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
Indiegogo创始人加入星际安全系统开发公司 Nillion担任首席商务官:10月29日消息，据外媒报道，Indiegogo创始人兼humbition普通合伙人Slava Rubin加入Web3互联网基础设施公司Nillion担任首席商务官。Nillion正在开发基于线上存储和数据处理算法的星际安全系统（IPSS），这是一种星际文件系统（IPFS）协议变体，该公司创始团队还包括Uber创始工程师Conrad Whelan、Coinbase副总法律顾问Lindsay Cohen、以及Hedera Has和graph首席营销官Andrew Massanto。（silicon）[2022/10/29 11:55:21]
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。
星际联盟CEO范国连：分布式存储协议将改变人类数据的存储方式:4月25日，由星际联盟主办的2021分布式存储生态峰会在上海隆重举办。“面对数据存储万亿级市场，我们该如何选择优质综合服务商？”星际联盟CEO范国连以此为主题，发表了精彩的演讲。
范国连为大家讲解了当前参与分布式存储生态领域的几类公司，以及选择优质综合服务商的六大标准：技术、价格、市场、战略、团队规范以及强大的后方支持。他为大家详细分析了这六大标准。收益及合作的长久性，取决于战略的长远性；战略与眼光取决于创始团队的基因；扎实的技术实力，如封装速度、出块优化、集群稳定性等则是硬实力的象征。而营销能力则决定市场占有率，单T性价比则是吸引用户的直接要素。
通过范国连的深度分析，可以看到星际联盟作为业内领先的分布式存储综合服务商，具有遥遥领先的行业优势。此外，范国连还向大家介绍了星际联盟的产品与合作方案，包括C端中小客户合作方案以及B端大客户合作方案。
分布式存储协议将改变人类数据的存储方式，星际文件系统将改变区块链的获取区块奖励方式。范国连表示，选择大于努力，选择一家优质的服务商是至关重要的。星际联盟坚持“匠心品质·洞见未来”的产品理念，为构建信息和谐的行业生态而努力，持续为客户创造价值，期待与大家一起共创美好未来。[2021/4/25 20:56:27]
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()?
星际联盟CEO范国连：Filecoin作为IPFS唯一激励层，拥有不可限量未来前景:3月10日，在2021年IPFS分布式存储高峰论坛上，星际联盟CEO范国连发表了以“一条进军矿业的康庄大道”为主题的精彩演讲。
“在学习中成长，在体验中致富”，他向大家分享了挖矿历史以及投资心态，并隆重介绍了星际大学（星际研究院），星际联盟客户各大机房参观计划，以及2021年第二季度游学方案。
他表示，Filecoin作为IPFS唯一激励层，拥有不可限量的未来前景，选择Filecoin这一拥有落地应用的区块链技术3.0代表项目是极具价值的。而星际联盟作为领先的IPFS分布式存储综合服务商，拥有强大的技术优势和丰富的行业资源。无论你是想挖矿，还是提升财富的增值方式，或是成为IPFS产业的专业人士，星际联盟都能助你走上矿业的康庄大道。[2021/3/10 18:33:14]
????//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
????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)
Cosmos完成星际之门Stargate升级与主网启动:Cosmos Hub已于北京时2月18日完成星际之门Stargate的升级与主网启动。Cosmos Stargate是包含跨链通信协议IBC等功能的重要升级。升级后，Cosmos主网将具备通过首个标准化协议（IBC）进行跨链的能力，也意味着互联互通的“区块链互联网”正式诞生。[2021/2/18 17:27:52]
???//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。
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);
Cosmos计划于今日14点进行星际之门Stargate升级:跨链项目Cosmos（ATOM）表示，计划于北京时间2月18日14：00进行星际之门Stargate」升级。Cosmos开发人员已于今日发布Gaiav4.0.2（运行CosmosHub的软件），将CosmosSDK升级至v0.41.2以及将Tendermint提升至v0.34.7。[2021/2/18 17:26:29]
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。
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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