1. Lotus整體模組
簡單的說，Lotus/Filecoin專案由三部分組成：
1/ Lotus Blockchain部分 - 實現區塊鏈相關邏輯（共識演算法，P2P，區塊管理，虛擬機器等等）。注意的是，Lotus的區塊鏈相關的資料儲存在IPFS之上。go語言實現。
2/ RUST-FIL-PROOF部分 - 實現Sector的儲存以及證明電路。也就是FPS（Filecoin Proving Subsystem）。Rust語言實現。
3/ Bellman部分 - 零知識證明(zk-SNARK)的證明系統，主要是基於BLS12_381橢圓曲線上，實現了Groth26的零知識證明系統。Lotus官方推薦採用Nvidia的2080ti顯示卡，也主要做這部分的效能加速。Rust語言實現。
這篇文章，主要介紹第二部分（也就是Sector的儲存以及證明）的核心邏輯。
2. Stacked DRG
解釋具體的邏輯之前，介紹一下兩個基本術語：一個是Stacked DRG，一個是Sector。Sector相對比較簡單，就是一次資料處理的單位。知道硬碟結構的小夥伴都知道，硬碟的最小的儲存單元就叫“Sector”。Lotus採用的Sector的比較大，目前測試網路採用的是32G。
Stacked DRG是Sector資料處理的演算法。對儲存資料進一定的處理，並進行相應的證明是為了說明儲存服務方，確實如實地儲存了一些資料，而不是造假（攻擊）。Filecoin很早之前採用的是“Zig Zag DRG”演算法。可能因為太複雜（太慢），Lotus採用的是“簡化”的Stacked DRG演算法。兩種演算法的區別示意如下：
有兩點需要說明：
1/ Stacked DRG的每個節點以及每層之間不採用Zig Zag的依賴關係。也就是說，每個節點和其他節點的依賴關係是固定的。
2/ 在每層(Layer)之間增加節點的依賴關係。
3. Sector處理(Precommit)過程
Sector處理，也就是傳說中的precommit階段，主要由如下的資料處理組成：
a. 針對原始資料構造默克爾樹tree_d(sha256)，樹根為comm_d。
b. Label & Encode計算：
原始資料，每32個位元組，稱為一個Node。每128M分為一個Window。32G的Sector有256個Window。每個Window，按照Stacked DRG演算法，生成4個layer的資料。從上一個Layer，透過Encode計算生成下一個Layer的資料。Encode計算，目前就是模加操作。將Window的編號和Stacked DRG的節點關係透過sha256演算法，生成“key”。將Key和原始資料進行模加生成Encode計算的結果。
c. Layer4的生成資料，構造默克爾樹tree_q(pedersen)，樹根為comm_q。Layer4的生成資料，再經過一層exp的依賴關係，構造默克爾樹tree_r_last（pedersen），樹根為comm_r_last。
d. Column Hash計算
Layer4的256個Window的資料中，同一位置上的Node，拼接在一起，hash後生成Column Hash的結果。注意，Column Hash的計算結果只有一個Window大小。針對Column Hash的計算結果，構造默克爾樹tree_c，樹根為comm_c。
需要上鍊的資料是以上所有的默克爾樹的樹根：comm_d以及comm_r。其中comm_r是(comm_c|comm_q|comm_r_last)的pedersen hash的結果 。
核心程式碼在rust-fil-proofs/storage-proofs/src/stacked/proof.rs的transform_and_replicate_layers函式中。感興趣的小夥伴，可以根據下面的呼叫關係檢視具體的程式碼。
4. Sector證明(Commit)過程
在Sector處理後，需要對處理後的資料進行“證明”，畢竟不能把所有處理後的資料全部提交到區塊鏈上。Lotus使用Bellman的零知識證明庫，採用Groth26演算法進行資料處理的證明。
RUST-FIL-PROOF（FPS）實現了StackedCompound，專門用來實現Stacked DRG的資料處理證明。StackedCompound，將兩部分整合在一起，一部分是電路（Stacked Circuit），另一部分是Stacked Drg，實現電路資料的準備。這些部分又分成一個個的子功能（Window，Wrapper，ReplicaColumn等等）。在呼叫Bellman生成證明時，相應電路的synthesize介面就會被呼叫，從而完成整個電路生成R1CS的過程。
話說，Lotus的Sector的資料證明證明了什麼呢？Lotus的資料證明了如下的事實：
1/ 結合鏈上生成的隨機數，隨機挑選50個處理後資料Node，也就是在replica（複製資料）中，隨機挑選50個Node資料。
2/ 證明這些資料是從原始資料一步步處理生成的。而且，能構造出之前處理過程中生成的4個默克爾樹的樹根。
3/ 重複步驟1和2，10次。
步驟1/2的證明，如下圖所示：
簡單的說，從鏈上獲取了隨機資訊後（和區塊高度有關），隨機選擇了500個處理後的Node資料，並證明這些資料是透過Stacked DRG演算法從原始資料計算而來。並且，這些資料能構成之前遞交到鏈上的四個默克爾樹的樹根。
Lotus的電路邏輯比較複雜，電路規模達到了1億。證明生成的時間也非常長。
5. Sector證明鏈上驗證
提交到鏈上的資料包括：comm_d，comm_r以及proof證明資料。鏈上的miner智慧合約會驗證提交的證明是否正確：
func ValidatePoRep(ctx context.Context, maddr address.Address, ssize uint64, commD, commR, ticket, proof, seed []byte, sectorID uint64) (bool, ActorError)
具體的程式碼在lotus/chain/actors/actor_miner.go檔案。其中ticket和seed就是鏈上提供的隨機資訊。驗證過程就是RUST-FIL-PROOF模組呼叫Bellman驗證零知識證明是否正確。驗證過程比較快，毫秒級的計算。相對來說，儲存證明的生成過程時間比較長，有比較大的提升空間。
總結：
Lotus（蓮花），採用Stacked DRG演算法對儲存的資料進行處理，並採用Groth26零知識證明演算法對資料處理過程進行證明。Lotus的零知識證明，證明了隨機抽選的500個節點資料是正確地透過Stacked DRG演算法生成，並能生成指定的默克爾樹的樹根。Lotus的電路邏輯比較複雜，電路規模達到了1億，證明生成時間比較長。整個計算效能有很大的提升空間。
