一文读懂Filecoin分叉项目Filestar文曲星

10月20日消息，Web3物理基础设施项目FileStar文曲星今日在Github发布白皮书，宣布项目启动。在白皮书中，FileStar提出将基于Filecoin进行分叉和迭代，并实现现有Filecoin矿工权益的无缝映射。

根据白皮书介绍，FileStar项目将取消前置抵押，同时进行了不少技术创新，例如，实现新的P1封装算法(可选包括 SHA512，Poseidon，Pederson 和 Blake2s)提高封装效率;引入递归零知识证明技术，实现消息的链下聚合，提高全网的TPS;在Window PoST中，引入VRF 随机抽查技术，减少矿工的抽查次数。

除此之外，FileStar不同于Filecoin只激励存储证明，FileStar将逐步实现对存储资源、计算资源和带宽资源的激励，实现分布式的存储、可验证计算、可度量带宽的分布式互联网物理基础设施。据了解，FileStar 计划于10月30日，公开源代码，并上线主网。

以下为FileStar文曲星白皮书介绍：

摘要

我们认为区块链世界遇到了巨大的发展瓶颈，只能依赖巨大的技术创新来推动区块链行业摆脱目前的困境。2009年中本聪发布了比特币的白皮书，开启了一个基于互联网的免信任的电子现金的时代，受制于比特币网络的处理能力，比特币已经从最初的电子现金的愿景偏离，并被历史的车轮推到了电子黄金的地位。以太坊在比特币的思想上，赋予了转账 交易更多的灵活性和可编程性，引入了智能合约虚拟机的概念，通过提供不同于脚本语言的更强大的处理能力，以太坊取得了蓬勃的发展，但是依然面临巨大的发展制约。

不论是比特币还是以太坊，本质上都是在一个点对点的网络中，取得计算和数据的一致性，因为链上资源的极度稀缺，比特币网络只能处理比特币本身的交易，以太坊网络也只能处理以太坊本身和各种以太坊token 符号的交易和有限的逻辑。某种意义上，你可以把现有的区块链网络当做一个极度封闭的网络。不论是比特币还是以太坊，其所依赖的全节点物理硬件设备有巨大的局限性，也必然制约了以太坊网络的处理能力。如果你把以太坊当做一个微型的cloud, 那么这是一个全局一致性但是处理能力非常有局限性的云服务。

Filecoin 是第一次打破了区块链世界和物理世界的隔阂，通过时空证明，链接了大量的高端服务器和硬件资源，也打破了区块链世界的内

循环。FileStar 文曲星 将在Filecoin的基础上，更进一步，不同于Filecoin 只激励网友们构建分布式存储的基础设施，FileStar 文曲星 将致力于同时构建分布式存储，可验证计算 和可度量带宽的基础设施，致力于未来服务于所有区块链的项目，例如未来大量以太坊的 Rollup 的证明工作可以在FileStar 网络上进行验证。FileStar项目将在Filecoin的基础上进一步迭代，通过不断的技术创新，构建Web3.0 的物理基础设施。

我们认为区块链本身只是提供了一套分布式的清结算协议，如果上面只能清结算由社区弱信用所发行的各种 Token，那么区块链的价值会大打折扣。FileStar 项目将致力于链接 链下的物理世界，不同于预言机只能链接简单的价格信息，并提供到链上，FileStar 文曲星 将致力于链接互联网上真实的 计算、存储、带宽资源，并形成统一的资源 度量衡和资源表示方法，将这些资源迁移到区块链世界，来构建未来分布式互联网的物理基础设施。

项目背景

2020 年 10 月 15 日，Filecoin 主网在 148888 高度激活，宣告了行业内最受瞩目的去中心化存储网络的正式上线。Filecoin 提出了一套存储证明机制，通过复制证明(PoRep)、时空证明(PoST)等一系列技术创新，首次实现了现实世界链下存储资源的度量和链上表示。在这一技术基础上，Filecoin 通过一套经济激励机制吸引了大批拥有高端服务器的矿工加入网络，在一定程度上整合了大量高性能的计算、存储和带宽资源。Filecoin 协议背后蕴藏的核心理念为未来区块链+互联网基础设施的发展方向提供了重要参考，是行业内具有里程碑意义的创新。

然而，在 Filecoin 协议创新的背后， Filecoin 项目在实现上仍留有一定遗憾，有可能会阻碍这个新型去中心化存储网络的进一步发展：

不同于 Filecoin “去中心化”存储的理念，Filecoin 项目的开发和管理模式偏向“中心化”，开发团队在主网上线前仍在对共识机制、关键特性和经济模型进行修改，在一定程度上影响了网络的稳定性;

FIL 代币的分配和释放规对矿工较不友好，在主网上线之初，矿工只能高价从市场上买入 FIL 代币才能继续维持挖矿的开销，因此才会有目前主网一上线矿工就大规模“停摆”的现象，这显然不利于对基础设施提供者(即矿工)的长期激励;除矿工外，生态中其他的参与者未获得足够激励，参与维护网络发展的意愿不强;

参与 Filecoin 挖矿的门槛较高，需要拥有大量的前置抵押代币，并购买带有 AMD 高端处理器的矿机，这些都阻碍了更多小矿工和大批 Intel 矿机的加入;

Filecoin 网络本身的架构和技术选型导致实际的链上处理能力(TPS)比较有限，在网络拥堵时甚至无法处理有效存储的证明上链，也无法进行正常转账，这在很大程度上限制了 Filecoin 网络规模的进一步扩大;

Filecoin 网络中存储的数据的可用性比较有限，只能存储一些使用频率极低的“冷数据”，而对于需要随时存取的“热数据”，Filecoin 网络基本不可用;

此外，Filecoin 官方推出的挖矿软件在封装效率上仍有较大优化空间，这从某种意义上说是对现实世界存储、计算以及带宽资源的浪费，无法实现对资源的高效利用。

因此，Filecoin 到真正成为可用的去中心化存储基础设施还有很长的路要走。另一方面，存储始终只是互联网基础设施中的一部分，未来分布式互联网需要一套更加完整的激励协议，激励矿工贡献包括存储，计算和带宽在内的更多资源。

FileStar 项目愿景

FileStar 希望成为 web3(未来互联网)的基础设施，构建基于 IPFS 协议的分布式存储、计算和带宽激励网络，整合全世界互联网基础设施资源，并实现资源的最优化利用。这与只专注于存储的 Filecoin 有本质区别。

与 Filecoin 的主要区别

FileStar 实现了一套更加合理的分布式存储激励机制，并将逐渐从分布式存储进化为分布式互联网的激励层，实现更加精细化的激励，实现计算、带宽和存储资源的最优化利用。FileStar 的优势主要表现在

更低的挖矿门槛，网络启动初期取消前置抵押，取消 SHA256 算法对 AMD 矿机的依赖，激励更多矿工对整个网络贡献网络基础设施资源;

更高的可扩展性，通过修改 WindowPoST 的抽查逻辑，引入递归存储证明技术等，全方位提高链上消息处理的能力，提高 TPS;

高效的挖矿软件，全面提升现有 Filecoin 挖矿软件的性能，提高网络的整体封装效率;

数据的高可用性，可用于存储“热数据”和“温数据”，用户可以快速读取已存储的数据;

多方参与的去中心化治理机制，采用社区化的开发和管理模式，开发者、矿工和生态中其他参与者将共同决定网络发展方向;

合理的代币分配，无预挖、无募资，绝大部分代币将全部由挖矿产出，同时对生态中所有参与者进行精细化的长期激励，确保生态长期健康发展;

FileStar 将继承 Filecoin 主网的有效存储，激励 Filecoin 矿工共同维护 FileStar 网络。

FileStar 的技术改进和创新

作为基于 IPFS 协议的分布式互联网激励网络的第一步，FileStar 提出了多项技术改进和创新。

取消前置抵押

根据 Filecoin 的经济模型，前置抵押指的是矿工在封装每一个sector并生成有效算力时必须抵押一定数量的代币，直到sector生命周期结束后再返还给矿工的一种安全机制。其设计初衷是鼓励矿工长时间存储数据，保证数据的可用性。

然而，目前 Filecoin 网络中前置抵押的设计并不合理：一方面，前置抵押的数量相对较大，在当前网络算力增速下，矿工如果进行抵押极有可能入不敷出，无法持续维护整个网络;另一方面，目前网络中封装的大部分 sector 都是所谓的“垃圾 sector”，并没有多少包含有效数据的“订单 sector”，而通过前置抵押保证这些垃圾数据的可用性没有任何实际意义。前置抵押是造成目前矿工停摆的最主要原因。

实际上，为了保证数据的安全性，Filecoin 还设计了后置抵押，即所有挖矿奖励只有在矿工持续保存数据的情况下才能逐步解锁，数据的安全性和可用性上已经得到了较大保证。

因此，FileStar 将全面取消 Filecoin 现有的前置抵押，保留奖励的后置抵押，并对 sector 的抵押规则做出如下改进，进一步保障安全性。

首先，FileStar 允许垃圾sector拥有更短的生命周期。垃圾sector的主要意义在于证明网络中存在对应可用的有效存储空间。目前 Filecoin 网络中任何sector的生命周期至少为一年，但实际上长期存储垃圾数据是一种资源浪费。FileStar 网络中未存储有效数据的垃圾sector将支持较短的生命周期，避免存储资源长期被垃圾数据占用。

其次，FIleStar 的订单sector需要抵押存储费用。订单 sector 中存储了用户的有效数据，通过抵押用户支付的存储费用，将鼓励矿工优先存储订单 sector，并保证其数据可用性。

取消前置抵押将使矿工可以随时加入网络进行挖矿，并持续贡献算力，共同维护网络的安全性。

新哈希算法

Filecoin 中采用的 SHA256 算法严重依赖于 AMD 处理器的指令集优化，而大量未支持相关指令集优化的 Intel 矿机处于较大劣势，基本无法参与挖矿。这一选择极大地打击了 Intel 矿工的积极性，同时也为 Filecoin 网络未来的发展带来极大的局限性。

FileStar 的目标是成为未来互联网基础设施的激励层，必然需要激励更加多样化的硬件加入到网络中。因此，需要在保证安全性的前提下，使得基于 x86 体系的矿机挖矿性能处于同一水平，鼓励多样性。目前 FileStar 正在验证哈希算法包括 SHA512，Poseidon，Pederson 和 Blake2s等，FileStar 将在不同平台上评估这些哈希算法的安全性和实际性能，并从中选择最合适的算法，以支持 Intel 矿机或其他高性能矿机。

递归零知识证明技术

复制证明(PoRep)是 Filecoin 存储证明的重要组成部分，结合零知识证明，PoRep 可以把存储资源量化并在链上生成对应的证明。在 Filecoin 的 PoRep 证明机制中，矿工每封装一个 sector，都需要向网络中提交两个证明，对应的消息分别为 PreCommitSector 以及 ProveCommitSector。实际上，在现有的 Filecoin 网络中，绝大多数的链上消息都是在提交这两种证明。但 Filecoin 网络的链上消息处理能力(TPS)非常有限，当网络发生拥堵时，大量的证明消息将占用绝大多数链上资源，而普通的消息将无法被打包。这同时也导致了大矿工”自私挖矿“行为，小矿工的证明消息基本无法上链。

FileStar 提出了一种递归零知识证明(Recursive ZK-SNARK)技术以解决上述 TPS 瓶颈问题和消息上链的问题。

Recursive ZK-SNARK的基本原理是把矿工在一定时间内产生的若干 sector 的证明，进行链下证明，组成 Merkle 树，并生成一个聚合证明，最终只需要向网络中提交一次证明即可同时完成多个sector的证明上链过程。这样一来，每个矿工需要提交的证明消息将会明显减少，从而提高 TPS，实现网络扩容。不仅如此，通过调节证明聚合的程度，还可以对网络的消息处理能力实现调节，适应未来 FileStar 网络不同发展阶段的需求。

WindowPoST + VRF 机制

在完成 PoRep 后，矿工需要提供时空证明(PoST)，证明对数据进行了持续存储。Filecoin 中矿工封装的每个 sector 每天都会被抽查，矿工需要正确提交 WindowPoST 证明，否则其抵押的 FIL 将被罚没。对于存力较大的的矿工来说，每天提交的证明数量非常大，而且随着网络的进一步发展，网络中需要提交的 WindowPoST 也会越来越多，最终可能也会造成网络的拥堵，降低网络对普通消息的处理能力。

FileStar 在 WindowPoST 的抽查机制中引入了随机抽查机制，使得每个矿工需要提交 WindowPoST 证明的频率大大降低，而不需要每天对算力都提交多次证明。普通的随机抽查函数有可能被预测，从而影响网络的安全性，因为矿工如果能确定自己被抽查的时间，就存在作弊的可能。FileStar 采用了可验证随机函数(Verifiable Random Function，VRF)来进一步提升随机抽查的安全性。

高效的挖矿软件

FileStar 还将对现有开源的挖矿软件进行优化，全面提升矿机的挖矿效率，最大化利用矿机计算资源和存储资源。优化主要集中在任务调度模块和零知识证明模块。

任务调度优化。在其他软硬件条件相同的情况下，不同的任务调度策略将直接影响矿机的封装效率。Filecoin 目前的挖矿软件在任务调度上有诸多缺陷，在很大程度上影响了网络有效存储的增长。FileStar将发布带有任务调度优化的挖矿软件，提升矿机的挖矿效率。

零知识证明优化。Filecoin 中无论是 PoRep 还是 PoST 都大量采用了零知识证明算法，但零知识证明的生成过程仍有较大的优化空间。FileStar 的挖矿软件将在零知识证明生成效率上进行大幅优化，并发布给所有矿工使用。