Filecoin网络中共识机制探索路

自从区块链技术问世以来，共识机制就一直是其核心。目前，所有的区块链项目都必须围绕共识机制运作，因为这是区块链技术的特点所决定的。Filecoin自然也避免不了共识机制的应用。与工作量证明机制（PoW）不同，PoW机制中的大量算力只能用于维护网络安全，而不能对网络做出其他贡献。Filecoin系统中，矿工需要不断生成时空证明，我们可以利用这些时空证明来统计各个矿工对整个网络的贡献，并以此来设计共识机制。Filecoin的共识机制被称为期望共识（EC），而Filecoin区块链实际上并不是传统意义上的链，而是DAG。从数学角度来看，最佳状态下的Filecoin每时每刻只会产生一个区块，当然也可能产生多个或者没有。因此，主链周围可能存在一些小分支，但它们都是账本的一部分。

传统的共识机制，比如比特币，消耗大量的能源，但是除了维护区块链系统的安全之外，并没有更多的作用，这一点备受批评。Filecoin尝试探索一种更合理的共识机制，既能确保安全和环保，又能发挥更大的价值。在此之前，也有其他区块链项目尝试探索其他道路，比如将PoW机制中验证前导零的工作改为发现新的素数，以太坊要求矿工在执行工作量证明的同时运行脚本程序。这些都是有价值的改进，但仍然存在巨大的能源浪费。

Filecoin提供的解决方案是根据其当前已用存储空间占全网存储空间的比值来决定的，被称为期望共识。通过这种方式，矿工更愿意在更大的存储空间上进行投资，而不是在更大的计算力上投资。矿工提供存储空间，并相互竞争获得更大的存储空间，这对于维护Filecoin的去中心化存储网络是有利的。

对于Filecoin来说，共识机制需要解决三个问题：计算矿工的存储算力、确定每个矿工的时空证明、运行EC共识机制。

存储算力方面，Filecoin定义了挖矿存储算力模型，主要考虑存储算力计算的透明性、可验证性和灵活性。每个矿工的存储算力和全网总存储算力是公开的，任何时候都可以通过区块链订单簿查看。矿工需要在特定时间段内生成存储证明，通过验证存储证明，任何节点都能验证存储算力计算是否合法。同时，矿工可以随时提交报价单来增加新的存储空间，以接受更多的订单来增加自己的存储算力。虽然PoW机制也满足上述三个特点，但EC机制在透明性方面表现更好。

时空证明容量方面，矿工每隔一定的区块高度需要提交一次存储证明，这个过程需要大部分网络的存储算力来验证合法性。每个新区块生成时，都会更新当前分配表，计算时空证明容量只需要查询和验证记录即可。具体方式有两种：全节点验证和简易存储验证。

EC共识机制方面，Filecoin记账节点采用类似于权益证明的方式，那些提供更大有效存储的节点有更大的概率赢得竞选，并获得下一个区块的记账权。这种共识机制被称为期望共识。矿工需要持续生成时空证明来确保他们存储文件的备份，每个存储证明都同时产生下一个区块的选票。EC共识机制具有三个特性：公平性、不可伪造性和可验证性。每位参与者在每次选举时只有一次机会，最终成功率与其存储算力占比基本一致。验证信息有矿工私钥签名，其他人无法伪造。被选举出的领导节点的时空证明会提交给其他节点验证，以确保签名和存储证明的一致性，并满足区块生成条件。任何人都可以简单地进行验证。

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