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      一文读懂Filecoin分叉项目Filestar文曲星

      搭建Web3.0的分布式存储、可验证计算、可度量带宽 物理世界基础设施。

      PANews 10月20日消息,Web3物理基础设施项目FileStar文曲星今日在Github(https://github.com/filestar-project)发布白皮书,宣布项目启动。在白皮书中,FileStar提出将基于Filecoin进行分叉和迭代,并实现现有Filecoin矿工权益的无缝映射。根据白皮书介绍,FileStar项目将取消前置抵押,同时进行了不少技术创新,例如,实现新的P1封装算法(可选包括 SHA512,Poseidon,Pederson 和 Blake2s)提高封装效率;引入递归零知识证明技术,实现消息的链下聚合,提高全网的TPS;在Window PoST中,引入VRF 随机抽查技术,减少矿工的抽查次数。除此之外,FileStar不同于Filecoin只激励存储证明,FileStar将逐步实现对存储资源、计算资源和带宽资源的激励,实现分布式的存储、可验证计算、可度量带宽的分布式互联网物理基础设施。据了解,FileStar 计划于10月30日,公开源代码,并上线主网。以下为FileStar文曲星白皮书介绍:摘要我们认为区块链世界遇到了巨大的发展瓶颈,只能依赖巨大的技术创新来推动区块链行业摆脱目前的困境。2009年中本聪发布了比特币的白皮书,开启了一个基于互联网的免信任的电子现金的时代,受制于比特币网络的处理能力,比特币已经从最初的电子现金的愿景偏离,并被历史的车轮推到了电子黄金的地位。以太坊在比特币的思想上,赋予了转账 交易更多的灵活性和可编程性,引入了智能合约虚拟机的概念,通过提供不同于脚本语言的更强大的处理能力,以太坊取得了蓬勃的发展,但是依然面临巨大的发展制约。不论是比特币还是以太坊,本质上都是在一个点对点的网络中,取得计算和数据的一致性,因为链上资源的极度稀缺,比特币网络只能处理比特币本身的交易,以太坊网络也只能处理以太坊本身和各种以太坊token 符号的交易和有限的逻辑。某种意义上,你可以把现有的区块链网络当做一个极度封闭的网络。不论是比特币还是以太坊,其所依赖的全节点物理硬件设备有巨大的局限性,也必然制约了以太坊网络的处理能力。如果你把以太坊当做一个微型的cloud, 那么这是一个全局一致性但是处理能力非常有局限性的云服务。Filecoin 是第一次打破了区块链世界和物理世界的隔阂,通过时空证明,链接了大量的高端服务器和硬件资源,也打破了区块链世界的内循环。FileStar 文曲星 将在Filecoin的基础上,更进一步,不同于Filecoin 只激励大家构建分布式存储的基础设施,FileStar 文曲星 将致力于同时构建分布式存储,可验证计算 和可度量带宽的基础设施,致力于未来服务于所有区块链的项目,例如未来大量以太坊的 Rollup 的证明工作可以在FileStar 网络上进行验证。FileStar项目将在Filecoin的基础上进一步迭代,通过不断的技术创新,构建Web3.0 的物理基础设施。我们认为区块链本身只是提供了一套分布式的清结算协议,如果上面只能清结算由社区弱信用所发行的各种Token,那么区块链的价值会大打折扣。FileStar 项目将致力于链接 链下的物理世界,不同于预言机只能链接简单的价格信息,并提供到链上,FileStar 文曲星 将致力于链接互联网上真实的 计算、存储、带宽资源,并形成统一的资源 度量衡和资源表示方法,将这些资源迁移到区块链世界,来构建未来分布式互联网的物理基础设施。

      项目背景2020 年 10 月 15 日,Filecoin 主网在 148888 高度激活,宣告了行业内最受瞩目的去中心化存储网络的正式上线。Filecoin 提出了一套存储证明机制,通过复制证明(PoRep)、时空证明(PoST)等一系列技术创新,首次实现了现实世界链下存储资源的度量和链上表示。在这一技术基础上,Filecoin 通过一套经济激励机制吸引了大批拥有高端服务器的矿工加入网络,在一定程度上整合了大量高性能的计算、存储和带宽资源。Filecoin 协议背后蕴藏的核心理念为未来区块链+互联网基础设施的发展方向提供了重要参考,是行业内具有里程碑意义的创新。然而,在 Filecoin 协议创新的背后, Filecoin 项目在实现上仍留有一定遗憾,有可能会阻碍这个新型去中心化存储网络的进一步发展:不同于 Filecoin “去中心化”存储的理念,Filecoin 项目的开发和管理模式偏向“中心化”,开发团队在主网上线前仍在对共识机制、关键特性和经济模型进行修改,在一定程度上影响了网络的稳定性;FIL 代币的分配和释放规对矿工较不友好,在主网上线之初,矿工只能高价从市场上买入 FIL 代币才能继续维持挖矿的开销,因此才会有目前主网一上线矿工就大规模“停摆”的现象,这显然不利于对基础设施提供者(即矿工)的长期激励;除矿工外,生态中其他的参与者未获得足够激励,参与维护网络发展的意愿不强;参与 Filecoin 挖矿的门槛较高,需要拥有大量的前置抵押代币,并购买带有 AMD 高端处理器的矿机,这些都阻碍了更多小矿工和大批 Intel 矿机的加入;Filecoin 网络本身的架构和技术选型导致实际的链上处理能力(TPS)比较有限,在网络拥堵时甚至无法处理有效存储的证明上链,也无法进行正常转账,这在很大程度上限制了 Filecoin 网络规模的进一步扩大;Filecoin 网络中存储的数据的可用性比较有限,只能存储一些使用频率极低的“冷数据”,而对于需要随时存取的“热数据”,Filecoin 网络基本不可用;此外,Filecoin 官方推出的挖矿软件在封装效率上仍有较大优化空间,这从某种意义上说是对现实世界存储、计算以及带宽资源的浪费,无法实现对资源的高效利用。因此,Filecoin 到真正成为可用的去中心化存储基础设施还有很长的路要走。另一方面,存储始终只是互联网基础设施中的一部分,未来分布式互联网需要一套更加完整的激励协议,激励矿工贡献包括存储,计算和带宽在内的更多资源。

      FileStar 项目愿景FileStar 希望成为 web3(未来互联网)的基础设施,构建基于 IPFS 协议的分布式存储、计算和带宽激励网络,整合全世界互联网基础设施资源,并实现资源的最优化利用。这与只专注于存储的 Filecoin 有本质区别。与 Filecoin 的主要区别FileStar 实现了一套更加合理的分布式存储激励机制,并将逐渐从分布式存储进化为分布式互联网的激励层,实现更加精细化的激励,实现计算、带宽和存储资源的最优化利用。FileStar 的优势主要表现在更低的挖矿门槛,网络启动初期取消前置抵押,取消 SHA256 算法对 AMD 矿机的依赖,激励更多矿工对整个网络贡献网络基础设施资源;更高的可扩展性,通过修改 WindowPoST 的抽查逻辑,引入递归存储证明技术等,全方位提高链上消息处理的能力,提高 TPS;高效的挖矿软件,全面提升现有 Filecoin 挖矿软件的性能,提高网络的整体封装效率;数据的高可用性,可用于存储“热数据”和“温数据”,用户可以快速读取已存储的数据;多方参与的去中心化治理机制,采用社区化的开发和管理模式,开发者、矿工和生态中其他参与者将共同决定网络发展方向;合理的代币分配,无预挖、无募资,绝大部分代币将全部由挖矿产出,同时对生态中所有参与者进行精细化的长期激励,确保生态长期健康发展;FileStar 将继承 Filecoin 主网的有效存储,激励 Filecoin 矿工共同维护 FileStar 网络。FileStar 的技术改进和创新作为基于 IPFS 协议的分布式互联网激励网络的第一步,FileStar 提出了多项技术改进和创新。

      取消前置抵押根据 Filecoin 的经济模型,前置抵押指的是矿工在封装每一个sector并生成有效算力时必须抵押一定数量的代币,直到sector生命周期结束后再返还给矿工的一种安全机制。其设计初衷是鼓励矿工长时间存储数据,保证数据的可用性。然而,目前 Filecoin 网络中前置抵押的设计并不合理:一方面,前置抵押的数量相对较大,在当前网络算力增速下,矿工如果进行抵押极有可能入不敷出,无法持续维护整个网络;另一方面,目前网络中封装的大部分 sector 都是所谓的“垃圾 sector”,并没有多少包含有效数据的“订单 sector”,而通过前置抵押保证这些垃圾数据的可用性没有任何实际意义。前置抵押是造成目前矿工停摆的最主要原因。实际上,为了保证数据的安全性,Filecoin 还设计了后置抵押,即所有挖矿奖励只有在矿工持续保存数据的情况下才能逐步解锁,数据的安全性和可用性上已经得到了较大保证。因此,FileStar 将全面取消 Filecoin 现有的前置抵押,保留奖励的后置抵押,并对 sector 的抵押规则做出如下改进,进一步保障安全性。首先,FileStar 允许垃圾sector拥有更短的生命周期。垃圾sector的主要意义在于证明网络中存在对应可用的有效存储空间。目前 Filecoin 网络中任何sector的生命周期至少为一年,但实际上长期存储垃圾数据是一种资源浪费。FileStar 网络中未存储有效数据的垃圾sector将支持较短的生命周期,避免存储资源长期被垃圾数据占用。其次,FIleStar 的订单sector需要抵押存储费用。订单 sector 中存储了用户的有效数据,通过抵押用户支付的存储费用,将鼓励矿工优先存储订单 sector,并保证其数据可用性。取消前置抵押将使矿工可以随时加入网络进行挖矿,并持续贡献算力,共同维护网络的安全性。

      新哈希算法Filecoin 中采用的 SHA256 算法严重依赖于 AMD 处理器的指令集优化,而大量未支持相关指令集优化的 Intel 矿机处于较大劣势,基本无法参与挖矿。这一选择极大地打击了 Intel 矿工的积极性,同时也为 Filecoin 网络未来的发展带来极大的局限性。FileStar 的目标是成为未来互联网基础设施的激励层,必然需要激励更加多样化的硬件加入到网络中。因此,需要在保证安全性的前提下,使得基于 x86 体系的矿机挖矿性能处于同一水平,鼓励多样性。目前 FileStar 正在验证哈希算法包括 SHA512,Poseidon,Pederson 和 Blake2s等,FileStar 将在不同平台上评估这些哈希算法的安全性和实际性能,并从中选择最合适的算法,以支持 Intel 矿机或其他高性能矿机。

      递归零知识证明技术复制证明(PoRep)是 Filecoin 存储证明的重要组成部分,结合零知识证明,PoRep 可以把存储资源量化并在链上生成对应的证明。在 Filecoin 的 PoRep 证明机制中,矿工每封装一个 sector,都需要向网络中提交两个证明,对应的消息分别为 PreCommitSector 以及 ProveCommitSector。实际上,在现有的 Filecoin 网络中,绝大多数的链上消息都是在提交这两种证明。但 Filecoin 网络的链上消息处理能力(TPS)非常有限,当网络发生拥堵时,大量的证明消息将占用绝大多数链上资源,而普通的消息将无法被打包。这同时也导致了大矿工”自私挖矿“行为,小矿工的证明消息基本无法上链。FileStar 提出了一种递归零知识证明(Recursive ZK-SNARK)技术以解决上述 TPS 瓶颈问题和消息上链的问题。Recursive ZK-SNARK的基本原理是把矿工在一定时间内产生的若干 sector 的证明,进行链下证明,组成 Merkle 树,并生成一个聚合证明,最终只需要向网络中提交一次证明即可同时完成多个sector的证明上链过程。这样一来,每个矿工需要提交的证明消息将会明显减少,从而提高 TPS,实现网络扩容。不仅如此,通过调节证明聚合的程度,还可以对网络的消息处理能力实现调节,适应未来 FileStar 网络不同发展阶段的需求。

      WindowPoST + VRF 机制在完成 PoRep 后,矿工需要提供时空证明(PoST),证明对数据进行了持续存储。Filecoin 中矿工封装的每个 sector 每天都会被抽查,矿工需要正确提交 WindowPoST 证明,否则其抵押的 FIL 将被罚没。对于存力较大的的矿工来说,每天提交的证明数量非常大,而且随着网络的进一步发展,网络中需要提交的 WindowPoST 也会越来越多,最终可能也会造成网络的拥堵,降低网络对普通消息的处理能力。FileStar 在 WindowPoST 的抽查机制中引入了随机抽查机制,使得每个矿工需要提交 WindowPoST 证明的频率大大降低,而不需要每天对算力都提交多次证明。普通的随机抽查函数有可能被预测,从而影响网络的安全性,因为矿工如果能确定自己被抽查的时间,就存在作弊的可能。FileStar 采用了可验证随机函数(Verifiable Random Function,VRF)来进一步提升随机抽查的安全性。

      高效的挖矿软件FileStar 还将对现有开源的挖矿软件进行优化,全面提升矿机的挖矿效率,最大化利用矿机计算资源和存储资源。优化主要集中在任务调度模块和零知识证明模块。任务调度优化。在其他软硬件条件相同的情况下,不同的任务调度策略将直接影响矿机的封装效率。Filecoin 目前的挖矿软件在任务调度上有诸多缺陷,在很大程度上影响了网络有效存储的增长。FileStar将发布带有任务调度优化的挖矿软件,提升矿机的挖矿效率。零知识证明优化。Filecoin 中无论是 PoRep 还是 PoST 都大量采用了零知识证明算法,但零知识证明的生成过程仍有较大的优化空间。FileStar 的挖矿软件将在零知识证明生成效率上进行大幅优化,并发布给所有矿工使用。结合以上两点优化,FileStar 的全网挖矿效率会比现有 Filecoin 网络有明显的提升,这意味着在投入的相同硬件的情况下,FileStar 将逐渐成为最大的分布式存储网络。

      Filecoin 算力映射Filecoin 主网有近 600 PB 有效算力,并且仍在快速增长。参与 Filecoin 挖矿的矿工是第一批去中心化存储的基础设施贡献者,也将是未来 web3 基础设施的中流砥柱。FileStar 在上线初期将会对所有 Filecoin 上的有效算力的权益进行一定映射,矿工如果参与 FileStar 挖矿,将有可能获得与 Filecoin 主网算力匹配的奖励,具体映射规则将在 FileStar 主网上线时公布。

      去中心化治理机制FileStar 开发团队负责维护 FileStar 项目,但整个项目的开发和管理将采用社区化模式。在 FileStar 社区中,任何人都可以提交代码,同时需要提交完整的测试代码。所有新提交的代码在经过充分测试后才会合并到测试网络,并在稳定运行一段时间后再上线主网,从而保证主网的安全性和稳定性。FileStar 项目充分尊重生态中所有社区参与者的意见,每一个新特性的开发和上线,都需要通过社区成员的投票决定。FileStar 生态中的开发者、矿工以及普通用户都可以参与投票,共同决定网络的发展方向。

      代币经济模型FileStar 协议中原生的代币为 STAR,主要用于支付消息手续费和存储费用,矿工参与挖矿可以获得 STAR 挖矿奖励和手续费奖励。为了吸引矿工贡献存储、计算和带宽等资源,同时激励更多生态参与者的加入,FileStar 设计了更加精细化的代币激励模型。STAR 代币总量为 2,000,000,000 STAR,不对外募资,团队无预挖,代币的分配规则如下(具体分配细节可能会在主网上线时进行微调,以主网上线时为准):70 % 由挖矿产生,产量逐天减少,每6年产量减半30 % 用于激励提供存储资源的矿工15 % 用于激励提供计算资源的矿工15 % 用于激励提供带宽资源的矿工10 % 用于激励提供其他有价值计算的矿工,包括零知识证明服务,AI,大数据等各类有价值的计算,由社区共同投票决定30 % 用于对生态中其他参与者的长期激励15 % 分配给 FileStar 基金会,5年解锁,用于项目的长期维护和迭代升级7 % 分配给社区开发者5 % 分配给FileStar生态中企业和应用,5年解锁1 % 分配给媒体1 % 分配给支持 FileStar 的交易所和钱包1 % 用于处理法律关系,确保项目遵守当地法律法规

      项目发布计划2020年10月20日 发布白皮书初稿2020年10月30日 发布Filestar 第一版代码,实现基于filecoin的改进,免抵押,并修复filecoin多个bug2021年2月30日 实现白皮书中的大部分内容,包括新的封装Hash算法,递归零知识证明实现链下消息聚合提高全网TPS 和 引入随机抽查 Window PoST+VRF 等2021年8月30日 推出可验证计算网络,激励Filestar 的部分矿工,转向可验证计算网络2021年12月30日 推出可度量带宽网络,激励Filestar的部分矿工, 转向可度量带宽网络

      未来工作实现分布式存储的激励网络是 FileStar 第一阶段的目标,其目的在于吸引一批高质量的服务器,提供丰富的存储,带宽和计算资源。在第一阶段网络稳定后,FileStar 将提供更加丰富的激励机制,激励 web3 基础设施的搭建。方向包括:提出计算资源、带宽资源证明机制,进一步吸引不同的基础资源提供者,实现分布式计算网络和分布式带宽网络;激励网络中的计算资源为其他节点提供零知识证明计算服务;为网络中其他节点提供可验证计算服务。

      总结FileStar 在 Filecoin 核心创新的基础上,实现了一套更好的分布式存储网络激励层:通过取消前置抵押、采用新哈希函数等改进,全面降低了矿工参与挖矿的门槛;结合递归零知识证明,PoST+VRF 等技术创新,解决了TPS和消息上链问题,极大的提搞了FileStar网络的可扩展性;对挖矿软件的优化使挖矿效率显著提升,提高了网络中硬件资源的利用效率。FileStar 采用了更加公平的代币分发规则以及去中心化社区治理,极大地提升了协议的公平性,有助于项目的长远发展,并最终实现基于 IPFS 协议的分布式存储、计算和带宽激励网络,成为未来 web3 基础设施的重要组成部分。不同于Filecoin 只激励大家提供分布式存储,FileStar 将在分布式存储的基础上,激励大家提供可验证的计算和可度量的带宽资源,并最终和Filecoin 形成巨大的差异化。我们相信随着区块链行业的整体发展和Filestar团队的全力开发,一个分布式互联网的世界正在我们眼前慢慢展开。

      相关文章摘自:https://www.panewslab.com/zh/articledetails/1603174539650213.html

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