配表。

2、簡易儲存驗證。一部分礦工並不會儲存完整的區塊資料,這些礦工或者節點被稱作輕節點。具體驗證請看下圖。

EC共識機制:Filecoin記賬節點採用類似於權益證明的方式,那些提供更大有效的儲存的節點會有更大的概率贏得競選,同時獲得下一個區塊的記賬權,這一共識機制被稱作為期望共識。礦工們需要持續生成時空證明以確保它們儲存檔案的備份,每一個儲存證明同時產生下一個區塊的選票。EC共識機制有三個特性。

1、公平性。每位參與者在每次選舉時都只有一次機會,最終成功率與其儲存算力佔比基本一致。在期望上,儲存算力與成功率大小是對等的,對網路貢獻越多的節點,越有可能當選為記賬礦工。

2、不可偽造。驗證資訊有礦工私鑰簽名,其他人無法偽造。

3、可驗證性。被選舉出的領導節點的時空證明會提交給其他節點驗證,確保簽名都一致,儲存證明一致,並滿足區塊產生條件。這一過程任何人都能夠簡單的進行驗證。

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