Filecoin的Gas破局之路

Juan Benet在“EIP-1559 in Filecoin”（https://www.youtube.com/watch?v=ABhyJXxTnJY）中介绍全网gasUsed主要消耗也集中在以上四种消息（如图2）。BurnFee主要为baseFee * gasUsed，BurnFee部分后续主要会被发送到f099账户中，截止目前f099账户已经累积了约15,543,496FIL(如图3)。 

在存储结构与协议不变的条件下，对Gas费起重要作用的因素就是baseFee，从目前趋势看来，在大多数的时间内baseFee都是维持在3～5NanoFIL之间(如图4)，导致每TiB算力成本在3-6FIL之间（如图4）。

为了保证全网算力的持续稳定的增长，官方及社区提出了多种解决方案，有的方案在不断的被讨论中，有的已经实现在不断的测试中，下面我们就来盘点一下Filecoin的gas的破局之路；就目前的发展状况而言，官方并不会弃用目前采用的EIP-1559机制，而是基于这种机制，针对不同的消息类、消息的发送和验证方式以及数据存储结构的优化来达到gas费的优化。此外，Juan Benet也曾表示会尝试引入排队论等理论来优化消息筛选的机制。

1. 针对SubmitWindowedPoSt消息的Gas消耗，社区和官方一直在进行一系列的讨论和优化：

FIP-0009 --- 过渡版方案

SubmitWindowedPoSt消息是矿工或者可以说全网算力稳定的必须要提交的消息，所以这种消息Gas费消耗问题的解决已经迫在眉睫了；又因为miner需要在30min内提交，在baseFee很高的情况下，矿工为了保持算力不得不提高feeCap保证算力不会丢失。这样的操作在加剧网络拥堵的同时还提高了矿工的运营成本。

所以社区提出一个过渡版的方案FIP-0009(https://github.com/filecoin-project/FIPs/blob/master/FIPS/fip-0009.md )：“对于成功提交的SubmitWindowedPoSt消息，系统不会收取baseFee*gasUsed部分的Gas费”，目前这个方案已经在主网v1.4.1版本中成功运行，虽然减少了大部分的Gas消耗，但是仍然不能减少链上的带宽的消耗，所以称为“过渡版方案”。

FIP-0010 --- Off-Chain WindowPost Verification

SubmitWindowedPoSt消息对于算力的保持至关重要，但是当baseFee很高的时候，对于提交的proof进行验证的成本也会很高，在极端的情况下，小矿工很多的partition都是空的，这时候维持算力的成本已经远远大于预期的区块收益。我们需要确保在FeeCap很高的情况下SubmitWindowedPoSt的成本是较低的。在FIP-0009 SubmitWindowedPoSt消息已经可以做到免费发送，但是消息本身并不会减少网络的加载的数据量。

在官方即将发布的V1.5.0版本中FIP-0010(https://github.com/filecoin-project/FIPs/blob/master/FIPS/fip-0010.md) ——“Off-Chain WindowPost Verification”机制实现了链上接受未经验证的SubmitWindowedPoSt消息，任意节点可以通过“DisputeWindowedPoSt”方法来挑战链上的证明消息；若发现已经证明的扇区提交的证明失败，扇区将会被标记为faulty，并且移除对应扇区的算力直到提交正确的扇区证明；本次更新几乎全部删除了验证SubmitWindowedPoSt中proof的过程，节约了约13%的网络带宽资源。

主要内容：

1) 除了恢复的faulty扇区，新提交的SubmitWindowedPoSt消息都会默认接受扇区的proof，并且在状态树中记录一个证明周期（24h）

2) 被接受的SubmitWindowedPoSt可以在WPoStProofDisputeWindow高度（1800 Epoch）之前被任意节点挑战，当挑战成功时，对应的miner将会受到惩罚，每个扇区对应的惩罚IPF：5.51BR (IPF = Invalid Proof Fee, BR = Expected Block Reward per sector in 24h).

3) 加上一个FlatFee (20FIL)，所有没有被正确证明的扇区都会被标记为faulty，挑战者将会收到一个固定的奖励DipsuteReward(4FIL)。

4) SubmitWindowedPoSt，TerminateSectors，CompactPartitions，DisputeWindowedPoSt等操作也做了相应的适配；

Fast track for Window PoSt

为SubmitWindowedPoSt消息保留一条“快车道”，保证消息在链利用率很高的情况下也可以被打包，但是这种方案并不能减少带宽的使用，仍然需要在链上对证明消息进行验证。这两种提案不是互斥的，“Off-Chain Window PoSt Verification”方案实现以后，“快车道”方案对于整个网络来说依然是有利的。

Batch verification of Window PoSt proofs.

1)SubmitWindowedPoSt的proofs可以像ProveCommitSector生成的证明proof一样进行批量的验证，具体步骤如下：

2) 将proof和所有验证所必要的信息全都加载到内存当中；

3) 将提交的state异步的提交到runtime中，进行并行处理；

4) 处理完block中所有消息后，所有成功异步验证的证明结果都被发送回miner_actor以进行进一步处理；

存在问题：

1) 对于中型矿工来说，链上大约有一半的时间花在加载证明验证信息(第1步)上，这一步仍然需要依次完成；

2) 这个方案的加速效果是一个常量（基于所有矿工的预期并行度），只有网络中存储不断的增加，这个加速常量才会增加。

2. 针对ProveCommitSector和PreCommitSector消息中gas优化社区也提出了一系列的优化思路，相关内容可以查看以下相关的issue：

（1） 批量提交pre消息

https://github.com/filecoin-project/FIPs/issues/25