区块链 - Filecoin为什么需要GPU？

今天IPFS/Filecoin的各种群炸开了锅，原因是Filecoin内部开发人员透露，下一个Filecoin的测试网络需要搭配GPU。而且Filecoin内部测试使用的是2080ti的显卡。

同时，聊天记录表明，下一个测试网络需要在一个区块时间内完成PoST的计算。晚上下了一下最新的go-filecoin的代码，看了看。奇怪的是，最新代码的共识部分（EC）以及节点选举流程和之前没有多大的差别。

目前节点选举流程

核心逻辑在go-filecoin/internal/pkg/mining/worker.go文件中的Mine函数，由以下几步组成：

• 创建下一个区块的Ticket

  获取上一个Tipset中的最小的Ticket，并使用NextTicket函数生成下一个区块的Ticket。计算方式非常简单，就是对上一个Tipset中的最小的Ticket进行签名。目前签名支持两种算法：BLS以及SECP256K1。默认采用SECP256K1算法。

• 延迟一个区块时间

  一个区块时间（BlockTime）默认是30秒。目前的代码实现直接采用Delay。从TODO可以看出，这一部分设计中是想采用VDF。但是，目前代码还没有完全实现。

• 从前面一些区块获取Election Ticket

  从前面一些区块中获取最小的Ticket，作为Election Ticket。从前面一些区块选举，是为了保证随机性。

• 生成Election Proof

  获取了Election Ticket，并对其签名，生成Election Proof。

• 确定是否是Winner

  通过IsElectionWinner函数判断是否是Winner。逻辑也非常明了，查看Election Proof是否小于有效存储率。如果小于，说明是Winner，可以生产区块。

整个逻辑非常清楚，计算过程也没有复杂的计算，最复杂的计算也就是签名。目前的区块生成流程没有必要使用GPU。问题来了，下一版本的区块生成流程变了。

下一版本的节点选举流程

下一版本的区块链生成流程，没有公开源代码。但是，在 Filecoin的设计文档 已经有体现：

PoST的部分多了一个算法：Election PoST。Election PoST，目的是在生成区块的时候，绑定PoST的计算。也就是说，一个节点需要生成区块，必须提供PoST的计算和证明。

设计文档给出了大致的生成区块的算法：

• 随机数生成（Sample randomness）

  也就是从前面一些区块获取一个Ticket，并签名，签名结果作为随机数。

• 确定Partial Ticket

  从上述获取的随机数，确定K次挑战的Sector以及相应的数据。由这些数据，上一步骤生成的随机数和节点的ID生成Partial Ticket。

• 生成PoST证明

  如果Partial Ticket的系数小于节点的存储率的话，说明节点是Winner，可以生成区块。在生成区块前，必须生成PoST证明。

显而易见，新的区块生成流程，需要在一个区块时间内，生成PoST证明。PoST证明生成，涉及K次零知识证明（zk-SNARK）的证明计算，相当来说，计算时间较长。通过GPU加速，可以缩短PoST证明的时间。

总结：

Filecoin采用了新的节点选举算法，在区块生成时，必须提供PoST的证明。新的设计导致对PoST证明的性能有要求。GPU是目前加速PoST证明生成的可行方案。

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