【Filecoin】如何扩展 Filecoin 网络 - 关于星际共识的一个简单介绍

Filecoin的虚拟机上线之后，与预料的一样，燃料费上涨了。如果要支持一个繁荣的生态，必须要使Filecoin能够扩展，这个在设计Filecoin虚拟机之初就开始了，解决方案就是 IPC - 星际共识。

关于IPC（InterPlanetary Consensus，星际共识）的研究早在一年多前就开始了。这个研究由协议实验室的共识实验室（Consensus Lab）负责。共识实验室由Marko Vukolic 领导，汇聚了一群共识领域的专家。他曾在IBM Research Zurich工作，担任首席研究员（Principal Research Staff Member），并持续从事分布式系统的研究，特别是高效率的共识机制。

什么是IPC

IPC是 InterPlanetary Consensus。一看这个名字，就知道这个与协议实验室有关，应为这个 IP 与 IPFS的 IP是一个意思。其实，IPC之前的名字是HC（Hierarchical Consensus），故名思议，就是层次化的共识，简单地说，就是可以从一个网络衍生出多个子网，子网还能衍生出子网的具有层次感的一个网络系统。这个系统是不是和一般的二层扩展、侧链都不太一样。形象地说，这个可以搞子网套娃，多级扩展。

IPC 的第一步，就是用于Filecoin 的扩展。但是其设计可以应用于其他区块链。按照其宣传语所讲：IPC是区块链可扩展性的下一个领域，解锁了无与伦比的容量并且使得新的应用成为可能。

为什么Filecoin 需要 IPC？

许多区块链网络，要求所有验证者处理所有交易。这导致网络出现了严重瓶颈，使得通过横向扩展来增加网络性能变得困难。对于Filecoin而言，尤其如此，因为Filecoin本身就需要处理大量的关于数据相关的证明消息，包括复制证明和时空证明，这就使得Filecoin的主网所能支持的应用就可能更加有限。

除此之外，不同的应用具有不同的性能和安全需求，这使得单个共识层难以适应任何类型的Web3应用。

星际共识（IPC）就是要建立一种框架，通过部署子网来启用Filecoin的按需、横向可扩展性，这些子网生成自己的状态，可以并行验证消息，并与任何网络层次结构以及Filecoin根网络无缝交互。子网可以运行不同的共识算法，以适应应用需求。

IPC如何运作？

这里只能简单地讲一下大致原理。需要了解详细设计的，建议直接看白皮书（https://research.protocol.ai/publications/hierarchical-consensus-a-horizontal-scaling-framework-for-blockchains/delarocha2022.pdf），或者阅读源码。

这是 IPC（白皮书叫HC）的一个大致的子网示意图。从这个图里可以看到子网如何与其上级网络进行链接。

子网的安全保障通过一些checkpoint（检查点）来进行。也就是说子网的状态更新可以通过检查点汇报至上一级网络，通过上一级网络的验证来保证子网交易的安全。

IPC如何在Filecoin网络中实现？

与其他网络的分片不同，Filecoin实现 IPC 的方式比较简单，就是直接通过合约来实现。也就是说，完全不需要在Filecoin底层协议上进行支持，直接在用户层实现IPC需要的合约即可以实现子网的功能。

其中一个重要的合约称为 Subnet Coordinator Actor (SCA，即子网协调合约)，通过这个合约，一个网络可以协调其子网（多个）。子网需要部署 Subnet Actor（子网合约）。通过这两个合约，一个网络和它的子网就可以建立其联系，可以进行通信、验证和分流计算了。 

由于子网和父网只是状态的交换，有时候也有消息的互通，但子网和其父网可以分别跑不同的链，可以有不同的区块时间和采用不同的共识机制。这样一来，就给子网提供了很大的灵活性。

IPC能有哪些应用场景？

子网最重要的当然就是提升整个网络的 TPS，因为计算可以放到子网上了，可以大大减轻主网的负荷。尤其是把零知识证明用于子网，那么，会大大减轻主网的效率。

除此之外，还有一下方面，子网可以提供与现有扩容方案不一样的场景应用：

• 计算：随时可以生成临时子网以运行分布式计算任务。

• 协调：根据需要可以组装成较小的子网进行去中心化编排。通过高吞吐量和低费用来协调资源。

• 本地化：利用地理位置优势以提高性能。这在Filecoin中实现 Computer Over data，在地理上受限制的环境中以极低的延迟计算尤其有用。

• 分区容错：可以在移动设置或连接有限的环境中部署区块链底层技术。
  

IPC什么时候能用？

IPC相关合约的开发去年就开始了，同时一些测试子网的基础设施建设也已经就绪。在今年的香港 Web3 嘉年华上，Lotus团队的Jennifer提到，IPC将在今年4～5月份上测试网络进行测试。预计完成测试走向成熟需要数月时间，比较理想的情况是在第三季度可能能够上主网。

另外一个考量是，目前Filecoin的虚拟机是FEVM，原生的FVM的支持可能要到三季度末或第四季度，从效率出发，IPC当然希望部署在原生的FVM之上。但这个实际上并不冲突。前面提到了，IPC的上线实际上就是合约部署。可以在FEVM上部署IPC相关的合约，让一些人先试起来。等FVM上线之后，再部署新的合约也没有问题。而且这样做的好处是，可以有不同的版本迭代，直接在主网上进行先行试验。 

当然，具体的时间安排，还要看共识实验室团队的计划。