Filecoin - winningPoSt逻辑介绍

Lotus的PoSt的部分从electionPoSt变成两种新的PoSt，一种是winningPoSt，一种是windowPoSt。先讲讲winningPoSt吧。winningPoSt，顾名思义，在winning的时候进行的PoSt。所谓的winning，也就是获取出块权。

简单的说，winningPoSt，随机抽查的一个sector，该sector中的66条随机抽查的merkle path都正确。代码逻辑从Lotus的go的代码说起。一切从出块开始 - lotus/miner/miner.go的Miner结构的mineOne函数。

func (m *Miner) mineOne(ctx context.Context, addr address.Address, base *MiningBase) (*types.BlockMsg, error) {

 mbi, err := m.api.MinerGetBaseInfo(ctx, addr, round, base.TipSet.Key())

 rand, err := m.api.ChainGetRandomness(ctx, base.TipSet.Key(), crypto.DomainSeparationTag_WinningPoStChallengeSeed, base.TipSet.Height()+base.NullRounds, nil)
 prand := abi.PoStRandomness(rand)
 postProof, err := m.epp.ComputeProof(ctx, mbi.Sectors, prand)

其中，MinerGetBaseInfo函数是获取一些基本信息，其中包括需要抽取的sector信息。ComputeProof函数就是计算winningPoSt证明。

因为这些逻辑的具体实现是在rust-fil-proofs，也就是rust语言实现的。从go到rust-fil-proofs，跨越了不少接口：

中间的接口就不介绍了，直接看rust-fil-proofs提供的两个API函数。

01 抽查个数设置

Sector个数以及总的抽查的叶子个数的定义在rust-fil-proofs/filecoin-proofs/src/constants.rs中：

 pub const WINNING_POST_CHALLENGE_COUNT: usize = 66;
 pub const WINNING_POST_SECTOR_COUNT: usize = 1;

也就是说，要从有效Sector中抽取一个Sector，并在这个Sector上抽查66个叶子节点。

02 Sector的抽查逻辑

generate_winning_post_sector_challenge函数实现了Sector的抽查逻辑。核心逻辑显然是如何抽查Sector？具体的逻辑在fallback::generate_sector_challenges的函数中：

let mut hasher = Sha256::new();
hasher.input(AsRef::::as_ref(&prover_id));
hasher.input(AsRef::::as_ref(&randomness));
hasher.input(&n.to_le_bytes()[..]);

let hash = hasher.result();

let sector_challenge = LittleEndian::read_u64(&hash.as_ref()[..8]);
let sector_index = sector_challenge % sector_set_len;

简单的说，就是把prover_id, 随机信息，抽查Sector的编号做sha256的hash计算，计算结果和当前有限的Sector个数取模。也就是sector_index就是最终抽查的Sector的id。

03 Challenge的叶子抽查逻辑

generate_winning_post在抽查的Sector形成的merkle树(replica_r_last)上，抽查叶子节点。抽查叶子节点的计算逻辑在fallback::generate_leaf_challenge的函数中：

let mut hasher = Sha256::new();
hasher.input(AsRef::::as_ref(&randomness));
hasher.input(&sector_id.to_le_bytes()[..]);
hasher.input(&leaf_challenge_index.to_le_bytes()[..]);
let hash = hasher.result();

let leaf_challenge = LittleEndian::read_u64(&hash.as_ref()[..8]);

let challenged_range_index = leaf_challenge % (pub_params.sector_size / NODE_SIZE as u64);

把随机信息，sector id和挑战叶子的编号进行hash计算。计算的结果和叶子的总个数取模。32G的Sector，叶子个数为1G个。

04 零知识证明电路

零知识证明的计算部分可以查看rust-fil-proofs/post/fallback目录。大体的逻辑模块和结构可以查看之前的文章介绍： Filecoin - PoREP电路介绍 讲讲rust-fil-proofs/post/fallback/circuit.rs中的Sector结构吧。这个结构就代表一个抽查。从synthesize函数可以看出：

 // 1\. Verify comm_r
 let comm_r_last_num = num::AllocatedNum::alloc(cs.namespace(|| "comm_r_last"), || {
 comm_r_last
 .map(Into::into)
 .ok_or_else(|| SynthesisError::AssignmentMissing)
 })?;

 let comm_c_num = num::AllocatedNum::alloc(cs.namespace(|| "comm_c"), || {
 comm_c
 .map(Into::into)
 .ok_or_else(|| SynthesisError::AssignmentMissing)
 })?;

 let comm_r_num = num::AllocatedNum::alloc(cs.namespace(|| "comm_r"), || {
 comm_r
 .map(Into::into)
 .ok_or_else(|| SynthesisError::AssignmentMissing)
 })?;

 comm_r_num.inputize(cs.namespace(|| "comm_r_input"))?;

comm_r作为public输入，其他comm_r_last和comm_c作为private输入。

// 1\. Verify H(Comm_C || comm_r_last) == comm_r
 {
 let hash_num = ::Function::hash2_circuit(
 cs.namespace(|| "H_comm_c_comm_r_last"),
 &comm_c_num,
 &comm_r_last_num,
 )?;

 // Check actual equality
 constraint::equal(
 cs,
 || "enforce_comm_c_comm_r_last_hash_comm_r",
 &comm_r_num,
 &hash_num,
 );
 }

验证comm_r是否由comm_c和comm_r_last计算得到。

// 2\. Verify Inclusion Paths
for (i, (leaf, path)) in leafs.iter().zip(paths.iter()).enumerate() {
 PoRCircuit::::synthesize(
 cs.namespace(|| format!("challenge_inclusion_{}", i)),
 Root::Val(*leaf),
 path.clone(),
 Root::from_allocated::(comm_r_last_num.clone()),
 true,
 )?;
}

验证从叶子节点是否可以正确计算出Merkle树根。

总结：

Lotus的PoSt包括两部分：winningPoSt和windowPoSt。winningPoSt是在获取出块权时，需要提供的PoSt证明。从所有有效的Sector中，抽取一个Sector，并抽查该Sector上的66个叶子。

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