金色觀察 | 證明系統讓Filecoin與眾不同_FILE

文章來源于Filecoin項目博客，講述Filecoin系統中支持共識出塊的證明是如何計劃和設計的。Filecoin是存儲網絡和激勵，激勵獲取需要提供存儲能力和計算能力，所以要給節點礦工符合邏輯和安全的設計，才會出現證明系統。

就像其他大型技術創新一樣，區塊鏈是我們已經使用和信任數十年的幾種成熟技術的結合。“共識機制”自1970年開始研究并在1990年代發展起來，本是一種與垃圾郵件作斗爭的工具，它使分布式系統中的用戶可以達成協議。

區塊鏈使用不同的系統來保持共識。例如，比特幣的工作量證明共識機制要求礦工相互競爭，以解決計算量大的數學問題，以便驗證兩個交換比特幣的人之間的付款。解決這些問題需要大量的電力。這就是為什么您聽到有關比特幣網絡每年使用的電力比整個瑞士都要多的原因。

Filecoin建立在空間證明的變體上。它也與權益證明有關，因為權益不是以Token作為抵押，而是以經證明的存儲形式確定，確定了礦工開采區塊的概率。在構建去中心化存儲網絡時，我們著手構建證明結構，在該結構中，通過產生的社會性操作來達成數據存儲的共識。隨著testnet的推出，我們將推出一套新的基于存儲的證明系統，以達到去中心化的共識。

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2017年宣布Filecoin時，我們開始著手創建一個基于強大的分散市場的去中心化存儲網絡。為了形成這個市場，分化市場功能并激勵早期礦工參與，我們創建了一個加密代幣，這是Filecoin共識的副產品。該Token是在有效的工作基礎上生成的，即有效的復制證明和時空證明。

PL的Juan Benet在最近對Zero Knowledge播客的一次采訪中分享了Filecoin證明構建的歷史。以下是該采訪的節選：

Filecoin以多種不同方式推動了區塊鏈的前沿進步。復制證明最終是一個證明系統，用于驗證存儲礦工是否確實擁有他們正在存儲的內容且沒有作弊。在這些系統中，這是一個非常棘手的問題：如何向網絡證明您確實在存儲某些東西，而不是撒謊？

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Filecoin也在嘗試解決其他有趣的問題，包括更高吞吐量的共識以及Filecoin使用的互操作性以及內容可尋址的鏈式數據結構。但是，歸根結底，這是要利用地球上所有未使用的存儲并進行組織激勵，以建立最大，最強大的計算存儲網絡并降低該存儲的價格。

Filecoin的復制證明既是存儲證明，又是空間證明，兩者有細微的差異（稍后說明）。在Filecoin中，數據單位存儲在所謂的扇區中。您可以通過緩慢的編碼過程將特定數據密封在磁盤上的某個扇區中，然后將其證明提交給區塊鏈。蓋章是花費在該特定證明上的大量工作。為了無法偽造這樣的證明，必須使用客戶端存儲在Filecoin上的原始數據才能完成特定工作，這與比特幣工作量證明中的數字哈希不同。

證明系統是一種加密協議，其中有一個證明者和一個驗證者，證明者將向驗證者證明某些內容。例如，在工作量證明中，證明者已經完成了一些工作，或者花費了一些計算周期。典型的例子是比特幣哈希。另一個示例是可驗證延遲功能（VDF），可以證明我已經按順序付出了一定數量的計算，表示我已經等待了一定時間。

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存儲證明是簡單的證明系統，可以證明我擁有一些數據。數據所有權證明的一個例子是：我可以向您證明我有數據X，或者不透露數據X，或者如果數據有多少GB，則更為簡潔。然后是可檢索性證明，我不僅要證明我有X，也可以使用這些證明來重建X。

空間證明是另一種類型的組，在這些組中，我可以向您保證我要花費一定數量的存儲空間。如果我承諾存儲1 GB，并且生成一個隨機GB，那么可以向您證明我正在存儲該隨機GB，而不存儲其他東西。這樣就可以將存儲空間用作工作量證明。

有趣的部分是將空間證明與普通的數據所有權證明相結合，在此我希望X有用，而不僅僅是隨機字符串。困難的部分是創建空間證明，該證明也用于存儲有用的數據。這就是復制證明作為Filecoin網絡的加密協議中的基礎原語。

發明了其他存儲證明系統來創建更好的信任的云服務，因為它們可以向您證明它們正在備份您的數據，但是它們在信任是契約性的常規集中式云環境中完全沒有使用。

而現在，他們正在整個下放空間中使用，因為這是我們使用的激勵結構，以保證東西不具法律效力的協議。我們還使用SNARK來證明一些實際的復制證明，這些證明會產生大量輸出。我們想對這些復制證明進行很多挑戰，但是要匯總它們，以便它們可以以非常小巧的方式進入鏈中。

金色財經現場報道 Coinbase CTO：第三波入場的投資者將來自小額支付:金色財經現場報道，今日在Coindesk 2018共識會議上，Coinbase的CTO Balaji Srinivasan稱：“目前像微軟這樣的公司正在密切關注加密行業。當VR達到了iPhone目前的狀態，自然的交易形式將變為加密貨幣，但我們必須首先建設基礎設施。如果Twitter將世界變成出版商，那么區塊鏈將世界變成投資者。目前有三種類型的投資者入場，投資者數量正在迅速增加。第一波組是數字黃金，第二波是智能合約，我認為第三波將是小額支付。”[2018/5/17]

有多種方法可以執行此操作，但是SNARK是執行此操作的好方法，它們為您提供了一種方法來證明您已正確完成了證明，然后您可以將SNARK證明放在鏈上。然后，各方現在可以驗證一些輸入本身以及實際的SNARK證明，并知道證明已正確生成。

在復制證明中，我們獲取大量的源數據（如32GB），并應用非常慢的編碼，從而在節點可能為32字節段的層中生成這些類似于格子的圖形。有一個連續的過程將繼續產生一個圖，并為每個節點依次散列。由于哈希函數，它必須一個接一個地完成。

生成的一種圖類型是DRG（Depth-Robust-Graph），它們與這些擴展圖連接，并且有一個完整的復雜晶格結構。最后，我們現在已將原始數據編碼為所謂的副本，即作為值提交的副本。如果需要，您可以獲取相同的源數據并對其進行多次編碼，最終會得到多個唯一編碼的不同副本。

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現在，我們已經完成了這一工作，為了證明我們已經正確完成了此編碼，我們可以在SNARK內進行整個編碼，這將是非常昂貴的，或者我們可以抽樣一些挑戰證明我們已經存儲了這個。假設我們在整個證明中抽樣了1000個隨機挑戰，然后在SNARK內進行了計算。我們獲取源編碼的數據，然后對其進行解碼，然后證明它一直追溯到我們致力于的根。這就是我們要簡潔的證明。因為否則它將是一個32字節的葉子，然后整個Merkle鏈一直回到根，將是相當大量的數據，然后乘以一千。100s KB或MB產生一個證明。借助SNARK，我們可以將其壓縮，我認為它可以壓縮到200B或類似的水平。

關于所有這些工作的一個偉大故事就是我們所說的證明過山車曲線。隨著時間的流逝，您最終將創建大量不同的構造，而所有這些不同的參數將為所有這些不同的用例提供服務。

與Filecoin中的證明相比，這種參數選擇可能是我們花了這么長時間才實現所有這些東西的最大原因。因為您選擇一種構造，并且它具有特定的形狀并產生特定大小的偽像，也許這很好，然后您調整一些參數，例如，“嘿，也許我們希望扇區稍大一些。” 這使得其他一些參數必須更改。

很快，您就進入了一個非常大的參數空間，其中包含許多不同的變量，您可以在此處調整一件事，而其他許多事情也必須更改。隨著一系列算法的優化，進行復雜性管理非常困難。因為很多這樣的構造，這些慢速編碼，所以您希望足夠慢以對證明有用，但又要足夠快以至于它不是很昂貴。進行撥號以使其恰到好處是一個非常困難的挑戰，然后使用特殊的SNARK結構進行釘牢處理，以確保您可以高效，簡潔地完成此操作。

所有這些參數優化都是如此艱巨而又困難，以至于我們實際上不得不編寫軟件來處理這一問題。我們有一個約束求解器，只是為了能夠在選擇證明結構和Filecoin中的參數時處理約束優化問題。這樣的結果令人驚訝，其他小組現在可以使用它來使他們的生活更輕松，但是我們必須編寫此代碼。

我們在Github上使用了一個名為Orient的工具，所有工具都是開源的（請參閱Orient和übercalc中Filecoin的參數）。它具有一種特殊的語言，您可以在其中定義特定的算法及其生成的工件，然后將它們與所有這些變量和參數組合成更大的對象。

然后，您可以得出實驗結果，例如某些哈希函數需要多長時間，然后將該數據插入某些參數中，并計算出其他一些參數必須是什么。因此，例如，基于此哈希函數以及在SNARK內部或SNARK外部花費的時間，那么您將要使用這種特殊的構造，因為它可以將時間最小化或將鏈上足跡最小化而所有這些東西都是通過此求解器計算出來的。

由于結構的復雜性，單個基元及其如何編織到鏈中以及所有脫鏈協議等方面，現在就制作區塊鏈技術非常困難，因此我們需要此軟件幫助我們編寫軟件。

類似于芯片制造的方式，芯片制造一直很好，直到達到一定的密度，然后他們停止了手動生產芯片的能力。他們必須開始使用軟件才能對芯片進行布局。我認為我們已經達到了區塊鏈的目的，在區塊鏈中，我們正在建造的某些建筑中，我們需要軟件來幫助我們進行設計。

我認為沒有其他網絡在使用復制證明，因此創建該字段是我們的優勢。所以這是一個與眾不同的因素。我們也是唯一具有這種可變的市場結構的公司，該結構旨在根據要價和投標結構進行優化，使礦工和客戶能夠一起對價格進行推理，然后從中進行交易。我認為，我們也是唯一在有用存儲支持下達成共識的公司。對于其他網絡，這可能是由空間證明支持的共識，但對我們而言，它很有用。這些是Filecoin的三個最大區別因素。

然后，通過libp2p緊密集成到IPFS中，以及在IPFS上已經有大量使用情況的許多其他事情。將所有數據直接備份到Filecoin將很容易。值得一提的是IPFS是一個開放的網絡，我們已經看到其他網絡開始增加對它的支持，這也真的很酷。出于這個原因，它意味著要成為分離層。”

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