探索星際 礦工必讀 |【第13期】Filecoin的證明系統

Filecoin建立在空間證明的變體上。它也與權益證明有關，因為權益不是以令牌作為抵押，而是以經證明的存儲形式確定的，這決定瞭礦工開采區塊的可能性。在構建去中心化存儲網絡時，我們著手建立證明結構，在該結構中，通過產生積極的社會外部性的操作來達成共識：數據存儲。隨著測試網testnet的推出，我們推出一套新的基於存儲的證明系統，以達成分散的共識。

當我們在2017年宣佈Filecoin時，我們著手創建一個建立在強大的去中心化市場上的去中心化存儲網絡。為瞭播種這個市場，分散市場功能並激勵早期礦工參與，我們創建瞭一個加密代幣，這是Filecoin共識的副產品。該通證是在有用的工作的基礎上生成的，即有用的復制證明和時空證明。

Juan Benet在對Zero Knowledge播客的采訪中探索瞭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瞭區塊鏈的前沿。復制證明最終是一個證明系統，用於驗證存儲礦工是否確實擁有他們正在存儲的內容並且沒有作弊。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存儲瞭一些東西，而不僅僅是撒謊？

Filecoin嘗試解決其他有趣的問題，包括更高的吞吐量共識以及Filecoin使用的可互操作的，內容可尋址的鏈接數據結構。但歸根結底，這一切都是為瞭利用地球上所有未使用的存儲並進行激勵性組織，以建立最大，功能最強大的計算存儲網絡，並降低該存儲的價格。

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（稍後說明）。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，然後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。為瞭偽造這樣的證明，您必須使用客戶端存儲在Filecoin上的原始數據來完成特定工作，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，證明者已經完成瞭一些工作，或者花費瞭一些計算周期。最典型的例子是[用比特幣表示]哈希。另一個示例是可驗證延遲函數（Verifiedable Delay Function，VDF），在這裡我可以向您證明我已經按順序花費瞭一定數量的周期，因此我已經等待瞭一定的時間[Filecoin不使用VDF，但是研究領域]。因此，所有這些存儲證明系統都是類似的證明系統，它們被廣泛用於各種協議中。

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示例是：我可以向您證明我有數據X，或者不透露數據X，或者如果數據大幾GB，則更為簡潔。然後是可檢索性證明，在這裡，我不僅要證明我有X，而且這些證明可以用於在我惡意並想從您那裡保留X的情況下重建X。

空間證明是另一種類型的群組，在這裡我可以向您保證我要花一定數量的存儲空間。如果我承諾要存儲1GB，並且生成一個隨機GB，則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擁有證明相結合，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，該證明也用於存儲有用的數據。這就是復制證明作為Filecoin網絡加密協議中的基礎原語。

發明瞭其他的存儲證明系統來創建您可以更好地信任的雲，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雲環境中完全沒有使用。現在，它們已在整個權力下放領域中使用，因為這是我們使用激勵結構來保證事情而不是合同協議的地方。

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，但將它們匯總起來，以便它們可以以非常小巧的方式進入鏈中。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，它們為您提供瞭一種方法來證明您已正確完成瞭證明，然後您可以將SNARK證明放在鏈上。然後，各方現在可以自己驗證一些輸入和實際的SNARK證明，並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），並應用非常慢的編碼，從而在節點可能為32字節段的層中生成這些類似格子的圖形。這是一個連續的過程，不斷產生一個圖形，並且每個節點都按順序進行哈希處理。由於哈希函數，它必須一個接一個地完成。

生成的圖的類型是DRG（Depth-Robust-Graph），它們與這些擴展圖相連，並且有一個完整的復雜晶格結構。最後，我們現在將原始數據編碼為所謂的副本，該副本作為值提交。如果需要，您可以獲取相同的源數據並對其進行多次編碼，最終會得到多個唯一編碼的副本。

現在，我們已經完成瞭這一工作，為瞭證明我們已經正確完成瞭這種編碼，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來解決這個問題。證明我們已經存儲瞭這個。假設我們在整個證據中抽取瞭1000個隨機挑戰，然後在SNARK內進行瞭計算。我們獲取源編碼的數據，然後對其進行解碼，然後證明它一直追溯到我們致力於的根。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，然後整個Merkle鏈一直回到根，將是相當大量的數據，然後乘以一千。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。

關於所有這些工作的一個偉大故事就是我們稱為“證明過山車”。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瞭這麼長時間才運送所有這些東西的最大原因。因為您選擇一種構造，並且它具有一定的形狀並產生特定大小的偽像，也許很好，然後您調整一些參數，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，您就進入瞭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，同時也需要更改許多其他內容。隨著一系列算法的優化，進行復雜性管理非常困難。由於很多這樣的構造，這些慢速的編碼，因此您希望足夠慢以對證明有用，但又要足夠快以至於它不是很昂貴。進行撥號以使其恰到好處是一個非常困難的挑戰，然後在特定的SNARK結構上進行釘牢處理，以確保您可以為鏈條高效而簡潔地完成此任務。

所有這些參數優化都可能非常艱巨和困難，以至於我們實際上必須編寫軟件來處理此問題。在選擇證明結構和Filecoin中的參數時，我們有一個約束求解器隻是為瞭能夠處理約束優化問題。這樣做的結果令人驚訝，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上使用瞭一個名為Orient的工具，並且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，然後將它們與所有這些變量和參數組合成更大的對象。

然後，您可以做一些實驗性的結果來說明某些散列函數需要花費多長時間，然後將該數據插入某些參數中，並計算出某些其他參數必須是什麼。因此，例如，基於此哈希函數以及在SNARK內部或SNARK外部花費的時間，那麼您將要使用這種特定的構造，因為它可以將時間最小化或將鏈上占用的空間最小化。而所有這些東西都是通過此求解器計算出來的。

由於結構的復雜性，單個基元及其如何編織到鏈中以及所有脫鏈協議等方面，目前正在制作區塊鏈技術，所有這些東西都非常復雜，因此我們需要此軟件幫助我們編寫軟件。類似於芯片制造的方式，芯片制造一直很好，直到達到一定的密度，然後他們停止瞭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佈局。我認為我們已經達到瞭區塊鏈的目的，在區塊鏈中，我們正在建造的某些建築中，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推理價格，然後從中進行交易。我認為我們也是唯一在有用存儲支持下達成共識的公司。對於其他網絡，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。

然後，通過libp2p與IPFS進行瞭緊密集成，而在IPFS上已經有大量的使用情況，還有很多其他事情。將所有這些數據直接備份到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。出於這個原因，它意味著要成為一個分離層。”

Juan Benet在“Zero Knowledge”播客上的完整訪談可以在這裡找到：

https://www.zeroknowledge.fm/106