深度 | 解码Filecoin经济的去中心化机制

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所属分类:产业区块链
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来源:火大教育,巴比特资讯进行了不影响原意的编辑

前言

在火币大学《名师前沿课》上,火币研究院高级研究员卢军与各学员探讨Filecoin经济去中心化机制。其表示,Filecoin的加密经济体系,其实就是在吸收PoW和PoS这两种共识机制的底层思想。Filecoin提出复制证明和时空证明,最核心的原因是为了避免矿工在用存储在硬盘上的数据进行挖矿的过程中作弊。简单来说,数据只是在参与到挖矿过程中才存储,不参与就会被删除。

卢军表示,Filecoin当前还存在几大挑战,分别为:1、短期网络目标和参与者利益矛盾;2、存储成本和效率方面的劣势;3、算法和模型制约了很多矿工参与生态建设。在未来,Filecoin要打造一个安全可靠、有一定竞争力的分布式存储经济体,需要激励更多矿工参与生态建设。

以下为卢军的课程精华整理内容,由火币大学整理如下:

Filecoin加密经济:PoW和PoS思想的结合

从比特币诞生开始,区块链项目一直专注于底层挖矿,逐步提高区块链去中心化的水平。Filecoin作为一条公链,也提出了自己的去中心化机制:基于存储算力的挖矿机制。这套机制由协议室开发了三年之久,协议实验室投入了大量时间和精力到机制的创新开发里,行业内人士对它整个项目的机制,包括创新给予了特别高的关注度。

Filecoin项目的思想源泉来自于POW和POS这两个共识机制。我认为它的整个加密经济体系,其实就是在集合POW和POS,把这两种共识的经济、底层的思想结合起来,但是它为了实现这一点做了相对复杂的设计。

在Filecoin的经济体系面,POW方面主要是它提出的复制证明和时空证明,这是它的两个机制。它之所以提出这两个机制,最核心的原因是为了避免矿工用存储在硬盘上的数据在挖矿的过程中作弊。简单来说,数据只是在参与到挖矿过程中才存储,不参与就会被删除。

Filecoin如何挑选出快的矿工进行奖励,则是基于EC共识。EC共识就是一种POS共识的改进版,是基于概率的拜占庭容错机制。它将投票权由权益占比变为时间点相关的有效存储算力占比。这样做的好处就是,Filecoin的挖矿奖励是依据矿工在某个时间点的有效算力在全网络上的占比,把在全网的占比变成一张投票,这都是POS。

因此从Filecoin的整个共识来讲,我觉得就是将这两种思想做了一个结合。

具体来讲,Filecoin矿工也在网络上面做一些很复杂的计算,把这个计算结果作为他工作量证明,它的工作量在整个网络里面背后其实是两个很核心的函数。一个是VDF(可验证随机函数),另外一个是zkSnarks(零知识证明),这两个函数的计算,大量存在整个矿工的挖矿过程中。

在Filecoin的经济里,矿工一方面确实是贡献算力资源来维持整个网络的安全,系统会给激励。另外一方面,矿工也与用户直接达成订单获取部分存储收入。

Filecoin挖矿模型设计:多矿工角色参与,两大核心指标

实际上,Filecoin挖矿体系中,是存在多个矿工角色的,只是现在大家更多还是关注存储矿工。Filecoin的矿工类别主要可以分为以下四大类:

1、存储矿工:存储交易、挖矿奖励、网络gas。Filecoin网络首先得积累,把存储容量做起来;存储矿工一方面通过提供存储空间获得收入,另一方面是参与挖矿获得奖励;最后还有每一轮区块打包里面的交易Gas费,其实也会分一部分给到矿工,只是不会全部给矿工。

2、维修矿工:检测矿工扇区失败情况并进行网络广播。Filecoin挖矿过程中经常会出现磁盘存储设施出现损坏的问题。比如硬盘坏了、扇区有坏点导致网络如果不能生产的情况。这有可能会造成数据丢失,维修矿工就是经常到网络上检测,把情况广播到系统里。系统收到后会通知出现问题的矿工,要求他在规定的时间内把扇区恢复,如果恢复不了,就会被定义为故障,发生故障就就会扣除存储矿工的一部分抵押费用。

3、检索矿工:检索文件并提供给客户。检索矿工是未来网络数据存储做起来,专门给用户提供类似于CDN等高速下载,就是把数据快速下载来获得一定的收入的矿工。

4、应用矿工:面向B/C端的应用层开发。应用矿工就是基于Filecoin的生态开发面向B端、C端用户,因为现在没有一个面向用户端的存储客户端入口,现在你要到Filecoin上传文件,它就是一个秘密银行,但还没有一个成型的客户端产品出来。

Filecoin挖矿的设备,参考官方基准矿机配置,矿机硬件包含CPU、GPU、内存、SSD和硬盘,简单来说就是一台企业级的服务器,是一台高配企业级服务器加硬盘,并非门槛很高的大型矿机。除了硬件这块,Filecoin挖矿更多还是在考验矿工的专业托管运维和技术优化能力。Filecoin挖矿的核心要素是高速带宽、24h电源稳定、无尘环境和集群调度(非机器叠加)。它并不像比特币挖矿那样自由开/关机,需要完成复制数据并接受时空证明随机挑战,目的是考验矿工诚实地存储好用户数据,矿工下线或者停止工作都可能挖矿前功尽弃,质押Fil代币被罚没。所以矿机一般需要在专业IDC机房托管,由专业方提供设备运维和技术服务(集群算法)。

Filecoin挖矿重点指标之封装速度

封装速度(GB/h)代表PoRep复制证明阶段数据存储速度,可以据此算出矿机日有效存储、每万元投入获得封装速度和存储空间填满所需时间这些评估矿机的基本指标。我们可以从几个等式上看出封装速度的重要性:

  • 矿机日有效存储=封装速度(GB/h)*24h
  • 整机性价比=封装速度/(售价-硬盘成本)
  • 硬盘满存耗时=硬盘大小/日有效存储*1024
  • 挖矿理论日产币量=累计有效存储/全网有效存储*全网日产币量

有效存储是Filecoin矿工算力的基础,决定出块概率,和封装速度息息相关,综合考虑矿机价格和硬盘容量的影响,性价比高、日有效存储量大和存满硬盘耗时短的矿机综合最优。封装速度还通过影响矿机有效存储(存力)占全网有效存储的比例,影响挖矿收益。

Filecoin挖矿重点指标之单扇区抵押量(Fil/32GB)

Filecoin挖矿加入抵押机制,参加存储挖矿的矿工执行挖矿工作时必须锁定一定量FIL作为质押品。根据Filecoin官方抵押文档,矿工抵押量公式如下:

  • 矿工抵押量 = 矿工算力抵押量 + 矿工存储抵押量
  • 矿工存力抵押量=Fil流通量*算力抵押比例* 矿工算力全网算力
  • 矿工承诺抵押量=Fil流通量*承诺抵押比例/矿工数量

其中算力抵押比例和存储抵押比例为官方调整的参数,分别定义为M和V, M=0.3,V=0.05。

因此我们能推断出,主网上线后前6个月抵押比例上升,主要投资人释放速度较快导致流通量快速增加,6月达到抵押比例高点后开始下降, 抵押占比变化率在6/12/36/72四处迎来明显变化,分别对应早期投资者和实验室/基金会锁仓解锁点,最终比例趋近(M+V)/0.7。

Filecoin挖矿还存在质押。存储矿工需要为完成时空证明的扇区抵押FIL代币才能获得出块权。挖矿质押的目的,是官方希望矿工在挖矿的过程中,不出现任何有损整个网络安全的事情。根据网络总质押量估算,大约等于35%的全网FIL流通量。

Filecoin挖矿现状:挖矿冰点

整个Filecoin存储挖矿模型,实际上对Filecoin矿工提出了一个非常大的挑战:1、封装新扇区增加算力需要提高抵押FIL数量;2、伴随网络基准提高及全网算力占比下降,矿工抵押数量不足导致挖矿收益下降;3、抵押数量和全网流通量正相关,前6个月抵押占挖矿收益比例呈上升趋势。如果矿工Fil余额管理不好,余额不够,算力增长缓慢,收益下降怎么办?

当前Filecoin代币的释放主要来自两方面,一个是前期9月份的太空竞赛拿到系统补贴,补贴了很多测试代币,实际上已经是转为主网代币。第二个是投资人、协议实验室官方和基金会的解锁。

但实际上,矿工“余额不足”的原因是:1、大部分矿工未参与太空竞赛;2、区块奖励180天线性释放,但线性释放在近期做了一个调整,将原先100%的区块奖励180天释放,改成了首先释放25%,剩下的75%按照180天进行线性释放。25%线性释放可以缓解部分矿工的压力,可以拿着25%的释放奖励去抵押以增加算力;3、Filecoin网络还存在系统惩罚机制,比如扇区故障和终止费用。种种原因导致了目前Filecoin矿工挖矿的现状,就是我们所说的挖矿冰点。就是矿工现在没有币不能挖矿,币数量不够算力就上不来。而且还有挖矿的惩罚机制,惩罚机制也会导致代币会被系统罚没掉。

由此,目前市场中也出现基于Filecoin的金融产品,来解决矿工面临的难题。包括Filecoin现货、杠杆、合约工具和Filecoin借贷。9月22日,Filecoin项目负责人Colin在SpaceRace1庆典上提及到FIL+DeFi=DeFil的概念。也就是通过去中心化的抵押贷款,FIL用户通过以太坊上的贷款平台将FIL借给矿工等利益相关者。未来市场中还将会基于DeFi的金融交易,包括Filecoin的代币在数据存储和检索交易市场的DeFil场景。

Filecoin未来机制探讨:或出现算法迁移

Filecoin当前面临着三大挑战:1、短期网络目标和参与者利益矛盾;2、存储成本和效率方面的劣势;3、算法和模型制约了很多矿工参与生态建设。

从官方的态度上看,目前Filecoin的挖矿算法将面临调整。SDR算法是目前封装用的一个算法,这个算法可以说最耗时,计算量大。而且SDR算法的计算不是一个并行计算的方法,它是一个按照顺序计算的串联算法。这个算法还有一个不利的点,因为前期计算的耗时,到后期网络的检索会特别慢,你从网络上检索数据,它的IO性能极低。

如果不改算法,可能会影响到两个方面,一个是目前的博弈局面还是会继续,很多中小矿工还是很难参与进来。第二,检索也是关键。检索对真正Filecoin存储网络的用户来讲,体验会特别差。

实际上目前官方也有考虑升级到NSE算法。NSE算法是在SDR算法基础上增加并行的计算。可以将SDR算法里面的数据,拆分为很多单位进行并行计算,最终汇聚一个结果。从而大大减少矿工在扇区封装的时间。

并行计算之后它的整个挖矿硬件不再需要这么高端但量产能力有限的AMD芯片了,采用因特尔的芯片也可以很好的支持,从封装时间这一块看。并行计算也会促成ASIC芯片的研发和生产,相信算法迁移以后,市场上出现类似于大型集成电路芯片的ASIC矿机出Filecoin矿机出现,矿机出现本身可以量产规模化,最终会把整个挖矿的门槛降下来,肯定吸引到更多矿工的加入。

但这块在设计方面还是兼顾网络的安全,官方需要考虑是否会出现类似于比特币那样大型矿场、矿池、算力的集中;对于存储网络的安全性会不会造成损害;能不能通过其他挖矿模型参数设计,比如说提高大矿工的抵押数量做比较平衡的设计等。

最后,从四个方面看Filecoin需要去中心化存储激励机制做更均衡的设计,也就是:

  • 如何激励用户使用Filecoin的存储,目前没有相关激励设计
  • 如何激励矿工积极寻找真实用户存储订单
  • 激励矿工存储高质量的数据,数据价值分层
  • 存储和检索的性能均衡

尽管在第一阶段,矿工的算力越强,网络的有效算力就越高,可以为网络的安全进一步服务。但未来,Filecoin可以朝着这些方向发展。

以上为卢军在火币大学“名师前沿课”的精彩内容。

导师背景

卢军,火币研究院高级研究员。火币区块链应用研究院(简称“火币研究院”)成立于 2016年 4 月,于 2018 年 3 月起致力于全面拓展区块链各领域的研究与探索,以泛区块链领域为研究对象,以加速区块链技术研究开发、推动区块链行业应用落地、促进区块链行业生态优化为研究目标,主要研究内容包括区块链领域的行业趋势、技术路径、应用创新、模式探索等。本着公益、严谨、创新的原则,火币研究院将通过多种形式与政府、企业、高校等机构开展广泛而深入的合作,搭建涵盖区块链完整产业链的研究平台,为区块链产业人士提供坚实的理论基础与趋势判断,推动整个区块链行业的健康、可持续发展。

了解更多区块链知识,请关注火大教育微信公众号。

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