Filecoin共识机制、币分发机制和激励机制

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Filecoin共识机制

对共识机制的探索，Filecoin无疑更具有前瞻性和突破性。Filecoin创新的采用了一种混合共识机制——复制证明（PoRep）+时空证明（PoSt）+ 预期共识(EC)，其中复制证明是共识机制中的核心因素，尽管Filecoin的网络协议、共识、其他算法都基本定型，但是复制证明仍然处于不断完善的方案中。

复制证明（PoRep）是一个交互式证明系统。在这个系统中，存储的提供者需要提供可公开验证的证明，来表明其为一个数据文件副本分配了独有的空间资源，而且所存储的数据是可检索的。

复制证明是新的 PoS存储证明（Proof-of-Storage），PoRep必须能够防范以下三种常见的攻击方式：女巫攻击，外源攻击和生成攻击，他们的共同特点是攻击矿工实际存储的数据大小要比声称存储的数据小，这样攻击矿工就能获得本不该他获得的报酬。

女巫攻击（Sybil Attack）：利用n个身份，承诺存储n份数据D，而实际上存储小于n份（比如1份），但是却提供了n份存储证明，攻击成功。

外部数据源攻击（Outsourcing Attack）：当攻击者矿工收到检验者要求提供数据D的证明的时候，攻击者矿工从别的矿工那里生成证明，证明自己一直存储了数据D，而实际上没有存储，攻击成功。

生成攻击（Generation Attack）：攻击者A可以使用某种方式生成数据D，当检验者验证的时候，攻击者A就可以重新生成数据D来完成存储证明，攻击成功。

防范生成攻击比较困难，所有的PoS协议都会遇到这样的问题，如何保证矿工真正的存储了这些数据，PoRep需要解决这个问题。

因此，Filecoin协议采用一种叫做 RepGame 的游戏来一起解决这三种攻击方式，PoRes还在此基础上引入了时限性（Time Bounded），PoRes协议的实现可能有很多种方式，不管哪种实现方式都必须能够防止上面的三种攻击方式，并且要能够通过RepGame游戏的测试。

时空证明（PoSt)提出了证明链（proof-chain）的数据结构，证明链把一些的挑战（challenge）和证明（proof）链接起来形成。在证明链的基础上添加上时间段，这样就得到了一段时间内的矿工存储数据的证明，这就是时空证明（Proof of Spacetime，PoSt）。

PoSt可以证明在该段时间内矿工存储了特定的数据，并且利用时间戳锚定这些证明链，这样即使验证者（verifier）不在线，也可以在未来的某个时间内利用时空证明去验证该矿工生成了证明链，PoSt会被提交到链上用来产生新的Block。

新的区块，矿工赢得选举的可能性跟矿工当前的有效存储（算力）成正比。Filecoin把矿工在网络中的当前存储数据相对于整个网络的存储比例转化为矿工投票权（voting power of the miner）。

无论在该周期里，选举出来的是一名还是多名矿工，被选举出来的矿工都需要创建新的区块，并把新的区块对网络进行广播。

尽管链中的区块是线性的，但是Filecoin的区块数据结构采用的DAG（有向无环图），可以在同一时间产生多个区块（所以Filecoin的交易要比BTC的有效的多，这也是为什么把Filecoin叫做“可能的blockchain 3.0”的原因）。

Filecoin首创的混合共识机制，从根本上定义了Filecoin是一个合理高效、去中心化的系统，并体现出Filecoin的公平性、保密性和公开可验证性。

Filecoin币分发机制

Filecoin项目本身具备一条公链的元素，其发行的Token就叫FileCoin，符号是：FIL，代币总量为20亿枚，其分配方案如下：

矿工：70%（即14亿枚），通过区块奖励的方式线性释放，每6年减半；

团队：15%（即3亿枚），作为协议实验室团队的研发及运营费用，按6年线性释放；

投资人：10%（即2亿枚），分配给参与私募与公募的投资者，按6-36个月线性释放；

基金会：5%（即1亿枚），作为长期社区建设，网络管理等费用，按6年线性释放；

我们都知道，比特币是每4年减半的机制（每生成210000个区块，产量建减半一次），而Filecoin则是线性递减释放的机制，每6年刚好产量减半，这能够保障Filecoin数量和价格的平滑过渡，这是经过精密的思考和设计所确定的非常具有诚意以及合理性的代币分发机制。

Filecoin激励机制

Filecoin存储矿工根据其存储能力获得块奖励。存储能力是Filecoin存储矿工为网络提供多少有用存储的度量。从较高的层次上讲，矿工通过接受客户的文件，公开承诺将其存储一段时间并反复证明它们实际上正在随时间存储来获得存储能力。

从经济上讲，您可以在像比特币这样的工作量证明区块链中考虑像哈希这样的存储能力。一名矿工得的奖励与它的存储能力成比例，而不是所有矿工提供的总存储能力。

例如，一个矿工在网络总大小为100 PB情况下维持1 PB的存储能力，将平均赢得一段时间的区块奖励的百分之一。

Filecoin客户端和存储矿工在动态系统中运行。在任何给定时间，存储需求都不可能与供应完全匹配。早期的Filecoin构建迫使存储矿工在两个错误的选项之间进行选择：等待客户端交易到来（这意味着矿工的硬件将处于闲置状态），或者存储无用的数据以寻求块奖励（这降低了网络存储有用数据的能力）。Filecoin引入了几种机制，以确保存储客户数据的矿工也能最大化他们获得的代币。

承诺容量

当矿工发现自己没有要存储的客户数据时，由于Filecoin的承诺容量扇区（已验证但空的扇区）表明她无需为硬件存储闲置，这表明该矿工已准备好为客户提供存储。承诺的容量扇区可验证矿机是否具有可用于客户端数据的空间，但可以随时升级以存储客户端数据。这种机制减轻了矿工在块奖励和客户数据之间进行选择的需要-她可以立即存储已承诺的容量部门以开始获得块奖励，然后随时升级它们以存储客户数据以换取交易费用。

验证数据集

承诺的容量部门可以提高矿工存储客户数据的动机，但不能完全解决问题。存储真实的客户端文件会为存储矿工增加一些操作开销。在某些情况下，例如，如果矿工对区块的价值奖励超过交易费用，那么矿工可能仍会选择完全忽略客户数据，而只是存储自己生成的数据以尽快提高其存储能力奖励。这将使Filecoin的使用率降低，并限制客户端在网络上存储数据的能力。

Filecoin通过引入验证数据的概念来解决此问题。

与没有数据的部门相比，具有经过验证的数据的部门将获得更多的存储能力，从而获得更多的块奖励。这为存储矿工提供了额外的动力来存储客户数据。

验证数据是由验证客户存储的数据，这些客户又由分散的验证者网络验证。验证并不意味着稀缺，对于具有真实数据的任何人来说，获取它都非常容易将其存储在Filecoin上。即使验证者可以随意分配已验证的数据以简化注册过程，但总体效果应是显着增加Filecoin上存储的有用数据的比例。

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编译者/作者：IPFS云韬星链

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