FileCoin:有用的工作负载证明
首先来说明一下常规工作量证明。这是区块链认识* * *知识的一种方式。是比特币使用的方式，所以工作量的证明俗称“挖矿”。比特币作为一个去中心化的点对点交易系统，需要一个规则来维护不同节点上的同一个账本记录所有交易的一致性，并保证不会重复交易，不会多花一笔钱。大家一起遵守这个规则，这就是* * *知识。区块链常用的方法是把这个账本分成很多页，每一页就是一块。每个块由一个节点进行核算，然后分配到其他节点进行复制，这样所有节点上的账簿都是一样的。但是哪个节点记录每个块需要一个大家都能遵守的规则。比特币采用的方法是让所有节点做一道简单的数学题。题目很简单，但是计算量很大。一般做一个回答大概需要10分钟。虽然得到答案需要时间，但是验证答案是否正确却很容易。然后所有节点同时做题，第一个节点获得下一块的记账权。因为每个块只有一个最早做题的节点，所以每个块的记账权限是唯一的，很容易被其他节点验证。一旦一个节点验证其他节点拥有块记账权，它必须复制该块并将其添加到本地区块链，同时开始下一个块记账权的竞争。这样，比特币就可以保证所有节点的区块链一致。
按节点计算竞争块记账权限的过程是工作量证明。因此，工作量证明系统(或协议、功能)是应对拒绝服务攻击和其他服务滥用的经济对策。它需要发起者进行一定量的运算，也就是说需要消耗一定的计算机时间。这个概念最早是由辛西娅·德沃克和莫尼·纳尔1993在学术论文中提出的。“POW”一词真正提出是在1999年马库斯·雅各布松和阿里·尤尔斯的文章中。
区块链* * *知识的实现方式有很多，比如POS、DPOS、POA、PBFT等。，但工作量证明是唯一被时间(11年)验证的区块链* * *知识机制。
工作量证明了什么样的问题？我们以比特币为例。比特币节点为了得到块权重而做的数学问题叫做哈希运算。计算量非常大，每台参与比特币挖矿的矿机都要时刻进行这种计算，耗电量很大。与大数据处理等其他计算不同，这种计算可以产生一些价值。它唯一的目的就是争夺一个节点，成为下一个区块。目前比特币每年耗电约25.5亿瓦，相当于全球用电量的0.5%，是爱尔兰一年的用电量。POW的反对者指责采矿在虚幻的数字货币上浪费电力资源，这也被称为自由主义的“泔水”。
然而，认为power是浪费电的人不知道，正是能源和计算能力为比特币安全打造了一个牢不可破的系统。
100元的现金，不仅对你我来说值100，对整个社会群体来说也值100，其价值来自于知识。比特币是一种社区行为。来自不同国家的人们聚集在社区中，利用互联网建立秩序。它的意义还来自于对群体的认识。只要大家都相信比特币有价值，并且只存在，那么它就是有价值的，就像法币一样。所以产生价值认同，不一定是国家推动的。比特币改革了一种传递信任的载体和媒介。几千年来，人类社会通过多次血腥战争建立起来的政治权力和知识，现在都是不流血而取得的，只是用了一些电。不是更高级吗？
综上所述，能源和计算能力是设计去中心化、安全的数字货币的必要成本。工作量证明是以分散形式构建安全产权认证系统的唯一方案。所以认为电力是浪费电的人不知道，正是能源和计算能力为比特币安全打造了一个牢不可破的体系。现在比特币的计算能力已经到了非常恐怖的程度，任何人都不可能发动51%的计算能力攻击。POW算法让比特币系统牢不可破。
创造价值的消耗不是浪费。
然而，这么多的计算能力能用来创造更多的价值吗？用FileCoin的话说，工作量证明，还有别的用处吗？
FileCoin是分布式存储行业的明星项目。他的开发团队Protocol Lab就是开发IPFS协议的团队，所以很多人分不清FileCoin和IPFS的区别。可以说是FileCoin的1CO在2017把行业推向了巅峰，也带动了一系列类似的项目。本文无意褒贬这个项目，只想根据自己在这个行业的经历发表一些看法，尽量做到客观公正。希望对从事这个行业的人有一些启发。
白皮书中FileCoin提出要实现一个有用的工作量证明，其实就是识别。要建立一个安全和牢不可破的区块链，就必须消耗工作量。但是，他们不希望为此工作负载所做的计算被完全浪费，所以他们希望利用此工作负载。所以，他们想到的方法是在工作量证书上加上存储空间的利用率。这样，所有节点都必须提供存储空间来存储文件，才能形成* * *知识。这个存储空间可以存储用户数据，很有用。
然后我们来看看FileCoin是如何实现这个有用的工作负载证明的。
Filecoin采用的* * *知识机制不是简单的工作量证明，而是一种叫做期望共识(EC)的机制。和其他主流* * *知识机制一样，矿工争夺某个高度的专属阻挡权是有奖励的。获得阻挡权的矿工称为领袖。每一轮比赛，为了保证账本的可靠性，都有独一无二的领导记账。
换句话说，* * *知识的核心就是选择谁来当领导。一般有两种选择领导者的方式，交互式或非交互式。互动就是矿工们互相投票。比如PBFT就是互动的，几个参加选举的人互相发消息，获得多数票(超过2/3)的人就是领袖。预计* * *会以非互动的方式选择领袖。参与方根本不互相发送消息，而是每个节点独立地、私下地执行操作。最后一个节点说，我赢了选举，然后提供了一个别人很容易验证他确实赢了选举的证明。这种验证方法是零知识证明。
预计* * *知识机制将为区块链网络预设一个期望值。例如，每1个时段产生1个块，但是在一个时段中可以有空块或多个块。所以在Filecoin中，每个高度不是一个块，而是一个叫做TipSet的块集合，其中可能包含多个块。所以Filecoin实际上是一个TipSet链。预计* * *知识不能保证每轮只选出一个领导者，所以一轮可能有多个领导者，所以链式结构就变成了DAG的网状结构。所以FileCoin也会给块赋予权重，实现有效收敛。
FileCoin采用的EC ***知识有一个好处。对于传统的POS ***知识机制来说，有一个主要的问题就是无法控制分叉。换句话说，由于挖矿成本低，参与者可以同时挖多个链条获取利益。而预期知识设计了这一点，就是通过权重和抵押机制来督促矿工选择最佳链，惩罚同时挖多条链的矿工，可以很快促进收敛。由此可见，POW和POS ***将会是一个很好的搭配方式。
每个矿工得到一个块的可能性与其当前在全网总存储量中的有效存储量成正相关。这种期望* * *知识机制其实更像POS的权益证明，只不过是用有效存储比例代替了POS中的权益。但是矿工的有效储存从哪里来？它是通过存储用户数据获得的。如何证明矿工存储了用户的数据，FileCoin创造了一种新的证明机制，叫做后时空复制证明。这个帖子是FileCoin的工作量。用存储有用数据的存储空间代替耗电的计算能力，无意义的军备竞争变成了存储服务市场的竞争。这确实是FileCoin的进步。但要想成功封锁，矿工通过期望知识被选为封锁节点后，必须在一个区块内(现在是45秒)制作一个POST证书并提交成功，才能释放该区块。否则，我们就失去了机会。所以为了保证矿工能在规定时间内走出区块，官方最终决定使用GPU。虽然这个GPU没有像工作量证明一样一直工作，但是在* * *知识的整个实现过程中，还是存在着与工作量证明这一有用思想相违背的能耗计算。
还有，说到预期，我们说每个时代都不是块，而是块，所以时代这个概念很重要。如何驾驭时代？每个矿工在参加选举之前，都需要形成一张票，其实是一个随机数。他需要经历VDF和VRF的过程，VDF的全称是可验证延迟函数。他的计算过程是串行的，需要一定的时间，而这个时间是多核并行无法减少的。这就保证了每个矿工在生产车票时必须消耗的时间，没有人可以通过优化硬件来获得加速。听起来很完美，但是这个VDF根本不存在！现在FileCoin测试网络直接使用等待功能sleep，这是UDF，不可验证的延迟功能。最接近的VDF解决方案现在也需要消耗大量计算资源。说白了还是耗电，不环保。
所以有用的工作量证明，还是只是美好的愿望，理想很丰满，现实却很骨感。被称为下一个比特币的FIL将继续努力实现这种颠覆性的知识。
总结一下FileCoin存储矿工激励的流程:用户存储数据，支付FIL费用-->；矿工存储数据->；生成复制证书-& gt；完成时空证明-& gt；经过EC***的认可，一个领导-& gt；获得打包权-& gt；矿工获得FIL奖励
在这个流程图上，我们可以看到矿工可以在两个地方获得奖励。一种是在存储用户文件时获得用户的FIL奖励。一种是获得区块打包权后再获得FIL。获得块打包权限的前提条件是存储足够的用户数据。所以在存储需求不足的情况下，矿商会向用户收取非常低的费用。在用户不足的情况下，他们甚至会向FIL付费保存数据，只为了能够保存足够的数据，并被选为EC ***知识的领导者，以获得一揽子奖励。这样做的效果是FileCoin非常人性化，存储成本非常低。所以一定会吸引很多应用在这个平台上开发。但是缺点也很明显。如果库容不够大，矿工就无法和别人争夺阻断权，所以得不到奖励。最后，整个平台会向大矿工、大矿池方向发展，这与FileCoin利用所有闲置服务器实现分布式存储的初衷相悖。也就是说，要等到行业有一定规模，技术更加成熟，小矿机才有机会开采。
先简单说一下集中存储和分散存储的优缺点。集中存储设备统一管理，可靠性好，性能高。分散存储数据自然分散，易于流通，容灾性好，但可靠性低。从经济角度来看，集中存储是一项沉重的资产投资，成本很高。分散存储可以通过区块链激励层降低总存储成本，用户可以自己加入，忽略资产。在未来，应用数据的存储和处理将主要是集中存储，而分散存储由于是分布式网络，因此可以主要用于流行数据流量的分配。同时，由于没有集中的所有权，可以作为分散应用的首选。
市场上有一种说法，分散式网络适合冷数据的备份。其实这并不是分散存储的优势，因为把热数据放在分散网络上太不靠谱，处理性能跟不上。所以，如果分散存储能够达到一定的规模效应，大大降低存储成本，以冷数据备份为核心业务，针对今天企业因为成本高而不存储的冷数据，会是一个很好的发展方向。
这样，从技术上来说，分散存储并不一定优于集中存储。如果我们能够实现一种新的模式，将分散的经济激励和集中的存储结合起来，我们就可以吸收两者的优点。真正实现有用的工作量。FileCoin未来可能会贡献给大矿模式的数据中心，可能会更有市场。
11年后的今天，比特币虽然没有实现成为点对点电子支付货币的初衷，但也无法阻止人类购买和拥有它。同样，我相信FileCoin已经得到了足够大的社区、矿工和开发者的支持。即使在可预见的未来不会推动分布式存储应用的全面实现(也许这从来就不是FileCoin的目标)，但我仍然相信，会有很多人因为它的* * *知识而购买并持有它。上升到哲学层面，人类是在为真理买单。
那么在现实生活中，什么有用呢？或者说，我们是在用存储换知识，还是用* * *知识换存储？FileCoin是前者。FileCoin想实现基于存储工作负载的去中心化知识，理论上是完美的，人类要为追求完美付出代价。这就是为什么我们在这个项目上等待了这么长时间。但一旦实现，可能会给人类带来巨大的价值，给市场带来无限的吸引力。
只是放权不是万能的。集权最大的一个好处就是效率高。弱中心化，如dPOS或联盟链，兼顾了两者的优势，可以更快的将应用推向市场，提前启动分布式存储产业，促进分布式存储的应用。所以我们不仅追求把存储当知识用，更追求把知识当存储用，根据实际需要做出自己的选择。在这个过程中，我相信区块链会得到进一步发展和逐步优化，变得越来越有用。