一文读懂Filecoin的价值体现和挖矿原理

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其中矿机硬件部分解析了Filecoin挖矿和传统挖矿在算力、存储力上的区别。Filecoin矿机存储与扩容技术详解》)3. Filecoin挖矿和传统挖矿的区别——算力与存储力传统挖矿的是POW。还可以根据封装速度计算出挖矿的理论日收益和矿机填满存储时所需要的时间。

编者按:本文来自 挖易投资课堂(ID:wayiyun),作者:wayi,星球日报经授权发布。

内容摘要

《Filecoin》挖矿投资报告整理了IPFS和Filecoin的价值体现。矿工参与挖矿需要了解的挖矿原理,以及挖矿核心要素:包含硬件部分的计算、存储以及软件部分。

其中矿机硬件部分解析了Filecoin挖矿和传统挖矿在算力、存储力上的区别,核算硬件部分的挖矿成本。

随着8月27日经济模型白皮书的公布,官方确定了初始质押函数及FIL的锁定和线性释放周期。封装速度指标的重要性降低,挖矿前期投入成本大幅度提升,总结了当前Filecoin挖矿的收益分析及风险情况。

*文章全文7016字,阅读时间约为25分钟。

Filecoin的价值何在

1. IPFS与Filecoin之间关系

IPFS协议对标的是HTTP协议。HTTP协议解决的是网络传输问题,IPFS是一个面向全球的、点对点的分布式版本文件系统,致力于创建持久且分布式存储和共享文件的网络传输协议。

Filecoin是IPFS的激励层,用以激励矿工更好完成工作。IPFS可以理解为“分布式存储”,而Filecoin可以理解为“分布式存储+区块链+代币"的形式。

2. Filecoin市场情况

①1CO募资情况

Filecoin的1CO分私募和公募两个阶段,共2.57亿美元。

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②Filecoin代币分配情况

Filecoin总数共计20亿枚,其中70%的代币作为矿工的奖励;15% 由Filecoin公司(Protocol Lab)自己留下来作为未来技术开发、市场推广;10%以优惠价格卖给 Filecoin 的合作伙伴;5%成立基金会发展社群生态。

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3. 项目发展情况

①项目发展

IPFS和Filecoin的白皮书在2014年发布。2019年2月14日,Filecoin的第一个版本上线,截至目前Filecoin的代码更新了5+个版本,主网预计在9月下旬上线。

②有奖励测试网

有奖励测试网是一个为期三周的矿工竞赛测试,参与者需要将封装好的数据存入网络,获得的奖金会随着存储数据的增长而增长。

参与测试网的竞赛要素有:订单交易成功率,确定矿工是否可以提供有效存储;扇区生命周期,确定矿工可通过扇区升级来升级承诺空间。

③主网多次延迟上线原因

从2017年到现在,测试网和主网多次延迟上线,其中原因首先是Filecoin和传统Pow挖矿方式有很大不同。

其次,在开发过程中产生的一些影响网络使用的问题,需要开发团队不断修复和部署,而核心团队的开发成员人数较少。

4. IPFS的应用现状

①去中心化的视频平台D-Tube

DTube是一个搭建在STEEM(基于区块链的社交媒体平台)上的去中心化的视频平台,在DTube平台上视频文件通过IPFS协议进行存储。内容创作者通过他们上传的内容获得平台代币的奖励。

DTube使用STEEM区块链保存用户数据,使用IPFS保存视频和图片数据。在DTube上发布视频,等同于做了两件事:

1、将视频和图片的HASH以及描述等信息写到STEEM区块链上

2、将视频和图片等发布到IPFS网络

参考:http://ipfs.cn/news/info-100155.html

②去中心化的社交平台AKASHA

AKASHA诞生起就受到了不小的关注,被誉为下一代社交媒体网络的雏形。其同样采用IPFS技术,文件被放置在IPFS网络中,确保文件安全性的同时还保证了用户的言论自由和隐私。

该项目旨在打造完全自由的社交平台,所以采用了以太坊以及IPFS作为底层技术支撑。通过以太坊众多去中心化的节点,消除对服务器的依赖。通过IPFS,确保内容传输的安全私密,以及稳定性。目前在全球拥有数万用户,产品也在不断迭代更新。

项目详情:https://akasha.org

③其他应用:

EOS、ETH数字货币及imToken钱包;

美国国会图书馆、维基解密、谷歌及火狐;

微软和IPFS联手推出IPFS测试版应用;

BitTube的开发旨在为内容创建者提供他们所贡献的网络的一部分。

参与Filecoin挖矿需要准备哪些?

1. 了解Filecoin挖矿的核心要素

①算力排名

算力排名是有奖励测试网的核心要素,理论上出块奖励和矿工提供的有效算力成正比,单位时间获得算力越高,矿工参与区块的权力越大,获得奖励也越多,直接反映了矿工的技术实力。

因为大规模和小规模需要解决的技术问题相差很大,涉及到网络带宽、机器之间任务分配,大规模存储等在Filecoin分布式存储的搭建和维护上,难度系数是根据规模大小呈指数上升状态。

②矿机信息的真实性、透明性

Filecoin矿机是由一些通用硬件组装而成,相对门槛较低,因此有数百家矿机厂商。很多厂商的硬件参数是非常不透明的,市场上随着主网即将上线,各厂商矿机配置更加清晰。

③封装速度

在PoRep复制证明中,存储文件的快慢即封装速度,即每1万元每天可以获得多少T的算力。这取决于一定硬件条件下,挖矿软件的优化水平。

封装速度解决了从存储空间到算力的快速转换,其中这里需要涉及到硬件的各种配置,在下文矿机硬件拆解中具体说明。

(Filecoin经济模型公布后,挖出的FIL奖励延迟期和线性释放期间分别为20天和180天;且采用通缩铸造模型,初期奖励矿工挖出币的30%。使封装速度重要性相对降低。)

④技术实力

技术实力主要包括:运维能力,爆块优化,接单等优化能力。

前三项主要判断矿机的硬件实力,等到测试网和主网上线后,算力排名,收益增长曲线,问题定位和快速纠正等软实力挖矿中非常重要。技术不过关的矿工极易被淘汰。

目前有能力独立开发Filecoin挖矿系统的公司并不多,这也是为什么目前有数百家矿工在开发测试网上进行测试挖矿,但是有80%以上的矿机没有测试数据的原因。

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2. 了解Filecoin挖矿的原理

①验证矿工的有效存储

为了防止矿工作弊和发起恶意攻击,在区块链系统中每一个生成区块的周期,要求矿工们生成存储证明(Proof of Storage)到网络中。涉及到存储证明中用到两种算法,矿工必须以密码方式来验证他们遵守了存储文件的承诺,即:复制证明(Prof of Replication)和时空证明(proof of Space time)。

②复制证明与时空证明

当矿工达成了一个周期内的存储数据约定,存储完成后需要进行验证。在验证矿工的有效存储时的两个关键点:第一是验证在规定时间内完成了存储,第二是验证在约定时间内没有删除数据,并定时检查。

第一项验证在规定时间完成了数据存储后,需要通过复制证明(Prof of Replication),复制证明计算的环节需要矿工向整个网络提交证明到链上。此过程会消耗大量资源,且需要比较久的时间来完成。

完成第一步后,第二步需要通过时空证明(proof of Space time),时空证明在复制证明之后证明数据仍然在有效期内存在。时空证明需要在非常短的时间内完成。

③数据计算与存储的深入剖析

(根据官方发布Filecoin挖矿指南整理)

计算部分

计算分为4个阶段分别是:PreCommit phase 1,Precommit phase 2,Comit phase 1,Commit phase 2,以下简称为p1,p2,c1,c2。

p1环节:提高复制证明的效率,根据不同的硬件配置在数小时内完成。

p1环节:首选GPU加速,CPU会显著拖慢。

c1,c2环节:单用CPU,或者CPU和GPU混合计算都可以。根据不同硬件配置耗时不同。

时空证明环节:使用GPU提高效率,在25s内完成时空证明才能得到区块奖励。之所以要用到GPU,是因为在一个区块中进行大量的powt-snark计算来解决快速密封问题,而snark计算最有方案是GPU。复制证明和时空证明耗时差距越大越好。

存储部分

存储部分是硬盘空间的概念。矿机商家称有100T硬盘空间,但真正参与网络运算,数据经过几个阶段处理成官方认可的数据,再把数据存在硬盘里面。这里涉及到计算部分,而计算的部分速度相差非常大。

④计算和存储分离问题

存储和计算如果不分离,首先会面临负载的问题。

计算和存储同时进行,机器的负载过高,导致读写太慢,也容易硬件遇到故障,面临不能不重启的情况。最常见的两个情况,一个是显卡丢失,另一个是遇到僵尸进程无法杀死,不得不重启机器,万一在重启过程中被抽查,就要被扣算力。

接着就是扩容的问题。

磁盘用满了需要扩容,扩展硬盘并不是一个很简单的问题。追究到底,这和Filecoin本身的机制有关。一个集群下面的存储都有一个特性,就是不能离开这个集群。一旦数据写入,硬盘就和主机深度绑定后是无法拿走的。所有的盘需要保持在一开始所在的集群中,这是Filecoin的一个很重要的特性。

那如果把计算和存储放在一起的话,那就意味着整台机器就绑定在集群里拿不走了。如果想要扩容,就会造成集群规模线性的增长,增长到一定程度后,网络,主机和机架都会面临无法承受的结果。

计算和存储都分离之后,所有的问题都会迎刃而解。

(摘自石榴矿池《没那么简单,Filecoin矿机存储与扩容技术详解》)

3. Filecoin挖矿和传统挖矿的区别——算力与存储力

传统挖矿的是POW,POS等算法,Filecoin使用的算法主要依靠存储力。如比特币挖矿是计算能力占全网的计算能力占比决定了算力的大小;Filecoin挖矿是产生的有效存储数据占全网总存储的占比决定了存储力的大小。

比特币挖矿采用PoW工作量证明,而Filecoin采用的挖矿原理是PoSt(全称Proof-of-Spacetime)即(存储)空间时间证明。在权益共识PoS(Proof-of-Stake)的基础上,Filecoin改进共识机制成了PoSt,来替代工作量证明PoW。

Filecoin挖矿矿机拆解分析

1. 硬件配置及其作用环节

①CPU

复制证明的封装预提交阶段,2020年4-5月官方修改算法后,使原本高昂成本的Intel CPU需要30多小时才能完成P1的计算,对CPU的要求提升。AMD的CPU封装效能是Intel的五倍,使用AMD3960X的CPU,需要4小时左右完成并行。目前市面上主要以AMD3系和7系为主。

②GPU

复制证明中的封装提交阶段,生成零知识证明需要使用N卡。目前市面的品牌有:技嘉,msi,华硕,索泰等。

③SSD

SSD在Filecoin挖矿中主要作用是:用作系统盘;Filecoin节点数据存储盘;密封过程中过渡RAM中的数据到机械硬盘,可做大型缓存和用于存储未密封的传输中扇区。

在P1,P2之后有waitseed的环节,主要作用是等待一定数量的区块,来获取随机数。包含一个等待的时候,官方将最初的数值10改成150,需要等待时间变成了:150高度*25秒/60秒=62.5分钟,如果SSD的内存不够,机器就会闲置下来先处理这部分数据,修改后对SSD需求变大。

SSD硬盘主流的有8TB,16TB等,接口一般分为3种(以三星品牌为例):

SATA接口,传输速度大约为520MB/s

M.2接口(SATA总线),传输速度大约为520MB/s

M.2接口(NAMe协议),传输速度大约为3200MB/s

④内存(RAM)

内存在Filecoin挖矿中主要的作用:密封文件时,临时存储密封的文件和运行挖矿程序各环节,计算数据缓存使用。选择内存时,主要需要考虑内存的速度,目前常见的DDR内存为DDR2、DDR3以及DDR4系列,其中DDR4的起始频率最高,速度最快。其次是内存的容量。

⑤IDC机房

矿场主要提供电力、带宽、机房以及网络安全防护等,目前满足Filecoin挖矿的矿场主要是专业的标准化 IDC机房。服务器主机机箱高度需要定制4U。

2. 官方发布硬件参考

协议实验室未发布在计算环节和存储环节具体硬件配置方案,只公布了硬件参考。

根据经验,主频较高的多核CPU将提高封装速度,使存储矿工可以将存储提交到网络上。协议实验室自己的测试表明具有SHA拓展的modern AMD处理器与其他处理器相比有很大的优势。

GPU:

必须有强大的GPU才能在所需时间限制内完成SNARK计算。Lotus当前的设计支持NVIDIA芯片。我们预计未来还将支持其他厂商的显卡。我们的基准中提供了我们试验成功的配置。

RAM:

当前Filecoin网络仅支持封装32GiB和64GiB扇区。在这些较大的扇区上执行计算需要相应更多的内存:建议挖矿系统至少配置128GiB。

存储:

选择合适的存储解决方案设计很多需要考虑的因素,挖矿运营的收益模型可能是最重要的因素。存储矿工目前需要保持原始存储量为1TiB(或者质量调整后的同等数量;对于主网来说将增加到100 TiB)以便出块,但矿工可能发现更多需要考虑的因素。

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(官网推荐配置耗时情况)

3. Filecoin挖矿的成本分析

Filecoin矿机需要通过不断计算来产生有效算力,其次需要硬盘来存储算力,硬件的成本主要在这两大板块。

怎么才能使数据算的更加快?一是提高计算资源的性能,二是提高存储上链效率。这部分费用投入占比加大,会提升单T成本,从经济回报上计算与存储资源配比会存在一个均衡点。因此市面上各矿机厂商提供了很多不同的矿机硬件配置方案。

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硬件计算部分成本:

CPU+主板+显卡+闪存+SSD+机箱≈11万

硬件存储部分:

硬盘+CPU+主板+机箱≈8万

计算封装速度:G/万/小时=存储/价格/24小时

根据硬件部分的市场成本价格,可以再找矿机厂商提供存储速度数值。如提供存储速度的数值为4000G,在一个较透明的矿机方案中可以计算出计算部分的硬件成本。计算封装速度:4000G/11w/24h=15(G/万/h)。

还可以根据封装速度计算出挖矿的理论日收益和矿机填满存储时所需要的时间。

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Filecoin挖矿的收益分析

1.Filecoin是矿工友好型代币:Filecoin网络矿工奖励或收益,主要来源于网络新铸造的代币和使用网络的矿工费。

2.市场价值:

Filecoin代币总量20亿,矿工可以通过挖矿获得的部分为70%,按照22美元(9月1日价格)计算,有308亿美元的市场。

3.测试网奖励:

425万测试网奖励由全球前100名和各大洲前50名分得,矿工个人收益可观。

4.每天新增Filecoin流通盘的金额:

私募轮及1CO出售的10%,即2亿枚,分6个月、12个月、3年线性释放。

挖矿释放70%,即14亿枚,第一年释放1.53亿枚。

可计算出1CO私募及挖矿部分每天挖出的币约为60万枚,根据当前(9月1日)币价22美元,每天新增约1320万美元的流通盘金额。

Filecoin挖矿的风险

1. 挖矿前期投入成本大幅度提升

锁定期+线性释放:

官方对FIL设置了锁定期为20天,之后的180天每天线性释放。

质押机制:

在最新公布的《Filecoin经济模型白皮书》中,有三种不同的质押机制:初始质押,区块奖励作为质押以及存储交易提供者质押。

第一种是矿工必须为每个扇区提供 filecoin作为初始承诺。第二种机制是通过区块奖励锁仓来减少初始代币质押的要求。第三种在矿工和用户之间建立激励机制,使矿工在市场上脱颖而出。

①前置质押

前置质押是质押币后才可以进行挖矿,且是较大比例的前置抵押,可能在测试网获得的奖励需要质押,没有币的矿工则需要再次投入资金。

②后置质押

后置质押导致了后端收益不确定,意味着矿工在完成所有存储合同后才可获得所有发放的奖励,其中收益可能存在冷冻期或者收益线性释放,对投资收益有很大影响。

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(初始参数设置)

根据官方公布的初始质押函数:相当于20天的区块奖励+Fil流通供应量30%的份额。

因此前期挖矿的投入成本可以计算:假设当前增加1T算力成本为800元,需要质押32个FIL。假设首天如太空竞赛的增速、10PB日增长算力的区块奖励一样,结合以上简单供应以及基线供应公式,可以算出预期二十天的收益抵押为35.4954万枚FIL,10PB全网算力折合单T需要抵押约为34.7枚FIL。

当前币价为22美元(9月1日)投入成本7*22美元*34.7个Fil+800元=6143元。矿机每T算力投入:Fil代币投入≈1:6

矿工在投入矿机成本的基础上,需要再投入6倍以上的代币成本。

2. 矿机挖矿的技术风险

如果使用官方公布的硬件参考方案,在效率和收益上是比较低的。

且矿工的技术要求及其严格,设置了惩罚机制。如果矿工出错或者是恶意行为都可能被处罚掉积累的前置质押和后置质押,并清零有效算力。

可能会出现网络中断或延迟,不能完成网络要求提交的时空证明,同时“存储力”也将受到影响,因此对于网络环境要求和电力的稳定性要求比较苛刻。

3. 如何规避

①选择信息透明的矿机方案

目前一些团队在官方硬件方案上做出优化升级,方案的透明度也越来越高,需要了解各硬件使用的品牌参数等信息,并在市场上进行详细价格比对,防止硬件溢价过多。

并且透明的方案可以大概率降低购买到一些二手硬件,从而导致硬件损坏。

②公司背调

对矿机售卖方需要详细调查,挑选矿机/矿商非常重要的考察点是其信息公开程度,厂商的靠谱度。这需要对整个挖矿过程的硬件、软件系统和运维情况IDC机房详细了解。

③软件硬件分离

Filecoin矿机目前是通用硬件组合,CPU,GPU,内存,硬盘等硬件在传统市场上的价格是透明的,因此做好软硬件分离,将硬件产权归在自己手上可以规避部分风险。在遇到投资风险时,可以作为二手服务器折旧售卖,有40%左右的资金回撤空间。

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