笼罩在Filecoin上空的三朵乌云

Original tshi 补天遗石 2022-09-12

Filecoin测试网络上线近4个月，经历第一阶段、互操作阶段，即将进入第二阶段，主网预计会在7月左右上线。Filecoin的大厦看似即将落成，所剩的只是一些修饰工作。

展望web3.0的未来，Filecoin美丽而晴朗的天空却被三朵乌云笼罩了。

笼罩在Filecoin上空的三朵乌云源于知名的“DCS不可能三角”：安全性、扩展性和去中心化。和分布式系统的CAP定理一样，这三个属性不能同时被满足，因此被称为区块链系统设计的“不可能三角”。

在Filecoin中，安全性是指共识安全，扩展性是指协议扩展性，去中心化则是指去中心化存储。Filecoin是第一个存力驱动的有用共识区块链项目，并有着雄心勃勃的目标和愿景。因此，Filecoin所有面临的挑战远远超出了“不可能三角”最初定义的范畴。

理解笼罩Filecoin的三朵乌云，对于理解Filecoin的未来发展至关重要。

1/ 去中心化存储

Filecoin构建去中心化存储是基于数据存储供给侧和需求侧之间的现实张力。需求侧表现为世界数据量持续增长：到今年底，世界上的数据量将达到44ZB，预计到2025年每天的数据量将达到463EB。供给侧表现为数据中心和云存储的复杂和昂贵，并且数据中心、实体企业、个人电脑和手机中的空间的50%是空闲的。

供给侧竞争能力和竞争效率的不足，不仅损坏用户利益，也抑制存储技术的创新和发展。

保护用户利益，打破几家大型公司对全球云存储市场的垄断一直是区块链存储揭竿而起的大旗。在区块链存储的出师檄文上，一般会写下这样三个故事：数据泄露的风险、锁定用户的溢价以及迁移到云的成本。而如今，云存储如火如荼，云原生如日中天，去中心化存储对Filecoin/IPFS来说，不能不说是一朵乌云笼罩在其上空。

这朵乌云也笼罩在所有区块链存储从业者的心头。很多人会被问道，Filecoin /IPFS和阿里云，亚马逊的云存储对比，有什么优势？是价格更便宜吗？甚至还有人问到Filecoin/IPFS是否支持关系数据库类型的存储？

在学术圈，迄今为止各大存储类的学术会议中，没有半点Filecoin和IPFS的影子。

一般的思考者都会思考到这个层面，认为传统云存储城高池深、铜墙铁壁、固若金汤，是笼罩在Filecoin目标愿景上空最大的乌云。

其实不然，用Filecoin/IPFS对标云存储，这个命题一开始就错了。

IPFS一直说自己是去中心化的Web，是Web3.0的基础设施，是HTTP协议的替代者，而不是高性能云存储。Filecoin自始至终没有对标过高性能云存储，而只是说冷数据备份是目前最适合Filecoin的存储场景。

也就是说，云存储不是Filecoin/IPFS的最终剧本，代表HTTP和Web的互联网才是。

在协议实验室的研究方向中，IPFS生态系统的一个长期目标是将分布式应用程序和本地应用程序合并成一个单一的范例：从根本上重新思考UNIX编程模型，使其成为一个内容可寻址的平台。作为其中的一部分，我们希望充分利用编程语言设计和实现方面的最新进展，例如子结构类型、模态类型和代数效果。在短期内，我们对可组合并发数据结构特别感兴趣，比如无冲突的复制数据类型，以及它们与免信任系统和分布式计算的相互作用。

读懂上面这段话，就读懂了Filecoin/IPFS的思考维度：基于内容寻址的可编程存储模型。可编程存储是一个很有吸引力和前景的目标，存储系统一直是计算机中的瓶颈所在并落后于计算和网络的发展，这一点，我们在工程实践中深有体会。ACM去年6月发表文章《未来云数据中心中的可编程固态存储》指出存储基础设施的适应性和移动速度方面的显著滞后可能最终影响整个云世界的创新能力。而如果Filecoin提供基于智能合约和IPFS的星际存储编程，那将是一件多么sexy的事情！

另外，如果你注意到协议实验室与麻省理工未来知识工作组合作的项目：Underlay，一个全球性的、分布式的公共知识图数据库，其目标是提供对所有结构化数据内容和来源的开放访问。

你会明白，互联网才是笼罩在Filecoin目标愿景上空最大的乌云。

你会明白，Filecoin/IPFS要拨开的人类知识和信息的迷雾，而不是和云存储对标的性价比。

你更会明白，去中心化存储对于互联网这朵乌云的真正含义。

2/ 共识机制

区块链存储项目Sia运行这么多年，直到本月21日才在twitter上宣布全网存储达到797TB，不久将达到1PB！

对比Filecoin，在中国矿工的支持下，Filecoin测试网不到一个月的时间内即冲破4PB，这让Sia面对数年积累的797TB新冠病毒曲线，真不知道该哭还是该笑。

Sia是区块链存储完整实现的最早开创者，无论是存储市场、存储合约、存储证明还是存储闪电网络，Sia是迄今实现最完整的区块链存储系统。那么为什么Sia这么多年积累的数据还不及Filecoin测试网呢？

其中原因与底层IPFS项目、融资多少等因素都没有关系，根本原因在于共识机制。Sia共识机制中挖矿与存储的分离（Sia采用比特币的工作量证明作为共识机制），造成Sia网络中最大的矿工是比特大陆，而不是任何一家存储矿工。

反观Filecoin。Filecoin以一种任何人都可以验证的方式，激励人们就世界上独一无二的储存状态达成共识，以及与此关联的市场。Filecoin中的共识是通过产生正向社会外部性（数据存储）的操作实现的。它的核心是两个存储证明——作为比特币工作量证明的替代方案，即有用共识：

复制证明：证明在这个世界上的物理存储中存在一个独一无二的数据编码
时空证明：证明给定的数据编码在物理存储中连续存在一段时间

这，就是共识机制的力量。

但共识机制的创新难度很大。不仅Sia是基于工作量证明的共识机制，真正运行的全球区块链：比特币，以太坊，都是基于工作量证明的共识机制。

Filecoin测试网上线以来，不停的重置网络，不停的调整存储证明结构和参数，不停的尝试各种哈希函数，不停的测试各种硬件，。。。目的只有一个：验证共识机制的安全性。正如Filecoin官方团队所说：到目前为止，基于存储的共识及其一致性和安全性一直是我们协议研究的核心。在我们的研究中，尽可能产生最好的Filecoin协议，这是当务之急。我们正在努力确保主网启动之前，证明结构和共识协议的一致性和安全性是我们工作的重中之重。

存储证明涉及的不仅是存储IO全栈，还有存储编码的计算。计算本身可以是memory bound，也可以是CPU bound，这给存储证明的公平性带来的很大不确定性（因为存储证明的总量与速度和出块权益密切相关，而PoW则简单的多）。所以Steven说Filecoin的共识机制是工作量证明+权益证明结合的共识机制，这是中肯的。

一般的思考者都会思考到这个层面，认为基于复制证明的共识机制实现难度很大（Filecoin复制证明的设计远比Sia中存储证明的设计精确），因此得出结论：共识机制是笼罩在Filecoin工程实现上空一朵最大的乌云。

透过现象看本质，工作量证明的根本含义是提供了一个时间bound，用复制证明和时空证明替代工作量证明也是为了提供一个时间bound（Filecoin复制证明即是基于交互的有时间限复制证明），Filecoin共识协议的一致性和安全性也就是为了保证一个公平的时间bound，Filecoin目前基于物理时间戳的机制也是因为缺少一个有效的时间bound机制，。。。而这个时间bound才是笼罩在Filecoin工程实现上空一朵最大的乌云！

你将会看到，Filecoin中所有共识安全问题和硬件性能问题最终都会回到这个时间bound。

提到时间bound，VDF呼之欲出。

Steven说，VDF将是所有PoS区块链发展的一条现实路径，这是中肯的。

给区块链一个非人为定义的算法时钟，它就可以撬动地球！

这就是区块链作为时间机器的意义：时间机器才是区块链的最终剧本。

Filecoin是VDF联盟成员，同时，Filecoin在设计规划中也安排了分叉到使用VDF的计划。

3/ 协议的扩展性

正如我在文章《Filecoin测试网的秘密》中所讨论的，Filecoin目前偏爱大矿工。

官方随后在博客中这样写道：去年12月，我们发布了测试网上的出块挖矿和存储挖矿的硬件需求，这些需求可能比你身边的旧PC服务器和普通商业硬盘要高很多。因为协议安全和可靠证明结构是最重要的。

在硬件需求一文的最后，官方这样辩解：Filecoin 挖矿不是工作量证明 GPU 挖矿。请记住，Filecoin挖矿是基于存力共识的：在网络上拥有更多的存储能力（可靠的存力）与赢得更多的区块奖励直接相关。矿工在网络上的存力与矿工在网络上存储容量成线性关系，而不是与矿机运行的 GPU 数量成线性关系。相比之下，在工作量证明 GPU 挖矿中，矿工必须以 GPU 的能力进行竞争才能赢得区块奖励。在Filecoin 挖矿中，矿工竞争的是存力共识而非 GPU 能力。矿工只有在赢得选票时才在 ElectionPoSt 中使用 GPU。赢得存力的最佳和最便宜的方法是向 Filecoin 网络添加更多有用的存储。如果您是较小的矿工，担心 GPU 的成本，请放心，我们正在努力使矿工将 SNARK 计算安全地外包给第三方服务提供商。

这就是替代PoW的代价。在VDF成熟之前，必须要有一种类似于工作量证明的机制保证安全。这不仅体现在ElectionPoSt 机制中，而且更多的体现在数据seal 的过程中。无论如何，在PoW和PoS的天平上，Filecoin在初期偏向了PoW。Filecoin没有进入它预想的生态龛位，大量的参与者被拒之门外。

这样的话，Sia的今天是Filecoin的明天吗？

一般的思考者都会思考到这个层面，认为挖矿门槛的提高会把大量参与者拒之门外，PoW的算力竞赛会让Filecoin重复Sia的故事。

但这还不是最坏的，也不是最终的剧本。

Filecoin相对于PoW区块链，复杂性提升一方面的体现在技术堆栈和技术实现上，另一方面体现在存储生态的复杂性上。

正如官方说：从长期来看，我们预计将对协议进行优化改进，并促进生态系统工具和服务的发展，以方便更多的矿工和其他市场参与者稍后加入。这将降低参与者的投入成本，同时通过专业市场提供的规模经济和向网络提供的更广泛的功能来实现可伸缩性。

也就是说，我们目前偏爱大矿工，更多的小矿工和其他参与者请稍后加入。

但如何支撑小矿工和整个生态呢？Filecoin官方的做法是用区块链技术解决存储生态的复杂性：Filecoin协议的任何部分，只要有新的市场出现，都会为社区参与者提供机会，让他们利用自己最擅长的领域：出块挖矿、存储挖矿、检索挖矿、修复挖矿，以及潜在的外包计算和其他服务。

什么意思呢？试想一下，在比特币和以太坊中，都只有一种挖矿：算力Hash挖矿，对应一种奖励是区块奖励。在比特币和以太坊中，都只有一种市场：交易市场，对应奖励是交易费。

那么Filecoin呢？Filecoin是要提供一个通用市场的激励，是要在多种市场操作角色之间维持共识。也就是说，Filecoin中将会有多种挖矿机制。问一个简单的问题即可明白：如何分别安排存储挖矿、检索挖矿和修复挖矿的出块比例？

这就是协议扩展性，即跨市场角色的共识协议。这种复杂性超越了之前的所有区块链系统。

这才是笼罩在Filecoin生态系统上空一朵最大的乌云！

Filecoin团队正在努力解决构建去中心化存储解决方案的问题，该解决方案可以满足大量数据存储和检索用例所需的运行规模和速度，同时协议在不同的市场角色之间保持共识。