概述:

WinningPoSt是Filecoin网络奖励存储提供者的机制,旨在构建一个平安、高效、可靠地漫衍式存储网络。

Winning代表出块权,Post就是在获得出块权时需要提交的时空证实。当存储提供者通过EC共识的leader竞选算法乐成赢得出块权后,便要举行WinningPoSt挑战。WinningPoSt挑战的谜底必须在短时间内提交,使得存储提供者来不及通过密封找到挑战的谜底,以此保证挑战者存储了指定数据副本。证实谜底会放进区块中,每个乐成确立区块并被主链认可的存储提供者会获得FIL奖励,而且在区块中打包新闻,可以收取其他Filecoin介入者的用度。若是存储提供者未能实时提交时空证实,便会失去本次打包区块的时机,但不会受到任何责罚。

本文将详细剖析Lotus代码中WinningPost以及EC共识的设计。

源码剖析

(基于Lotus v1.11.1)

1. 启动

使用lotus-miner init初始化一个miner,该miner将主要认真两个义务,一个是worker的调剂,另一个Mining协程就是认真出块(WinningPoSt)。

2. m.mine()

type MiningBase struct {

   TipSet     *types.TipSet

   NullRounds abi.ChainEpoch //从Base到当前高度,没有发生区块的轮次数

}

go  m.doWinPoStWarmup()   //叫醒WinningPoSt,log纪录本次叫醒时长

For {

  For {

    •Prebase = GetBestMiningCandidate   //获取最优Tipset

    •若是base和prebase的高度、nullrounds相同,则退出循环举行出块   //若是此时拿到的不是最优Tipset,出块会形成孤块

    •waitFunc   //守候一个网络流传延迟

    •api.BeaconGetEntry(prebase.TipSet.Height()+prebase.NullRounds+1)  //守候能够获得最新回合的随机信标

    •Base = prebase 

  }

  b = m.mineone()    //竞选Winner

  SyncSubmitBlock(b) //将新确立的区块通过PubSub同步到网络上

}

首先,Filecoin是一个由Tipset组成的链,一个高度对应一个Tipset,Tipset包罗了对应高度天生的区块,现在一个高度预期出块数约为5,若是在一个高度没有人出块,则称为空Tipset。

Mine函数使用了两层循环,内里一层是为了获取最优Tipset,最优Tipset是指从当前轮次向前推,上一个非空的完整的Tipset,称为base,每有一个空Tipset,base.NullRounds加1。但由于发生空Tipset(即在该轮次全网没有人出块)的概率异常低,一样平常情形下NullRounds值为0。外层是获取最优Tipset后最先竞选Winner,竞选的乐成率基于泊松漫衍,若是竞选乐成并确立区块同步到网络上,该区块被主链认可后,便能获得FIL奖励。

3. m.mineone()

//获取Base的基本信息,包罗Miner和全网算力、需要抽取的sector信息、用于天生随机数的Beacon

MinerGetBaseInfo() 

       //获取900个高度前的Tipset

       GetLookbackTipSetForRound 

computeTicket()

       //依次写入base回合随机信标、加密类型、上一轮次和Miner地址盘算Hash

       Store.DrawRandoness

       ComputeVRF  //使用私钥给Hash值署名,天生一段可验证的VRF输出

IsRoundWinner()

       //依次写入本轮的随机信标、加密类型、当前轮次和Miner地址盘算Hash

       Store.DrawRandoness 

      //若某Miner乐成赢得选举提交区块,其他Miner可以通过提交的VRF输出判断winner是否相符条件

      ComputeVRF 

      //盘算赢得的奖励数,算法基于泊松漫衍

      ComputeWinCount(MinerPower,NetworkPower)

      //抽取一个Sector,并盘算该Sector上的66个叶子的CommR

      ComputeProof()

api.MpoolSelect() → CreateBlock() //重新闻池中挑选一些Message打包成区块

MinerGetBaseInfo获取用于出块的基本信息,需要注重的是其中GetLookbackTipSetForRound获取了900个高度前的谁人Tipset,由于此时可以以为该Tipset在链上的状态是稳固的,险些不能能处于分叉链上。用于出块的Miner算力、全网算力、抽查扇区和worker均是基于900个高度前的Tipset,而不是当前的情形。

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其中抽查扇区逻辑使用cgo挪用rust函数generate_winning_post_sector_challenge实现,详细如下:

let mut hasher = Sha256::new();

hasher.update(AsRef::<[u8]>::as_ref(&prover_id));

hasher.update(AsRef::<[u8]>::as_ref(&randomness));

hasher.update(&n.to_le_bytes()[..]);

let hash = hasher.finalize();

let sector_challenge = LittleEndian::read_u64(&hash[..8]);

let sector_index = sector_challenge % sector_set_len;

其将prove_id、随机数和抽查扇区类型做sha256的hash盘算,盘算效果与扇区数取模,获得效果就是抽查的扇区ID。

这里选择抽查扇区ID时引入了随机数,随机数的天生基于DRand协议。DRand是一个公然的可验证随机信标协议,使用基于BLS的(t,n)-阈值署名方案。简朴来说,就是天生n份署名,只需要网络到其中t份署名就能重构出完整的BLS署名,Filecoin使用blake2b散列算法将署名转换为一个256bit的字符串。drand轮数和Filecoin高度之间存在映射关系,在winning竞选前,MinerGetBaseInfo函数以当前高度和base高度为入参,获得相对应的DRand轮数来获取随机信标。若是DRand信标中止则会打断Filecoin区块的发生,时代Miner只能宣布空块。不外DRand分发恢复后会快速发生drand值遇受骗前回合,从而快速的恢复Filecoin区块生产。

ComputeTicket获得的Ticket存放到确立的区块中,用于该区块在Tipset中的排序,Ticket最小的优先级最高,其打包的新闻会被优先执行。

ComputeProof会挪用Rust函数fil_generate_winning_post天生时空证实。该函数也引入了随机数,以从上述ID对应的扇区抽查随机的66个叶子节点,验证是否可以准确盘算出CommR和Merkle树根。

EC共识

区块链天下中,千万万万个Miner夜以继日的事情为的就是取得出块权,分配出块权的机制称为共识,像Bitcoin使用的是PoW事情量证实,谁先算出哈希难题,谁就有权出块获得奖励。

上面的mineone代码逻辑中包罗了Filecoin中最为主要的共识协议称为EC共识(Expected Consensus)。EC共识接纳非交互的方式来选举leader,即每个节点私下举行运算,若是运算乐成,提交一个证实即可。在每个Epoch最先时,所有的存储提供者都市运行一次leader选举,选举中它们做的是统一道题,盘算量不大,只是每小我私人的参数差异,预期指定数目的介入者代入参数后谜底不为0,竞选乐成获得出块权。EC共识保证了竞选获胜者是随机的,获胜的几率仅仅与他们自身的算力巨细相关,现在每一轮全网预期获胜数为5,而且EC共识的盘算量很小,是一个绿色环保的共识机制,使得存储提供者更愿意投入存储空间而不是盘算力。

1. 泊松漫衍

X遵守参数为λ的泊松漫衍,则概率漫衍为

期望E(X)= λ,λ很小时的泊松漫衍图像如下

2. ComputeWinCount函数

Lhs  = blake2b.Sum256(ep.VRFProof).Int   //获取一个随机数,位于[ 0, 2^256)

λ = power/totalpower * 5  //λ很小时,泊松漫衍图像如上图所示

Rhs(j) = 1-P(X=0)-p(X=1)-…-p(X=j)   * 2^256

for( j=0; Lhs<Rhs(j) && j<15; j++);

Wincount = j;

代码的逻辑是当Lhs>=Rhs(j)或j>=15时退出循环, Wincount = j

不难明白,wincount=0概率为p(0),以此类推,wincount=i的概率为p(i)

∴ Wincount ~ P(λ)

3. WinCount

E(Wincount(p)) = λ = p/t  * 5

矿工的算力越大,获得的Wincount期望越高

E(Wincount(2p)) = 2p/(t+p)∗5≈2p/t∗5=2E(Wincount(p)) 

由于单个矿工的算力相对于全网总算力异常小,以是wincount的期望与矿工的算力线性相关,矿工拆分算力获得的奖励和不拆分获得的奖励险些是一样的

又设单个旷工算力为Pi ,则全网wincount总期望为

以是每个Epoch全网预计wincount为5

4. 出块率

当Wincount≠0时,Miner便能获得出块权。Wincount >0时,Miner虽然只出一个块,但可以获得多份奖励,Wincount的和会被计入Tipset的权重中

9月8日全网总算力为10.4388EiB,得出块率和算力的关系图像如下

当Miner算力小于500PiB时,出块率和算力巨细险些成正比,每PiB获得出块权的概率约为0.00046。随着全网算力连续增进,单P出块率正连续下降。以8月8号为例,当日全网算力为8.77EiB盘算适合日单P出块率为0.00054,仅仅一个月的时间,单P产量就下降了15%,另外当前全网存储总量已经跨越了基线要求,有用算力高速增进致使出块的奖励也在削减,以是越早加入Filecoin网络,获取的收益率越高。

5. 共识错误责罚

出于利益,存储提供者可能会选择无视共识协议,试图分叉链,影响协议的公正性。为此,Filecoin为共识错误攻击设置了相当严重的责罚。

如在统一个区块高度延续宣布多个区块,就可能触发共识攻击责罚。凭证合约ReportConsensusFault,一旦泛起共识错误攻击,所有网络节点均可讲述,磨练属实将会导致攻击者接下来7.5个小时不能出块,pre新闻不能上链,并扣除一个区块奖励,举报者可以获得责罚的1/20。

总结

Filecoin中每30秒存储提供者竞争一次出块权,全网预期赢得的区块奖励数为5。每个存储提供者出块的几率仅与自身的算力巨细相关,当算力小于500PiB时,出块率和算力巨细险些成正比。此外,存储提供者拆分算力和不拆分获得的奖励险些是一致的。获得出块权后需要对一个随机扇区的随机66个叶子节点举行验证,并挑选新闻打包区块同步到网络上,被主链认可后便能获得区块奖励。

Filecoin使用了绿色环保的EC共识机制,有用的激励存储提供者起劲封装算力,为漫衍式存储的未来不停添砖加瓦。而现在单P产量正处于快速下降中,对于存储提供者来说,越早的加入Filecoin网络才气获得更高的收益率,而对于整个项目来说,这解释正有越来越多的人介入到Filecoin网络的建设,有助于项目的耐久生长和价值提升,未来的事态也越发令人期待!

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