深度丨读懂热门项目 Filecoin 的经济模型与矿工经济行为

FIL 的供需变化及矿工收入来源决定了 Filecoin 矿工倾向长期持有 FIL。

撰文： 钱柏均， 就职于 HashK ey Capital Research _ 审校：_ 邹传伟，万向区块链、PlatON 首席经济学家
随着 Filecoin 上线日期临近，是时候了解一下该体系的经济机制、市场及矿工经济行为。我们经过分析已知的经济模式设计原理，得出的结论是，Filecoin 的 矿工 倾向长期持币，FIL 币价为支撑矿工 长期挖矿收益 的主要来源。
我们认为，Filecoin 经济模型逻辑上具备可行性，并且解决两个问题：第一是 早期矿工流失 严重的；第二是 存储能力 的有效性。当然，目前 Filecoin 经济模型尚未公布治理机制和算法参数，成效如何还须进一步观察验证。

读懂 Filecoin 机制
Filecoin 究竟是什么？
Filecoin 是基于 IPFS (InterPlanetary File System) 协议的 激励机制 及 公链系统 ，IPFS 协议定义了文件在分布式系统中如何存储、检索和传输，能永久、去中心化保存和共享文件，这是一种内容可寻址、点对点分布式协议。FIL 为 Filecoin 发行之代币，用于 激励 Filecoin 网络中存储及检索市场各个角色的行为。

FIL 总发行量为 20 亿枚， 矿工 奖励占 70%， Protocol Labs 获得 15%，公募及私募投资者占 10%，基金会则保留 5% 做生态发展。
FIL 发行速度分为三个部分 : 矿工奖励 六年内 发行 50%；基金会及 Protocol Labs 六年内线性释放；投资者一年内分发完毕。大部分的 FIL 供给量将会取决于矿工奖励。

读懂共识机制
Filecoin 采用混合共识机制 : 以 预期共识 (EC) 为主， 复制证明 (PoRep) 及 时空证明 (Po St) 为辅。
预期共识每一轮选举一名或者多名矿工来创建新的区块， 矿工赢得选举的可能性跟矿工当前的存储能力成正比 。预期共识具备公平性、不可预知性及可验证性。每一轮选举为一个纪元 (epoch) ，预期共识机制为 Filecoin 网络预设一个出块的期望值，每一个纪元 （epoch） 生成区块的期望值为 1，意味着一个纪元可能出现空块或多个区块产生的情况。因此在 Filecoin 区块链，每个区块高度对应到的是一个区块集合 (Tipset) ，每个区块集合包含数量不定的区块。这种链式结构为 有向无环图 (DAG) 。

Filecoin 对每个生成的区块 赋予权重 ，权重最大的链成为主链。区块权重取决于两个因素：一是父母块 (Parents Block) 的数量；二是链的存储能力。由于 Filecoin 有抵押机制，矿工会倾向挖父母块最多且乘载最高存储能力的链，实现有效收敛。

Filecoin 采用预期共识有两个好处 : 第一是 交易效率高 ，矿工工作不会被浪费。第二是可以 控制分岔 。Filecoin 通过权重和抵押机制来促使矿工选择一条最有效的链，对同时挖多个链的矿工进行惩罚。
在预期共识中，矿工赢得选举的可能性跟矿工当前的存储能力成正比。矿工的存储能力则是利用 时空证明 (PoSt) 及 复制证明 (PoRep) 来证明。时空证明可以利用证明链及时间戳证明矿工在一定时长内存储数据，即使验证者不在线，也能够在未来去验证矿工在该段时间内生成了证明链，有效防止临时生成数据攻击。

复制证明可以证明数据已经在一个特定的扇区创建成功。并且防范三种攻击 : 一是 女巫攻击 ；二是 外部数据源攻击 ；三是 生成攻击 。复制证明避免让矿工可以透过不同方法让自身存储数据小于承诺存储数据，以获得额外报酬。

理解 Filecoin 市场
Filecoin 经济模型中存在两大市场： 存储 及 检索市场 ，两个市场中分别存在客户及矿工。除了上述两个角色外，Filecoin 经济模型生态中有开发者及投资者。开发者开发新工具、应用程序和提供概念验证建议，优化 Filecoin 生态及存储检索市场。开发者提交提案可获得 基金会津贴 。投资者在二级市场提供矿工流动性，提升 Filecoin 网络价值。以下分别介绍 Filecoin 存储及检索市场。

_ 存储市场_
Filecoin 存储市场是一个 可验证的市场 ，由区块链网络来进行验证。Filecoin 存储市场中客户提出存储数据的需求，而存储的供给方为存储矿工，提供他们的存储空间。一个完整的存储周期如下：

• 第一，存储矿工提供自身价格及存储要求至 订单簿 (Order book) 。订单薄是公开的，任何人都可以查看，存储市场的服务价格是由市场所决定。

• 第二，当客户的需求价格与存储矿工的订单相匹配时候， 交易自动撮合 。

• 第三，验证者验证矿工是否存储有效数据，采用 零知识的非交互式证明 进行验证，有效保护隐私。

存储并非一次性服务，需要矿工的稳定性及持续性。矿工可以通过三个方式获得奖励：

• 一是 交易费 ；

• 二是区块奖励；

• 三是 网络交易加速费 (Networking Message Transaction Fees) 。交易费及网络交易加速费为客户事前支付，区块奖励为系统所生成。

_ 检索市场_
Filecoin 检索市场为 链下市场 ，提供客户检索所需要的数据，并且由检索矿工来提供检索服务。检索矿工不参与区块生成环节，直接从客户端获取相应服务费用。检索矿工数据来源可以是来自其他客户端、存储矿工或是 IPFS 网络。
一个完整的 检索周期 如下 : 第一，客户及矿工广播出价单及报价单，如发现订单匹配，则在链下订单簿发起交易。第二，达成交易后，双方建立链下支付及数据传输信道完成交易。第三，交易完成后，订单及交易提交至区块链记录及验证交易结果。整个过程类似 比特币闪电网络 。
存储市场及检索市场有四个差别 : 第一，检索矿工存储数据没有时间要求，也不需要生成存储证明。第二，网络中的 任何用户 都可以通过为客户提供 数据检索服务 ，不需要质押 FIL。第三，检索矿工对 宽带带宽 要求高，需要快速进行支付及数据传输，存储矿工则对存储能力要求较高。第四，存储矿工可以获得区块奖励、交易费及网络加速费，检索矿工只能获得 检索交易费 。

剖析 Filecoin 经济模型
区块奖励
Filecoin 矿工在存储市场中，根据其 存储能力高低 获得区块奖励。存储能力的衡量方式为矿工在 Filecoin 网络中提供多少单位有效存储空间及能够存储的时长。Filecoin 中矿工的存储能力相当于比特币网络中矿工的算力。矿工获得的区块奖励取决于其存储能力 占全网存储能力 的比例。例如，一个矿工在网络大小为 100 PB 的情况下提供了 1 PB 的存储算力，那其将获得相应时间内区块奖励的百分之一。
Filecoin 与比特币网络不同的地方主要在于提供服务性质差异 : 存储是长时间的服务，Filecoin 需要矿工 长时间维持网络的稳定 ，而非像比特币网络一样，矿工可以自由进出。因此 Filecoin 采用 网络基准奖励模型 (Network Baseline s) 而非时间指数衰减模型。网络基准模型有两个机制：

• 第一，长期而言区块奖励 按时间指数衰减 。

• 第二， 每个区块高度会对应到一个全网存储能力标准。如果区块奖励生成时，全网存储能力未达标准，会有部分区块奖励递延，直到全网存储能力达到标准，奖励才会释出。

网络基准奖励模型对 Filecoin 网络有两个好处：

• 一是将区块奖励与 存储市场成长性挂勾 ，避免矿工得到较大的早期奖励后退出网络。

• 二是 平滑化指数衰减模型 ，避免系统因奖励减半而发生全网存储能力大规模变动。

质押机制
质押机制是一个 矿工惩罚机制 ，目的是保障 Filecoin 存储市场客户的数据不被丢失。每一笔用户与矿工的存储协议中，存储市场矿工会将客户提供的数据存放于网络中，称为扇区 (Sector) 。每个矿工添加的扇区会包含存储文件内容及承诺存储时长，确保客户在约定存储时长中，可以自由运用自身存储的数据。当矿工添加一个扇区至 Filecoin 网络时，矿工需要质押一笔锁定资金。

锁定资金由两个部分组成： 矿工自身的 FIL 代币 以及 部分区块奖励 。如果矿工在承诺的存储时长中离线，他会损失一部分的锁定资金。如果矿工完全停止存储行为，他可能将失去所有锁定代币。锁定资金会在矿工履行存储协议后解锁，矿工可以在短暂的锁定期后收回所有资金。抵押部分区块奖励有两个好处 : 第一是可以避免早期情况下，FIL 在二级市场流动性短缺。第二是降低矿工的进入成本。

激励机制怎么样？
Filecoin 存储市场中，各方角色以 动态平衡 方式运行。早期阶段存储的需求与供给并无法完全匹配。当 Filecoin 生态存储需求低于供给时，矿工有两个选择 : 一是 闲置设备 等待客户交易到来 ; 二是 存储无用数据 寻求区块奖励。
Filecoin 利用两个机制来解决存储市场供需不平衡的情况。
承诺容量 Committed Capacity
承诺容量是一个让矿工 避免设备闲置 的机制。当矿工因为客户存储需求不足而出现设备闲置时，可以向 Filecoin 网络提供承诺容量扇区。通过 Filecoin 网络证明矿工具备 有效存储能力 ，能够为用户提供存储服务，矿工即可获得区块奖励。而后当出现客户存储需求时，矿工承诺容量扇区可以立即升级为有效存储扇区，存储客户数据并获得交易费用。这个机制可以避免矿工藉由存储无效数据获得区块奖励的行为，增加全网有效存储能力。
验证数据库 Verified Datasets
验证数据库机制 激励矿工存取有效数据 ，主要目的是避免矿工通过无效数据攻击获得收益，消耗全网存储能力。客户存储的数据通过 Filecoin 网络验证过后，成为有效数据。矿工及客户均有动力验证数据，矿工存储验证过后的有效数据可以获得 较高额的区块奖励 ，而客户也会因为提供验证过数据而提升矿工处理自身交易的优先级。
总而言之，Filecoin 存储市场中存在三种矿工 : 一是 有存储能力 的矿工 ; 二是 已存储数据 的矿工 ; 三是 已存储有效数据 的矿工。第一类矿工可以获得区块奖励，第二类矿工可以获得区块奖励及交易费，第三类矿工可以获得额外区块奖励及交易费。由前文可知第三类矿工越多，Filecoin 生态的健康性越高。
而影响矿工存储有效数据的因素有两个 : 第一是 系统区分有效数据 的能力。第二是 交易费占区块奖励比例 。由于矿工存取无效数据的成本低于存取有效数据的成本，包含电费、设备损耗的差异。当二者成本差距大于交易费时，矿工可能会忽视存取有效数据带来的增益，而持续存取自己生成的无效数据获得区块奖励，造成全网有效存储能力下滑。Filecoin 尚未公布有效数据的判断方式，假设算法不够精确或是由人为主观判断，市场都会存在矿工诈欺行为的可能性。

FIL 价格与矿工行为全分析
存储市场供需
Filecoin 存储市场的需求主要来自于用户 去中心化存储需求 ，去中心化存储相较中心化存储有四个优势：

• 一是 数据价值化 ：

• 二是数据 安全性 较高：

• 三是数据 备份成本较低 ：

• 四是避免运营商倒闭风险造成数据丢失。

Filecoin 存储市场供给方为 存储矿工 。传统中心化运营商如 Amazon 或 Google 具有显着的规模及技术成本优势，Filecoin 等去中心化存储矿工难以企及。依照市场供需理论，矿工的报价需要比中心化存储低才能在存储市场生存。因此综合供给面与需求面我们可以发现两个点：

• 第一，早期而言，Filecoin 存储市场客户和中心化存储的客户是有区隔的，Filecoin 市场需求以 隐私敏感性高 及 成本敏感性高 的中小型客户为主。长期而言，低报价意味着 Filecoin 存储需求将会逐步增长。

• 第二，矿工的低报价与高成本意味着低利润率或亏损，矿工获益的来源将会从交易费转变为 FIL 价格的上涨 。存储矿工最优策略为适当地降低报价，以获得更多的存储订单，使获得出块机会的概率提高。

检索市场供需
Filecoin 检索市场需求早期主要来自 有价值化信息需求 的区块链用户。早期 IPFS 网络存储的内容尚未规模化，检索服务相较中心化网络较无优势。无论矿工交易费是否有竞争力， 系统存储的内容量 是市场是否采用的关键因素。随着 IPFS 存储市场逐渐规模化，可供用户检索的文件越来越多，检索矿工的重要性及收益也会逐步提升。FIL 的价格对检索矿工影响不大，检索矿工收益只有交易费，并不包含区块奖励。
检索矿工最优策略是 同时成为存储矿工 ，并适当降低报价，以获得更多的检索订单，同时提高网络带宽利用率。在这个情况下，检索矿工可以直接从客户端获取数据。如果需要检索的数据过多，他们也可以从其他存储矿工中检索文件。检索市场为脱链运营，当 IPFS 生态发展到一定程度时，检索矿工可以凭借丰富的存储资源，高效运作检索市场。
FIL 供需
由于矿工需要 质押 FIL 以获得区块奖励，且 FIL 代币为线性逐步释放，因此预期供给端缓慢增长而增长率指数递减。需求端则因为服务需求逐步增长，决定了市场各参与方必须持续购买 FIL。
由于要维持服务价格的稳定性，无论 FIL 上涨或下跌，存储及检索交易费的价格需锚定法币或稳定币。当 FIL 价格上涨时，客户会支付较少 FIL 单位的交易费及网络加速费，矿工区块奖励占收益比例上升。当 FIL 价格下跌时，客户会支付较高 FIL 单位的交易费及网络加速费，矿工区块奖励占收益比例下降。假设只考虑服务需求因素，FIL 价格上涨时，客户在二级市场购买 FIL 的速率会趋缓，FIL 价格下跌时，客户在二级市场购买 FIL 的速率会上升，达到调节二级市场的功能。
综合而言，矿工最优策略为 长期持有 FIL ，原因有两个 : 第一，挖矿需要质押 FIL，减少 FIL 供给并增加 FIL 需求。第二，币价涨幅决定了矿工收益率，交易费无法覆盖挖矿成本。

简单了解 Filecoin 应用层
弹性数据备份
Filecoin 提供客户数据备份的多重选择。客户可以 无上限的备份数据 至不同节点，并且可以 随时验证 任一节点的存储状况。相较中心化存储成本较高的分散备份及验证，Filecoin 存储协议较有弹性。
链外数据转移
Filecoin 提供 链外数据转移 的机制。客户可以将档案较大的数据存在硬盘，并用链外的方式把硬盘直接放到矿工的存储服务器上，并持续验证文件是否被安全地存储。此机制可以解决大型档案上传速度过慢且费用昂贵的问题。