ファイルコインの証明システム

Filecoin がユニークなのは、IPFS ネットワークの唯一のインセンティブレイヤーであり、最大 2 億 5,700 万ドルの資金を調達しているだけでなく、Filecoin 独自のコンセンサスメカニズムを備えている点です。ビットコインなどのデジタル通貨では、マイナーが互いに競争し、計算集約的な数学的問題を解決することでビットコインを交換する2人の間の支払い情報を検証する必要がある、プルーフ・オブ・ワーク合意メカニズムが使用されています。 Filecoin は、実証済みのストレージの形でマイナーがブロックをマイニングする確率を決定するための新しい証明構造を作成しました。この証明構造では、Filecoin がプラスの社会的外部性を生み出す操作を通じてコンセンサスを達成します。今日は、Filecoin の証明システムについてお話ししましょう。

PoRep (複製の証明)

PoRep (Proof of Replication) は、マイナーがデータファイルの 1 つ以上のコピーを保存するための専用のリソースを持っていることを、公的に検証可能な方法でネットワークに証明するために使用できる証明システムです。言い換えれば、 Proof of Replication では、ストレージマイナーは、物理的に一意なデータのコピーまたは複数のコピーを保存していることを証明します。

複製の証明は、マイナーが最初にデータを保存したときに1 回だけ行われます。

セクターにデータを入力し、CommDを生成する

ストレージマイナーは顧客データを受け取ると、それをセクターに格納します。セクターは Filecoin のストレージの基本単位であり、複数のトランザクションとクライアントデータのフラグメントを含めることができます。

セクターがいっぱいになると、セクター内のすべての CID のルートノードを表す CommD (コミットデータ、UnsealedSectorCID とも呼ばれる) が生成されます。

シーリング部門および生産コミュニケーション

次に、シーリングと呼ばれるプロセスが行われます。

封印中、セクターデータ (CommD によって識別) は、一連のグラフ化およびハッシュ化プロセスを通じてエンコードされ、一意のコピーが作成されます。結果として得られるレプリカの Merkle ツリーのルートハッシュは CommRLast です。

次に、CommRLast は CommC (複製の証明からの別のマークルルート出力) と一緒にハッシュされます。これにより、CommR (レプリケーションコミットメント、SealedSectorCID とも呼ばれます) が生成され、パブリックブロックチェーンに記録されます。 CommRLast は、Proof-of-Spacetime での将来の使用のためにマイナーによって非公開に保持されますが、チェーンには保存されません。

エンコード処理は低速で計算量が多くなるように設計されているため、不正行為が困難です。 (エンコードは暗号化と同じではないことに注意してください。プライベートデータを保存する場合は、Filecoin ネットワークに追加する前に暗号化する必要があります。)

CommR は、マイナーが顧客データの物理的に一意のコピーを保存していることを証明します。同じデータが複数のストレージマイナーに保存されている場合、または 1 つのマイナーを使用して同じデータに対して複数のストレージトランザクションが行われた場合、各トランザクションには異なる CommR が設定されます。

シーリングプロセスでは、zk-SNARK を使用して複製の証明も圧縮し、チェーンを小さく保つため、Filecoin ネットワークのすべてのメンバーが検証のためにチェーンを保存できます。

PoSt (時空の証明)

複製の証明は、マイナーがそのセクターを封印したときに物理的に一意のデータのコピーを保存したことを証明するために一度実行されますが、 PoSt (時空間の証明) は、マイナーが時間の経過とともにそのデータのコピーにストレージスペースを割り当て続けていることを証明するために繰り返し実行されます。

PoSt は、Proof of Replication 中に作成されたレプリカ、非公開の CommRLast、および公開されている CommR といういくつかの要素に基づいて構築されます。

まず、PoSt はエンコードされたレプリカのいくつかのリーフノードをランダムに選択し、それらに対して Merkle 包含証明を実行して、マイナーがそれらの中に含まれる特定のバイトを所有していることを証明します。

次に、このマイナーは、非公開で保存された CommRLast を使用して (値を明らかにせずに) そのコピーのルートを知っていることを証明します。これは、包含証明と一致し、よく知られている CommR を導出するために使用できます。

PoSt の最終段階では、これらの証明が単一の zk-SNARK に圧縮されます。

マイナーがクライアントのデータを保存することに同意する場合、担保を差し出す必要があります。契約期間中に時間と空間の認証に合格できなかった場合は、罰則が科せられます。これは、Filecoin ネットワークのすべての参加者の良好な行動を奨励するインセンティブ構造の重要な部分です。

zk-SNARKs (ゼロ知識証明)

Filecoin の複製証明と時空間プロセスの証明の両方が zk-SNARK を使用して圧縮されていることは注目に値します。

ゼロ知識証明である zk-SNARK については、私たち全員がよく知っているはずです。計算のハッシュ値と考えることもできます。それらにより、証明自体の詳細やその基礎となるデータを明らかにすることなく、証明が正しく行われたことを証明できます。

Filecoin の zk-SNARK を作成するプロセスは計算コストが高く、時間がかかりますが、最終的な値は小さく、検証プロセスは非常に高速です。元の証明と比較すると、zk-SNARK は小さく、ブロックチェーン上に効率的に保存できます。たとえば、Filecoin チェーン上で数百キロバイトを占める証明は、zk-SNARK を使用するとわずか 192 バイトに圧縮できます。

前述したように、Filecoin ノードを実行しているすべての人が、検証の目的でチェーンの最新バージョンを維持しています。 zk-SNARK の助けを借りて各証明を小さく保つことで、Filecoin ネットワーク内の各ノードのストレージ要件と、トランザクションの検証に必要な時間が最小限に抑えられます。

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