前世今生丨协议实验室团队展望Filecoin

编译：华科闪云

原文链接：https://research.protocol.ai/blog/2020/a-research-perspective-on-filecoin-part-two/

今天，让我们来看看Filecoin发布时的技术前景：

后比特币时代

比特币的到来使分布式账本技术的发展迅速蓬勃发展，开创了现代区块链时代。在此期间，基础技术和重叠应用领域都出现了许多创新。

比特币的实际突破是其工作量证明共识算法，该算法创建了一个可靠的系统，用于管理和跟踪分布式系统中的令牌所有权。这是一个类似于打破跑步中的四分钟一英里的局限：一旦确定切实可行的解决拜占庭将军问题的可行方案，区块链开发人员便立即开始对共识问题进行进一步的创新。

基于工作量证明共识协议（Ethash）推出的以太坊（白皮书，2013）;?该网络打算转换为Eth 2.0中的权益证明协议。以太坊明确地展望了区块链网络作为去中心化应用程序平台的潜力，从而帮助建立了去中心化文件存储市场以及其他新颖的区块链应用程序。以太坊的区块链即平台模型创建了一个充满活力的第三方dApp生态系统（去中心化应用程序），并激发了一些关于去中心化网络（包括Filecoin）可以支持的应用程序类型的创新思维。

2014 Filecoin白皮书

Filecoin的第一个版本是一种加密货币和文件存储网络，可将数据存储外包给服务提供商的分布式网络，于2014年发布。Filecoin的目标是使数据广泛且廉价地获得，并重新部署浪费的计算资源来执行有用的工作。要实现这一愿景，就需要在网络的协议和服务层上进行创新，Filecoin的主要概念发展之一就是使通过共识达成的有用工作与网络的目的相关：存储和检索文件。

在2014年的提案中，Filecoin有用的存储服务位于比特币式的工作量证明共识之上：除了解决密码难题之外，Filecoin矿工还将完成可恢复性证明，以确保他们正在存储特定文件。2014年的白皮书指出，工作量证明的包含是次优的，并以提出从Filecoin协议中删除工作量证明共识的建议作为结尾。这种构想构成了未来几年Filecoin证明系统上大部分工作的基础。

2017 Filecoin白皮书

2017年，协议实验室发布了Filecoin，这是2104年的白皮书中首次设想的分散式存储网络和市场。2017年Filecoin建筑在2014年前身的基础上，引入了几个重要的概念和技术进步:

1.打造一个日益增长的生态系统

2014年至2017年间，Filecoin网络相关的最重大的进步之一是通过不同的技术实现的：IPFS的发布——用于在分布式文件系统中存储和共享数据的对等超媒体协议。2015年。IPFS（白皮书）用作内容寻址实际应用的概念验证：通过数据的内容（通过哈希指纹）而不是其在网络中的位置来引用数据。IPFS中的内容寻址使对等方可以本地交换数据（这是Filecoin存储模型中央的数据访问分散化的重要组成部分），而无需连接到中央集线器。与IPFS的合作还有助于Filecoin开发人员提供有关市场结构和激励措施以及隐私保护的数据和直觉。

IPFS以及以太坊的存在也创造了对Filecoin的市场需求。因此，2017年白皮书建立了Filecoin模型的加密经济基础，正式将Filecoin网络描述为去中心化存储网络，并引入了可验证的存储和检索市场的概念。这些创新使Filecoin成为了在开放市场中进行交互的技术社区的一部分。

除了对Filecoin在更广泛的分散服务经济中的地位进行创造性思考外，这一时期对Filecoin核心技术进行了重大重新构想。通过查看对证明系统和共识机制所做的更改，我们可以了解这段时间对Filecoin协议所做的改进的程度。

Filecoin证明系统

2017 Filecoin的构造描述了两个新的存储证明：复制证明（PoRep）和时空证明（PoSt）。这些证明的动机是希望在Juels和Kaliski和Shacham and Waters开发的可证明数据拥有（PDP）领域以及可恢复性证明领域中开展工作，以提供更好的保护以防止Sybil攻击，外包攻击和发电攻击。Filecoin的PoRep（复制证明）允许存储提供者（Filecoin网络上的矿工）验证性地证明他们正在将数据副本存储在物理上独立的位置。Filecoin的PoSt（时空证明）算法用于证明在商定的整个时间段内都存储着特定的数据副本。时空证明算法是本质上有用的工作量证明的基础，这是2014 Filecoin白皮书中明确提出的目标之一。

2.重构共识

Filecoin协议的核心进步之一在于其共识机制-网络节点就网络状态达成一致的方式。与比特币形式的共识相比，Filecoin共识具有两个效率优势：运行成本低于比特币；该协议激励能源“重新获得”，需要是为真实客户提供经过密码验证的真实数据云存储，而不是直接用于区块链维护。

当前Filecoin共识还代表着对2014 Filecoin白皮书中描述的系统的创新。2017年Filecoin提案提出了一项基于有用工作的共识协议，其中选择矿工来创建新区块的概率与其相对于网络其余部分的活动存储成正比。此新的共识协议旨在激励矿工投资存储能力，使他们的激励措施与网络目标保持一致，并允许将存储证明计算重新用于参与共识，从而提高矿工的效率。系统。矿工提交给网络的时空证明可用于计算矿工能力，从而使Filecoin中的能力公开且可公开验证。

共识经济学的这些技术进步是由加密经济学方面的大量概念性工作提供动力的，尤其是激励措施的协调一致：Filecoin的领导人选举及其基于有益工作的整体奖励制度创建了一个激励措施，使矿工和客户保持一致，网络的目标是：提供有用的存储空间。

建设未来

2020年10月，Filecoin网络爆炸式地出现在区块链领域，为新生的Web 3.0空间引入了令人兴奋的新技术配置和激励措施。但是，并不意味着构建安全高效的数据存储技术的工作已经结束：研究人员已经在Filecoin的开发工作中开辟了一个新阶段，将现实世界的数据集成到研究和部署周期。

预测和塑造新技术的轨迹是一个复杂的过程。协议实验室的研究人员，包括CryptoLab，ResNetLab和即将成立的ConsensusLab的成员，以及更广泛的研究社区，对研究领域有一些想法，这些想法将来可能会引起关注：

zk-SNARKs目前是活跃研究的焦点，包括使用SNARK聚合技术和设计新的矢量承诺方案以减少Filecoin SNARKs中Merkle树的成本。研究重点包括为涉及多方计算（MPC）的SNARK设计更好的系统，该技术允许网络中的多个节点在其输入上共同计算功能，同时将这些输入保持私有。

VRF（可验证的随机函数）可实现可公开验证的确定性预先承诺。在Filecoin中，VRF用作验证矿工存储数据完整性的系统的一部分。Filecoin中产生的每个块都包含从两个随机性源（VRF和drand随机性信标）中提取的值。矿工提交有关其存储数据的证据，并结合在特定时期添加的对随机性的引用，以确保矿工在特定时间点生成证据。VRF的未来工作将改善随机性产生系统。

VDF（可验证的延迟功能）在某些硬件假设和少量要求的情况下，保证了随机延迟。VDF在公共随机信标，共识协议的领导者选举以及复制证明中发挥作用。VDF目前尚未在Filecoin规范中实现，但它是一个活跃的?研究领域。

当原始数据被编码到副本中并提交到区块链时，Filecoin的复制证明步骤将生成深度有力图（一种有向无环图结构的一种形式）。DRG的工作是对证明系统和图形结构正在进行的研究的一部分。

向量承诺是Filecoin可验证的去中心化存储模型的重要组成部分，它是使秘密的预先承诺能够稍后透露的加密原语，是Filecoin可验证的分散存储模型的重要组成部分，新的向量承诺技术是CryptoLab研究的活跃领域。

BLS签名是数字签名的一种形式：一种用于验证数字数据真实性的方案。drand随机信标使用阈值BLS通过组合由参与者独立产生的各个部分签名来共同计算签名。安全的协作计算是不可偏性的重要组成部分，也是未来研究的主题。

当然，这并不是Filecoin项目未来研究方向的详尽列表。正如密码学家和区块链专家Dan Boneh在Filecoin Liftoff Fireside聊天中指出的那样，区块链是“部署密码工具的绝佳测试场”，部分原因是“区块链的变化速度更快。”

我们研究社区中的人们为推动突破而感到兴奋，这些突破将加速Filecoin网络的发展。但是，真正的技术促进因素将是Filecoin不断被更广泛的Web 3.0社区广泛采用，从而使研究与现实联系起来，从而创建新技术和应用程序。

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编译者/作者：华科闪云

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