Galalink一期一会｜简析Filecoin的存储服务—扇区

Filecoin经济模式以数据存储为基础，存储矿工在确保链上共识和提供存储方面发挥着核心作用。Filecoin区块链使用区块奖励来补贴链上共识参与和提供可用的存储服务。在今天的一期一会中，我们将简析如何在Filecoin网络上提供存储服务，并阐述用于获取存在于不同机器和设备器上的存储转变为分布式存储网络中的可交易商品的框架和概念，存储服务的提供过程如下图1所示：

图1：矿工的生命周期、在链上创建矿工、获取代币并向网络承诺容量、在达到最小矿工规模时开始出块、与用户进行交易、将承诺容量扇区升级为有交易的扇区并获得额外的交易收入、 声明并修复故障。

一、什么是扇区？

扇区是Filecoin上存储的基本单位，具有标准的大小和明确的承诺时间期限，用来提供数字化的存储服务，类似于全球货运中的集装箱。扇区的大小平衡了网络的安全性和可用性，扇区的生命周期由存储市场决定，并明确该扇区所承诺的期限。

当Filecoin网络中的存储矿工和用户相匹配时，会形成一个交易订单。IPFS协议不会降雨真是用户产生交易的订单和矿工进行自我交易的订单区分开。但是，“承诺容量”架构可以是自我交易变得不必要且在经济上非理性。

如果某个扇区的容量只有部分是交易订单，则网络会将其余部分视为“承诺容量”，同样，没有交易订单的扇区被称作承诺铜梁扇区；矿工仅需要向网络证明他们承诺存储的容量便会获得奖励，协议股咯矿工去寻找存储用户，当矿工挖掘到存储需求时，他可以升级承诺容量的扇区以赚取额外收益，该过程目前涉及重新封装、通过一个密集的计算过程来为存储数据生成一个独一无二的专属标识，未来，升级承诺容量最终无需重新封装即可实现。

承诺容量扇区可以提高矿工存储用户数据的动力，但并不能彻底解决问题。存储真实用户文件会增加存储矿工的运营成本。在某些情况加（如矿工认为区块奖励的价值远超过交易订单产生的价值），矿工会选择完全忽略用户的数据，而只存储承诺容量以获得区块奖励从而提高其存储算力，这必然会降低Filecoin的使用效率，并之约用户在网络上存储数据。Filecoin通过引入已验证用户的概念来解决该问题。已验证用户通过一个分布式的验证者网络进行认证。验证后，他们可以将预定数量的已验证用户交易数据发布到存储市场，具体取决于数据量的大小。与没有经过验证的用户进行交易的扇区相比，已验证用户交易的扇区将获得更多的存储算力，从而可以得到更多的区块奖励，必然为存储矿工提供额外的动力来存储用户数据。

对于拥有真实数据并存储在Filecoin上的参与者来说，得到验证并不困难。验证着可以自由地（负责并透明地）分配已验证用户数据量使参与者更容易加入，从而大大提高了Filecoin中存储的有用数据的比例。

图2：交易类型及其对扇区质量的影响。值得一提的是，扇区质量在扇区的生命周期内并不会 发生改变。扇区质量是扇区内不同订单及其质量倍数按时空占比的加权平均值。

并非所有的扇区对网络有相同的效用，根据其存储的有价值数据可区分开不同的扇区及质量。更高质量的扇区可以分配到更多的补贴，为了量化扇区对网络共识机制的贡献，可参考下述相关参数：

- 扇区时空：由扇区大小乘以扇区承诺周期（以字节纪元byte-epoch为单位）决定。

- 交易订单权重：此权重将交易订单所占时空转换为共识算力。一个扇区中已验证用户 的交易订单所占权重则称为已验证交易订单权重，并大于普通交易订单权重。

- 交易订单质量倍数:不同交易订单的类别（承诺容量、普通交易和已验证用户交易）有不同的质量倍数以此区别奖励。

- 扇区质量倍数：扇区质量是在激活扇区时分配的（矿工开始证明他们正在存储文件的纪元）。扇区质量倍数计算为交易质量倍数（承诺容量、普通交易和已验证用户交 易）的平均值，并以每种交易类型在该扇区中所占的时空量来加权，公式如下：

- 原始字节算力：扇区的原始字节，其扇区大小。

- 加权字节算力：原始字节算力 * 扇区质量倍数。这也是共识算力。

目前协议中承诺容量和普通交易订单的乘数让自我交易变成不理性行为。未来，根据其他纺织自我交易共计发生的方式出现，可能会取不同的值。

赋予“已验证用户交易”的更大的质量倍数和简便的验证过程反而可以促进矿工算力的去中心化。与其他基于工作量证明的协议（如比特币）不同，对网络的集中控制并非仅单纯地根据新加入者鞋垫的资源来决定。在Filecoin中，积累控制要么需要海量资源，要么需要大量 已验证用户和已经逐步中心化控制网络的矿工进行交易来增加其影响力。已验证用户机制为纯资源驱动的网络增加了一层社会信任。只要该过程公正且透明，并愿意承担责任和有限的信任 ，就可以遏制并最大程度地减少滥用。较大的质量倍数可以为用户推动存储提供者构建对整个网络有用的性能并为增加网络长期价值提供杠杆。随着社区不断学习和改进此过程，验证过程和数据量分配将随着时间的推移而发展。上图1显示了具有各种内容的扇区及其各自的扇区质量。

二、扇区封装

通过复制证明（PoRep）来封装扇区是一个计算量密集的过程，会生成该扇区独一无二的标识码。一旦数据被封装，存储矿工将生成证明，运行SNARK来压缩证明；最后，将压缩后的结果提交到区块链，作为存储承诺的证明。基于PoRep算法和协议的安全性参数，成本和性能特点会有所不同，因此必须在封装成本、安全性、链上占用空间、检索延迟等方面进行权衡。 但是，可以使用商用硬件来封装扇区，并且预计封装成本会随着时间的推移而降低。Filecoin 协议将与Stacked Depth Robust (SDR) PoRep一起启动，并计划升级到Narrow Stacked Expander（NSE）PoRep，从而改善成本和检索延迟。下图3说明了这两种PoRep算法的权衡和特点，指明其未来的研究方向。

图3：不同复制证明的成本和性能特征图示，将Stacked Depth Robust (SDR)复制证明 与 Narrow Stacked Expander (NSE) 复制证明做比较。

三、扇区的生命周期：

一旦扇区生成并将交易订单提交到Filecoin区块链上，存储矿工即可在扇区上生成时空证明（PoSt）来赢得获得区块奖励的机会并赚取存储费用。参数的设置使得矿工需要确保扇区在原始合约有效期内必须稳定才能产生并获取更高收益。为了提高网络性能，Filecoin对扇区的生命周期设置了一些限制，随着生命周期较短的扇区加入网络，网络可能会遇到容量瓶颈。这是因为链的带宽被新的扇区占用，而新的扇区取代了过期的扇区容量。因此，最短扇区生命周期被设置为6个月，以便更有效地利用链的带宽。另外，矿工也会有激励去承诺生命周期更长的扇区，最长扇区生命周期则受到当前证明结构的安全性限制。对于给定的一组证明和参数，预测显示，Filecoin的复制证明（PoRep）的安全性会随着扇区生命周期的增加而降低。网络计划定期更新算法以提高网络的寿命和效率。网络的未来改进将包括不设限制的扇区生命周期的安全证明 ，但是协议的第一次迭代暂不涵盖这一功能。

协议的第一次迭代支持32GiB和64GiB扇区。最长的扇区生命周期由证明算法确定，初步而言最长扇区生命周期为18个月。当有新的证明或新的交易功能时这些参数还会不断调整。

扇区在其生命周期结束时会自然到期。矿工也可以延长其扇区的周期。矿工完成了承诺后才可以获得区块奖励并取回初始质押。

运营风险和故障在存储业务中很常见。因此，激励存储提供者主动向链上报告故障，尽快修复故障以维护网络用户的存储十分必要。没有这种激励措施，就无法将矿工的真实硬件 故障与恶意行为区分开，这也符合公平对待矿工的原则。故障费用的多少取决于故障严重程度 以及矿工从该扇区获得的收入，以确保与激励机制兼容。扇区存储故障费用的三种类型为：

- 扇区故障费：当扇区处于故障状态时，每天按扇区支付此费用。费用的数额略大于该扇区的预期收入。如果一个扇区连续两个星期以上仍存在故障，则该扇区将支付终止费并从链上删除。对于有故障的扇区，此费用的初始价值为2.14天的区块奖励。当存储矿工的可靠性提高到合理阈值以上时，这些费用带来的风险将迅速降低。

-扇区故障检测费：如果矿工未如实报告故障，而是链上发现了扇区故障，这是发生故障时支付的一次性费用。考虑到PoSt检查的概率，费用是特定扇区能够获得的5天区块奖励。

- 扇区终止费：通过自动故障检测或矿工作出决定在扇区到期之前终止扇区。收取的终止费原则上等于该扇区到目前为止已赚取的收入，但是有一个上限以鼓励承诺时间更长的扇区。在主动终止中，矿工决定违约并停止挖矿，支付终止费而离开。在故障终止中，一个扇区处于故障状态的时间过长（14天），链将终止交易并退还用户剩余订单费用和惩罚矿工支付此费用。目前，每个扇区终止费的上限是该扇区将 获得的90天区块奖励。矿工有责任遵守当地法规，有时可能需要接受终止费来遵守法律法规。

上述许多概念和参数都用到“一个扇区一天的收益”的概念来理解和调整对参与者的激励措 施。此概念会在链上得到追踪和推算。下图4展示示了扇区生命周期的一个简化流程：

图4：扇区生命周期的图示，包括该扇区与交易的打包、作为初始化该扇区的一部分复制证明 （PoRep）、为证明持续存储而生成的时空证明（PoSts）以及两种可能的最终状态。

本文来源：Galalink
原文标题：Galalink一期一会｜简析Filecoin的存储服务—扇区

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编译者/作者：Galalink

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