INE:星际联盟解读 Filecoin中的WinningPoSt是什么？区块奖励是如何产生的？

概述:

WinningPoSt是Filecoin网络奖励存储提供者的机制，旨在构建一个安全、高效、可靠地分布式存储网络。

Winning代表出块权，Post就是在获得出块权时需要提交的时空证明。当存储提供者通过EC共识的leader竞选算法成功赢得出块权后，便要进行WinningPoSt挑战。WinningPoSt挑战的答案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答案，以此保证挑战者存储了指定数据副本。证明答案会放进区块中，每个成功创建区块并被主链认可的存储提供者会得到FIL奖励，并且在区块中打包消息，可以收取其他Filecoin参与者的费用。如果存储提供者未能及时提交时空证明，便会失去本次打包区块的机会，但不会受到任何惩罚。

本文将详细分析Lotus代码中WinningPost以及EC共识的设计。

源码分析

(基于Lotusv1.11.1)

1.启动

使用lotus-minerinit初始化一个miner，该miner将主要负责两个任务，一个是worker的调度，另一个Mining协程就是负责出块。

2.m.mine()

typeMiningBasestruct{

??TipSet???*types.TipSet

??NullRoundsabi.ChainEpoch//从Base到当前高度,没有产生区块的轮次数

}

go?m.doWinPoStWarmup()??//唤醒WinningPoSt,log记录本次唤醒时长

《星际迷航》演员发布NFT“Infinite Connections”:金色财经报道，《星际迷航》演员William Shatner 在CoinDesk的Consensus 2023会议上正式发布了他的NFT“Infinite Connections”。

Infinite Connections包括两个系列，一个系列是《宇宙探索者》，另一个系列是《永恒的航海家》，其中包括1000张未来科技和宇宙的2D艺术作品的NFT。（Coindesk）[2023/4/28 14:32:06]

For{

?For{

???Prebase=GetBestMiningCandidate??//获取最优Tipset

???如果base和prebase的高度、nullrounds相同，则退出循环进行出块??//如果此时拿到的不是最优Tipset，出块会形成孤块

???waitFunc??//等待一个网络传播延迟

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

???Base=prebase?

?}

?b=m.mineone()??//竞选Winner

?SyncSubmitBlock(b)//将新创建的区块通过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包含了对应高度生成的区块，目前一个高度预期出块数约为5，如果在一个高度没有人出块，则称为空Tipset。

《星际特工》Valerian NFT将于7月10日北京时间今晚8点上线:据最新官方消息，Valerian NFT将于7月10日北京时间今晚8点在官网和Binance NFT同时上线第一轮销售，每个NFT地板价为0.25 ETH，数量共6499个（其中官网预售轮999个，白名单轮晚上8点到11点4000个，币安NFT市场1500个）。一个白名单只可Mint1-2枚NFT，Mint完成后即可在OpenSea和Binance NFT市场进行交易。第二轮公募时间与价格待定。

据悉Valerian NFT总量9999个，将作为Share Labs生态的社交凭证和星际特工俱乐部的入场券，持有Valerian NFT可获得Share Labs生态的众多权益，例如享有未来Share Cookies SC Coin空投、Share Labs平台VIP PASS卡等众多权益。[2022/7/10 2:03:52]

Mine函数使用了两层循环，里面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。但由于产生空Tipset的概率非常低，一般情况下NullRounds值为0。外层是获取最优Tipset后开始竞选Winner，竞选的成功率基于泊松分布，如果竞选成功并创建区块同步到网络上，该区块被主链认可后，便能得到FIL奖励。

3.m.mineone()

//获取Base的基本信息，包括Miner和全网算力、需要抽取的sector信息、用于生成随机数的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地址计算Hash

欧漫《星际特工》Valerian NFT将于7月10日前发售:6月17日消息，欧漫《星际特工》Valerian NFT所有NFT特性组件和元数据都已更新为IPFS，将于7月10日前发售，同时将启动Web3.0。此外，其生态第一个基于创造者经济的Web 3.0社交网络聚合器将于近期公布。

Valerian NFT是基于欧洲漫画《星际特工》IP推出的系列NFT。据悉，Valerian NFT总量为9999个，将在Binance NFT、Valerian官网同步发行。[2022/6/17 4:35:23]

????Store.DrawRandoness

????ComputeVRF?//使用私钥给Hash值签名，生成一段可验证的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地址计算Hash

????Store.DrawRandoness?

???//若某Miner成功赢得选举提交区块，其他Miner可以通过提交的VRF输出判断winner是否符合条件

???ComputeVRF?

???//计算赢得的奖励数，算法基于泊松分布

???ComputeWinCount(MinerPower,NetworkPower)

???//抽取一个Sector,并计算该Sector上的66个叶子的CommR

???ComputeProof()

api.MpoolSelect()→CreateBlock()//从消息池中挑选一些Message打包成区块

MinerGetBaseInfo获取用于出块的基本信息，需要注意的是其中GetLookbackTipSetForRound获取了900个高度前的那个Tipset，因为此时可以认为该Tipset在链上的状态是稳定的，几乎不可能处于分叉链上。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，而不是当前的情况。

Filecoin官方：星际联盟宣布投资13亿美元建设中国最大的Filecoin分布式存储产业园:4月16日消息，Filecoin官方发布最新文章《星际联盟宣布投资13亿美元建设中国最大的Filecoin分布式存储产业园》，该产业园位于江西省抚州市高新区，由星际联盟与江西省抚州市政府共同合作筹建，总投资85亿元人民币（13亿美元），占地160亩（26.3英亩），建成后将成为中国最大的IPFS和Filecoin分布式存储基础设施项目。

星际联盟在云存储和互联网领域深耕十余年，已与阿里云、七牛云、华为、AMD、英特尔、希捷、西数、新华三等行业巨头建立深度战略合作关系，力图构建分布式存储最强产业生态。[2021/4/16 20:26:21]

其中抽查扇区逻辑使用cgo调用rust函数generate_winning_post_sector_challenge实现，具体如下：

letmuthasher=Sha256::new();

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

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

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

lethash=hasher.finalize();

letsector_challenge=LittleEndian::read_u64(&hash);

letsector_index=sector_challenge%sector_set_len;

其将prove_id、随机数和抽查扇区类型做sha256的hash计算，计算结果与扇区数取模，得到结果就是抽查的扇区ID。

这里选择抽查扇区ID时引入了随机数，随机数的生成基于DRand协议。DRand是一个公开的可验证随机信标协议，使用基于BLS的(t,n)-阈值签名方案。简单来说，就是生成n份签名，只需要收集到其中t份签名就能重构出完整的BLS签名，Filecoin使用blake2b散列算法将签名转换为一个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，得到相对应的DRand轮数来获取随机信标。如果DRand信标中断则会打断Filecoin区块的产生，期间Miner只能发布空块。不过DRand分发恢复后会快速产生drand值赶上当前回合，从而快速的恢复Filecoin区块生产。

星际资本、JD Labs等战略投资Deipool:据官方消息，近日，星际资本、JD Labs（极豆实验室）宣布战略投资跨链Defi去中心化金融生态系统——Deipool，各方还将结合自身优势在全球打造DeFi生态系统，为用户提供完备的去中心化金融基础设施。据了解，Deipool将基于DAO的社区治理方式，打造一个集去中心化钱包、借贷、交易、预言、资管等DeFi技术设施为一体、跨链的金融服务生态系统。[2020/8/30]

ComputeTicket得到的Ticket存放到创建的区块中，用于该区块在Tipset中的排序，Ticket最小的优先级最高，其打包的消息会被优先执行。

ComputeProof会调用Rust函数fil_generate_winning_post生成时空证明。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，验证是否可以正确计算出CommR和Merkle树根。

EC共识

区块链世界中，千千万万个Miner夜以继日的工作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工作量证明，谁先算出哈希难题，谁就有权出块得到奖励。

上面的mineone代码逻辑中包含了Filecoin中最为重要的共识协议称为EC共识(ExpectedConsensus)。EC共识采用非交互的方式来选举leader，即每个节点私下进行运算，如果运算成功，提交一个证明即可。在每个Epoch开始时，所有的存储提供者都会运行一次leader选举，选举中它们做的是同一道题，计算量不大，只是每个人的参数不同，预期指定数量的参与者代入参数后答案不为0，竞选成功获得出块权。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大小相关，目前每一轮全网预期获胜数为5，并且EC共识的计算量很小，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计算力。

1.泊松分布

X服从参数为λ的泊松分布，则概率分布为

期望E(X)=λ，λ很小时的泊松分布图像如下

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,泊松分布图像如上图所示

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

不难理解，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/?5≈2p/t?5=2E(Wincount(p))?

由于单个矿工的算力相对于全网总算力非常小，所以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几乎是一样的

又设单个旷工算力为Pi，则全网wincount总期望为

所以每个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，出块率和算力大小几乎成正比，每PiB获得出块权的概率约为0.00046。随着全网算力持续增长，单P出块率正持续下降。以8月8号为例，当日全网算力为8.77EiB计算得当日单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超过了基线要求，有效算力高速增长致使出块的奖励也在减少，所以越早加入Filecoin网络，获取的收益率越高。

5.共识错误惩罚

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，影响协议的公平性。为此，Filecoin为共识错误攻击设置了相当严重的惩罚。

如在同一个区块高度连续发布多个区块，就可能触发共识攻击惩罚。根据合约ReportConsensusFault，一旦出现共识错误攻击，所有网络节点均可报告，检验属实将会导致攻击者接下来7.5个小时不能出块，pre消息不能上链，并扣除一个区块奖励，举报者可以获得惩罚的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大小相关，当算力小于500PiB时，出块率和算力大小几乎成正比。此外，存储提供者拆分算力和不拆分获得的奖励几乎是一致的。获得出块权后需要对一个随机扇区的随机66个叶子节点进行验证，并挑选消息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，有效的激励存储提供者积极封装算力，为分布式存储的未来不断添砖加瓦。而目前单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网络才能获得更高的收益率，而对于整个项目来说，这表明正有越来越多的人参与到Filecoin网络的建设，有助于项目的长期发展和价值提升，未来的局面也越发令人期待！

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