Filecoin网络共识机制探索之路

自区块链技术诞生以来，共识机制就是区块链技术的核心。 目前所有的区块链项目都必须围绕这个来运作，这是由区块链本身的技术特性决定的。 Filecoin也是利用区块链技术打造的项目，自然绕不开共识机制。 V|杰森博迪

不同于工作量证明机制（PoW），在工作量证明机制中，大量的算力只能用于维护网络安全，不能对网络产生其他贡献。 在 Filecoin 系统中，矿工时刻需要生成时空证明。 我们也可以通过时空证明来统计每个矿工对整个网络的贡献，然后以此为基础设计共识机制。 他的共识机制叫做预期共识（EC），Filecoin区块链其实不是绝对意义上的链，而是DAG。 期望是，从数学的角度来看，最好的状态是 Filecoin 一次只会产生一个块。 当然，可能有多个，也可能没有。 因此，主链周围会分布一些小的分支，但它们都是账本的一部分。 下面我们就来详细说说。

目前，比特币等传统共识机制消耗了大量能源比特币采用共识机制，但其作用无非是维护区块链系统的安全，一直饱受诟病。 Filecoin正在努力探索更合理的共识机制，在保证安全环保的同时发挥更大的价值。 在此之前，并不是没有其他区块链尝试探索其他路径，比如将PoW机制中验证前导零的工作改为发现新的素数，以太坊要求矿工在进行证明时运行脚本-工作。 这些都是有价值的改进，但仍然存在巨大的能源浪费。

Filecoin给出的解决方案是根据其当前使用的存储空间占全网存储空间的比例来确定的，称为预期共识。 这样，矿工更愿意投资更大的存储空间而不是更大的计算能力。 矿工提供存储空间，矿工之间相互竞争更大的存储空间，有利于维护Filecoin DSN。

对于Filecoin，共识机制需要解决三个问题：

1.计算矿工的存储算力。

2.确定每个矿工的时空证明。

3.运行EC共识机制。

存储算力：Filecoin定义了挖矿存储算力模型，主要考虑

1、存储算力的计算是透明的。 每个矿工的存储算力和全网存储算力总量都是公开的，可以随时通过区块链订单簿查看，完全公开。

2.有效性。 矿工需要在一定时间内生成存储证明，因此通过验证区块链的存储证明，任何节点都可以验证存储算力的计算是否合法。

3. 灵活性。 任何时候，矿工都可以轻松地提交报价以增加新的存储空间来接受更多的订单来增加他们的存储算力。

虽然 PoW 也符合以上三个特点，但 EC 机制在透明度上比 PoW 机制更好。

时空容量证明：每达到一定的区块高度比特币采用共识机制，矿工需要提交一个存储证明，而成功提交一个时空证明需要全网大部分存储算力来验证其合法性。 每产生一个新的区块，就会更新当前的分配表，时空证明容量的计算只需要查询和验证记录即可。 具体来说，有两种方式。

1.全节点验证。 全节点验证会保存完整的区块链日志，全节点验证需要先回到当前区块一次，然后再参考此时的分配表。

2.简单的存储验证。 有些矿工不保存完整的区块数据，这些矿工或节点称为轻节点。 具体验证见下图。

EC共识机制：Filecoin记账节点采用类似权益证明的方式。 Those nodes that provide more effective storage will have a greater probability of winning the election and at the same time obtain the bookkeeping right of the next block. 这种共识机制称为预期共识。 矿工需要不断生成时空证明来保证自己存储文件的备份，每个存储证明同时为下一个区块产生投票。 EC共识机制具有三个特点。

1. 公平。 每个参与者每次选举只有一次机会，最终成功率与存储算力比例基本一致。 在预期方面，存储算力和成功率是对等的。 为网络做出贡献的节点越多，他们就越有可能被选为记账矿工。

2.不可伪造。 验证信息由矿工私钥签名，他人无法伪造。

3. 可验证性。 The space-time proof of the elected leader node will be submitted to other nodes for verification to ensure that the signatures are consistent, the storage proofs are consistent, and the block generation conditions are met. 任何人都可以很容易地验证这个过程。