技术秘密-技巧Filecoin博客上个月发表了一篇关于Filecoin块架构-技巧的文章，解释了Filecoin的块架构。但是没有详细分析Filecoin为什么要采用Tips，为什么一定要采用Tips。为什么要增加块数，Tipsets是否能达到预期目的尚不清楚。本文尝试做一个简单的补充。
区块链要解决的一个问题：区块链的分叉和收敛来自比特币，这不言而喻。对区块链原理有所了解的人都知道，在一个去中心化的世界里，每个人的步调都很难保持一致，都要讲自己的话，但都要达成一致，这要靠共识。但即使有共识，因为每个矿工的设备不一样，网络情况不一样，规模不一样等等，往往会做出不同的决定。这些不同决策的一个结果是分歧。
这里说的分叉，并不是说一个硬币分成两个硬币，BTC产生BCH，而是基本上在每一个链条上都经常发生，Filecoin上个月发表的博客-Filecoin block architecture-Tipsets中也有描述。一条链要想稳定，就要快速解决分叉，分叉的解就变成了收敛，也就是说一条链可能会分支成几条链，但如果设计得好，矿工会很快做出选择，支持其中一条，抛弃其他的。比特币利用最长链原理解决分叉。然而，这种解决方案有一个问题。有的合法街区被废弃了，废弃的街区成了孤儿，孤儿得不到街区奖励。
同时，随着区块链技术的发展，出现了不同的解决分叉和收敛的技术。比如依靠多轮沟通进行选举，试图在一个区块时间内选出领导人，其中阿尔格兰德就是一个著名的例子。另一个方向是使用DAG(有向无环图)来尝试容纳所有合法块，比如IOTA。但是这两种方式有不同的问题，比如沟通的复杂度会增加，权益的计算也是一个问题。然而，使用DAG的链一直面临着快速收敛的问题。
Filecoin试图从这两个角度去思考，并提出了自己的解决方案，也就是tips。Tipstets是一个DAG，但它是一个简化的DAG，因为它要求Tipstets中的块必须处于相同的高度，并且父Tipstets必须相同。所以Filecoin可以看作是一个链(比DAG简单很多)，一个由Tipstets组成的链。
POS:不能复制比特币的共识机制是POW(工作量证明)，这也是最受诟病的地方，因为它消耗了太多的能量。选举过程的成本很高，网络越大，成本越高。但选举过程中的计算结果证明，领导人在法律之外基本无用。这也是提出POS(权益证书)的原因。理想的POS机机制应该是非常节能的，因为它足以证明你在一定时间内的权益。我们知道，Filecoin在每一轮领袖选举中都采用了POS机制。这里的s(权益)是指你在网络中存储和证明的数据量。这比传统的POS更进了一步，因为权益是由有价值的服务产生的。权益生成过程中的计算，本身就是有价值的。
POS可以用最长连接原理吗？答案是“没有”。POW就是看谁先健身，拼计算能力；POS靠的是在固定的时间区间内证明自己的权益，算快算慢没那么重要。理想情况下，如果发生分叉，分叉链的长度往往是相同的，不可能这样。但转念一想，用不了多久，所有高度相同的区块都会被纳入。反正都是有效的，不存在比特币分叉选择导致孤块的问题。你说得对，但是实施起来很难。
如何投票：目前还没有完美的方案。关键的问题是谁会在一个回合中送出拦网？因为为了公平和安全，最好是秘密选举，而且要对所有人保密。同时，最好实现起来非常简单，不需要来回沟通很多次。这个理想被称为SSLE(秘密单领导人选举):秘密单领导人选举。换句话说，在每一轮中，以非常秘密的方式，选出一个且只有一个领导人。这太难了。想想吧。在一个去中心化的世界里，甚至加入和退出网络都是非常自由的。如果你选择一个人，这个人刚刚离开。我该怎么办？
如果SSLE的理想不能实现，我该怎么办？Filecoin提出了预期共识(EC: EEXPECTED Consensus)，谁会先有一个简化的、折中的、不完美的SSLE。换句话说，EC想要实现的是，从概率上来说，每一轮的期望只能产生一个领导者(blockmaker)。注意，这里说的是期望和概率，不成立。但是按照设计，概率是正确的，但是也可以通过一个方块的回合数只有36%多一点的概率来计算(1/e，这里不算，太数学化了)。空块回合数也是36%多一点，有点高。当然也有一些2挡，3挡甚至更多的回合。
如何保证Filecoin的POS机制每轮都能放出，有一个很大的优势就是挡位时间相对固定，对于区块链的消息处理很大，可以期待。不像POW机制，有快有慢，这是大运气。但是，虽然有固定的阻断时间是好的，但是如果某一轮或者连续几轮都是空的就不好了，而且两者之间的间隔是不可预测的。我该怎么办？
想想吧。至于前面提到的POS，如果一轮生产多个块，最好将所有这些块打包在一起，形成一个tipset。那么能不能一轮选举多个领导，有个集体领导，时髦一点，不怕某个领导缺席？让我们开始吧。一个简单的方法就是提高大家选举成功的概率，也就是提高预期共识。这种改进的预期共识要实现的是，每一轮都有望产生e级领导者。在当前的Testnet中，e=5。所以，也就是说，我们期望每轮产生五个领导者。
实际结果是这样的：
可惜上图并不完美。
Tipsets包含尽可能多的块吗？我们回想一下，当初你想用POS的Tipsets机制做什么？尝试包含合法的块。但是，如果我们看上图，很明显有些街区已经变成了孤立街区。如果上一张图不明显，我再拍一张：
注意：红圈里的孤立块主要是因为现在的设计，为了避免误解，所以用了马赛克。
在这张图片中，有几个矿工的区块，其中许多未能进入主链。看到红圈标记的部分。为什么会这样？有几个原因：
1)网络延迟，部分矿工块因网络原因耗时较长，错过下一轮矿工打包；但这远不是主要原因。
2)Filecoin封装块要求更高。一个最致命的要求是，一个时空证明必须在每一轮块时间内完成。这个计算量不小，用GPU完成需要几秒甚至十几二十秒。这占用了大量的块时间，使得：
——有权打包的矿工不能等太久。他必须迅速计算，否则他会错过机会。目前在Testnet2的设计中，等待时间只有6秒。
-虽然6秒不算短，但是如果你计算时空证明的速度不够快，你出块的时间可能就在自己后面了。
-还有一个问题，就是矿工在做时空证明的时候需要访问存储的数据，但是对于大矿工来说，存储可能会采用网络存储，这可能会成为一个瓶颈。同时，如果存储出现故障，效率也会大打折扣。
在当前的测试网络中，我们看到每轮的平均块数在2到3之间，是预期的5的一半。
如何改善？如果是主网上线后块打包的概率，如果还是这样，肯定不行。怎么办，一定要想办法让每轮的挡格量尽可能达到预期。事实上，当e=5时，这个块量的理论期望值低于5(这里计算起来太数学了)，但至少高于4是正常的。
以下是一些可供参考的想法，Filecoin团队正在权衡。我们希望在最终规范中看到更好的版本：
-进一步提高邮政效率，缩短邮政时间，可以给矿工更多时间等待更多区块打包；(我一直在做，但是比较难)
-不限于ePoSt可以在一个块时间内完成，会对安全性造成一定的危害，但需要考虑是否可以容忍或者进一步提高封印的难度和时间。(存在安全问题，但正在考虑中)
-延长轮挡时间；Filecoin团队最初设计的阻塞时间是30秒，后来希望改成15秒以提高效率；但采用ePoSt后，很难缩短阻塞时间，测试网络改为45秒。(进一步延长阻断时间阻力很大)
-矿工改善硬件配置，缩短岗位时间。如果以上几点不被采纳或推广，这是唯一的出路。
如有想法，请积极参与讨论，提出建议。Filecoin要形成一个生态，一个成熟的去中心化存储市场，需要大家的共同努力。
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