Einführung

Filecoin ist ein dezentrales Speichernetzwerk, das die Blockchain-Technologie nutzt, um es Benutzern zu ermöglichen, Daten sicher und effizient zu speichern, abzurufen und zu teilen. Im Gegensatz zu traditionellen Cloud-Speichersystemen fungiert Filecoin als dezentraler Marktplatz, auf dem Benutzer ungenutzten Speicherplatz vermieten oder Daten speichern und abrufen können, indem sie seine eigene Kryptowährung, FIL, verwenden. Dieses dezentrale Modell reduziert die Abhängigkeit von zentralisierten Einheiten und verbessert die Datensicherheit, -widerstandsfähigkeit und Kosteneffizienz.

Eine wichtige Komponente von Blockchain-Systemen ist die Transaktionsfinalität – die Zeit, die benötigt wird, um Transaktionen zu bestätigen und sie unwiderruflich zu machen. Die aktuelle Finalität im Filecoin-Netzwerk dauert ungefähr 7,5 Stunden (900 Epochen), was für viele Anwendungsfälle ausreichend ist, aber für Anwendungen, die Echtzeitreaktionen erfordern, unpraktisch ist. Um diese Einschränkungen zu adressieren, führt Filecoin das Fast-Finality (F3)-Upgrade ein, das darauf abzielt, die Finalitätszeiten auf nur wenige Minuten zu reduzieren. F3 stellt einen transformativen Schritt für das Netzwerk dar, der seine Effizienz, Skalierbarkeit und Eignung für zeitkritische Anwendungen verbessert.

Was ist Fast Finality (F3)?

Quelle: fil.org

Fast Finality (F3) ist ein Upgrade, das darauf abzielt, die Transaktionsendzeiten im Filecoin-Netzwerk drastisch zu reduzieren. Dies wird durch die Einführung von GossiPBFT (Gossip-Based Byzantine Fault Tolerant Protocol), einem neuen Konsensmechanismus, der den vorhandenen Expected Consensus (EC) ergänzt, erreicht. Durch die Reduzierung der Abhängigkeit von langen Ketten von Blockbestätigungen ermöglicht GossiPBFT eine schnellere Einigung zwischen den Knoten und verringert die Endzeiten auf Minuten.

Diese Verbesserung verbessert die Netzwerkreaktionsfähigkeit und macht Filecoin zu einer attraktiveren Plattform für dezentrale Finanzanwendungen (DeFi), Echtzeit-Spiele und Internet of Things (IoT) Dienste. Durch die Integration von GossiPBFT gewährleistet F3 eine schnellere Endgültigkeit, ohne die Dezentralisierung, Sicherheit oder Fehlertoleranz von Filecoin zu beeinträchtigen.

Technischer Überblick über Fast Finality (F3)

Quelle: Dokumentation

Fast Finality (F3) verbessert signifikant die Konsensusmechanismen des Filecoin-Netzwerks, um eine schnellere Transaktionsendgültigkeit zu erreichen. Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte technische Übersicht darüber, wie F3 funktioniert, mit Schwerpunkt auf der Integration eines neuen Konsensusprotokolls und seiner Interaktion mit der bestehenden Filecoin-Architektur.

Aktueller Konsensmechanismus: Erwarteter Konsens (EC)

Quelle: github

Filecoin verwendet derzeit den erwarteten Konsens (EC), der das Netzwerk durch Anreize für ehrliche Beteiligung von Speicheranbietern (Minern) absichert. Bei EC konkurrieren die Miner um die Vorlage neuer Blöcke, indem sie nachweisen, dass sie eine bestimmte Menge an Speicherplatz zugewiesen haben. Transaktionen innerhalb dieser Blöcke werden validiert, aber die Erzielung von Endgültigkeit erfordert viele Blockbestätigungen, um die Sicherheit des Netzwerks zu gewährleisten und Reorganisationsangriffe zu verhindern.

Obwohl EC effektiv ist, um Sicherheit und Skalierbarkeit zu gewährleisten, führt seine Abhängigkeit von längeren Bestätigungszeiten zu verzögerter Transaktionsendgültigkeit. Dies macht es weniger geeignet für zeitkritische Anwendungen und hochfrequente Operationen.

Einführung von GossiPBFT

Um die Einschränkungen von EC zu adressieren, integriert F3 das GossiPBFT (Gossip-Based Byzantine Fault Tolerant Protocol) als sekundären Konsensmechanismus. GossiPBFT ist darauf ausgelegt, eine deterministische Endgültigkeit in einem Bruchteil der Zeit zu erreichen, die von EC benötigt wird. Es führt einen schnelleren Entscheidungsprozess durch kommunikationsbasiertes Gossip ein, wodurch Knoten parallel statt sequenziell einen Konsens erreichen können.

In GossiPBFT tauschen Knoten innerhalb eines Netzwerks Nachrichten aus und validieren diese, um sicherzustellen, dass alle Teilnehmer der Gültigkeit einer Transaktion zustimmen. Dieser Ansatz reduziert die Anzahl der erforderlichen Bestätigungen und ermöglicht es, die Endgültigkeit innerhalb von Minuten anstatt Stunden zu erreichen.

Führungsfreie Gestaltung von GossiPBFT

GossiPBFT verwendet ein design ohne Anführer, was die Abhängigkeit von einem einzigen Knoten zur Vorschlagung von Blöcken beseitigt. In traditionellen BFT-Protokollen ist der Anführer ein potenzieller einzelner Fehlerpunkt, der das System anfällig für gezielte Angriffe macht. Durch die Verteilung der Verantwortung für den Konsens auf alle teilnehmenden Knoten erhöht GossiPBFT die Netzwerkresilienz und gewährleistet, dass selbst bei Vorhandensein von bösartigen Akteuren eine Endgültigkeit erreicht werden kann.

Fehlertoleranz und Sicherheit

GossiPBFT ist optimiert, um bis zu ein Drittel fehlerhafte oder bösartige Knoten zu tolerieren und gleichzeitig die Integrität des Netzwerks aufrechtzuerhalten. Dies entspricht dem Byzantine Fault Tolerance (BFT)-Modell und gewährleistet, dass auch in feindlichen Umgebungen ein Konsens erreicht werden kann. Die Kombination aus GossiPBFT und EC stellt ein Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Sicherheit her, da letztere weiterhin robusten Schutz vor Double-Spending und anderen Formen von Netzwerkmanipulation bietet.

Integration mit dem Filecoin-Protokoll

F3 ersetzt EC nicht, sondern arbeitet neben ihm. Die Integration von GossiPBFT in die Architektur von Filecoin ist nahtlos gestaltet und ermöglicht es den beiden Konsensmechanismen, sich gegenseitig zu ergänzen. EC ist weiterhin für die Blockproduktion und die Sicherheit der Kette zuständig, während GossiPBFT eingesetzt wird, um Transaktionen schnell abzuschließen. Dieser zweischichtige Ansatz bewahrt die Dezentralisierung und Skalierbarkeit des Netzwerks und verbessert gleichzeitig seine Reaktionsfähigkeit erheblich.

Kompatibilität mit bestehender Infrastruktur

Das F3-Upgrade wird über die Lotus-Software implementiert, die die primäre Implementierung des Filecoin-Protokolls ist. Knoten, die Lotus ausführen, werden aktualisiert, um GossiPBFT zu unterstützen, um Kompatibilität im gesamten Netzwerk sicherzustellen. Dadurch wird ein reibungsloser Übergang zu einer schnelleren Endgültigkeit ermöglicht, ohne dass wesentliche Änderungen an der bestehenden Infrastruktur erforderlich sind.

Auswirkungen auf die Netzwerk-Durchsatz

Die Integration von GossiPBFT reduziert den Rechenaufwand und die Zeit, die mit der Transaktionsvalidierung verbunden sind, und ermöglicht es dem Netzwerk, eine höhere Anzahl von Transaktionen in kürzerer Zeit zu verarbeiten. Diese Verbesserung erhöht die Skalierbarkeit von Filecoin und macht es für echtzeitdatenverarbeitende Anwendungen geeigneter.

Implementierungsprozess der schnellen Finalität (F3)

Die Bereitstellung von F3 erfolgt gemäß einer schrittweisen Strategie, um eine minimale Störung und eine robuste Validierung sicherzustellen.

NV23 Waffle Upgrade: Passive Testing

Quelle: fil.org

Das NV23 Waffle-Upgrade führte GossiPBFT in den Netzwerk im passiven Modus ein. Dies ermöglichte es Entwicklern, seine Leistung zu überwachen, ohne den laufenden Betrieb zu beeinträchtigen. Daten aus realen Szenarien flossen in die Verfeinerung des Protokolls ein, um seine Einsatzbereitschaft sicherzustellen.

NV24 Upgrade: Aktive Bereitstellung

Das NV24-Upgrade, das für das 1. Quartal 2025 geplant ist, wird GossiPBFT aktivieren und die Endgültigkeitszeiten offiziell reduzieren. Diese Phase erfordert Updates für alle teilnehmenden Knoten, einschließlich der von Speicheranbietern und Abrufminen betriebenen Knoten. Nach der Aktivierung wird F3 die Endgültigkeit behandeln, während EC weiterhin die Blockproduktion steuert.

Rolle der Lotus

Lotus, die primäre Implementierung des Filecoin-Protokolls, spielt eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung von F3. Aktualisierte Versionen von Lotus stellen sicher, dass Knoten das neue Protokoll nahtlos übernehmen können, wobei die Kompatibilität mit der bestehenden Infrastruktur erhalten bleibt und gleichzeitig eine schnellere Endgültigkeit ermöglicht wird.

Schlüsselvorteile der schnellen Endgültigkeit (F3)

Die Einführung von Fast Finality (F3) stellt eine bedeutende Verbesserung des Filecoin-Netzwerks dar und behebt Einschränkungen bei der Transaktionsgeschwindigkeit und öffnet neue Anwendungsfälle. Durch die Reduzierung der Endgültigkeitszeit von Stunden auf Minuten bietet F3 mehrere wichtige Vorteile für das Ökosystem und verbessert die Gesamtfunktionalität und Benutzererfahrung.

Reduzierte Transaktionsendgültigkeitszeit

Einer der wichtigsten Vorteile von F3 ist die Verringerung der Endgültigkeitszeit für Transaktionen. Unter dem derzeitigen Konsensmechanismus dauert es etwa 7,5 Stunden (900 Epochen), um Transaktionen und Speicherdeals abzuschließen. F3 reduziert diese Dauer drastisch auf nur wenige Minuten, was eine schnellere Bestätigung von Speicherabkommen, Abruftransaktionen und anderen Operationen ermöglicht. Diese Verbesserung erhöht die Effizienz des Netzwerks und macht es für Echtzeitanwendungsfälle geeigneter.

Verbesserte Benutzererfahrung

F3 verbessert das Erlebnis für Benutzer und Speicheranbieter erheblich, indem es die Verzögerungen bei der Transaktionsverarbeitung minimiert. Benutzer müssen nicht mehr lange warten, um zu bestätigen, dass ihre Daten-Speicher- oder Abruftransaktionen abgeschlossen sind. Diese Reaktionsfähigkeit macht das Netzwerk benutzerfreundlicher und attraktiver für ein breiteres Publikum, insbesondere in Branchen, die auf schnelle Interaktionen angewiesen sind.

Unterstützung für zeitkritische Anwendungen

Mit reduzierten Finalitätszeiten ermöglicht F3 Filecoin die Unterstützung von Anwendungen, die eine geringe Latenz und schnelle Transaktionsbestätigungen erfordern. Dazu gehören Finanzanwendungen, dezentrale Gaming-Plattformen und Echtzeitdatendienste, wie sie in IoT- oder sensorbasierten Netzwerken benötigt werden. Die schnelleren Bestätigungszeiten machen Filecoin zu einer geeigneten Wahl für Entwickler, die dezentrale Anwendungen (dApps) erstellen, die nahezu sofortige Interaktionen erfordern.

Verbesserte Skalierbarkeit

Durch die Optimierung des Konsensprozesses verbessert F3 die Skalierbarkeit des Netzwerks. Eine schnellere Endgültigkeit ermöglicht es dem Netzwerk, ein höheres Volumen an Transaktionen und Speicheroperationen ohne Engpässe zu bewältigen. Diese Verbesserung positioniert Filecoin, um eine wachsende Benutzerbasis zu unterstützen und steigende Speicheranforderungen bei zunehmender Akzeptanz zu bewältigen.

Erleichterung der Cross-Chain-Interoperabilität

Schnelle Endgültigkeit ist eine entscheidende Anforderung für effiziente Cross-Chain-Interaktionen. Blockchain-Brücken und Interoperabilitätslösungen sind oft auf schnelle Transaktionsbestätigungen angewiesen, um Netzwerkdaten zu synchronisieren. Durch die Reduzierung der Endgültigkeitszeiten macht F3 Filecoin kompatibler mit anderen Blockchain-Ökosystemen, ermöglicht nahtlose Integration und erweitert seine Anwendungsfälle.

Gestärkte Beteiligung am Ökosystem

Eine schnellere Transaktionsabwicklung ermutigt eine größere Beteiligung sowohl von Benutzern als auch von Speicheranbietern. Mit schnelleren Belohnungen und Bestätigungen von Geschäften werden Speicheranbieter dazu angeregt, ihre Dienste aktiver anzubieten. Ebenso profitieren Endbenutzer von einer reibungsloseren und schnelleren Erfahrung, was zu einer höheren Beteiligung innerhalb des Filecoin-Ökosystems führt.

Erhöhte Netzwerk-Durchsatz

Die Einführung von F3 reduziert den Rechenaufwand, der mit langen Bestätigungsprozessen verbunden ist. Diese Optimierung ermöglicht es dem Netzwerk, mehr Transaktionen in einem gegebenen Zeitraum zu verarbeiten und die Gesamtdurchsatz zu erhöhen. Ein effizienteres Netzwerk ermöglicht es Filecoin, im schnelllebigen Umfeld dezentraler Speicher- und Blockchain-Lösungen wettbewerbsfähig zu bleiben.

Auswirkungen auf das Filecoin-Ökosystem

Quelle: filecoin.io

Für Speicheranbieter

Speicheranbieter profitieren von schnelleren Deal-Bestätigungen, wodurch sie ihre Kunden effizienter an Bord nehmen können. Dies reduziert die Leerlaufzeit und verbessert die Rentabilität, was zu einer größeren Beteiligung am Netzwerk anregt.

Für Entwickler

Entwickler, die dezentrale Anwendungen erstellen, erhalten Zugriff auf ein Netzwerk, das niedrige Latenzzeiten und Echtzeit-Datenverarbeitung unterstützt. F3 ergänzt auch die Filecoin Virtual Machine (FVM) und ermöglicht leistungsstarke Smart Contracts und dApps.

Für Kunden

Endbenutzer erleben eine verbesserte Zuverlässigkeit und Zugänglichkeit, mit schnelleren Speicher- und Abrufvorgängen, die Filecoin für individuelle und unternehmerische Anwendungsfälle attraktiver machen.

Wachstum des breiteren Ökosystems

Durch die Unterstützung neuer Anwendungsfälle und die Erweiterung der Interoperabilität stärkt F3 das Ökosystem und treibt Innovationen und die Adoption voran. Es positioniert Filecoin als wichtigen Akteur in den Bereichen dezentraler Speicherung und Web3.

Herausforderungen und Überlegungen

Integrationskomplexität

Die Einführung von GossiPBFT zusammen mit EC erfordert eine sorgfältige Integration, um Kompatibilität und Sicherheit zu gewährleisten. Das Dual-Consensus-Modell muss nahtlos funktionieren, um Störungen zu verhindern.

Ressourcenanforderungen

GossiPBFT kann die Rechenanforderungen an Knoten erhöhen und damit möglicherweise kleinere Speicheranbieter vor Herausforderungen stellen. Die Ausgewogenheit der Ressourcenanforderungen mit der Netzwerkeinbindung ist eine wesentliche Überlegung.

Stakeholder-Koordination

Der Erfolg von F3 hängt von koordinierten Updates im gesamten Ökosystem ab. Um Fragmentierung zu vermeiden, müssen alle Teilnehmer ihre Infrastruktur aktualisieren.

Erwartungen managen

Obwohl F3 die Transaktionsgeschwindigkeit erheblich verbessert, könnte es nicht alle Netzwerkherausforderungen bewältigen. Die Stakeholder müssen realistische Erwartungen hinsichtlich der Vorteile und Einschränkungen haben.

Schlussfolgerung

Fast Finality (F3) ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg von Filecoin zu einem effizienteren und zugänglicheren dezentralen Speichernetzwerk. Durch die Reduzierung der Finalitätzeiten verbessert das Upgrade die Benutzererfahrung, erweitert das Anwendungspotenzial und fördert das Wachstum des Ökosystems. Obwohl noch Herausforderungen bestehen, gewährleisten die sorgfältige Planung und Durchführung des Filecoin-Teams einen reibungslosen Übergang, der die Kernprinzipien von Sicherheit und Dezentralisierung des Netzwerks bewahrt. Mit der Vorbereitung auf die vollständige Bereitstellung signalisiert F3 eine neue Ära der Leistungsfähigkeit und Fähigkeiten für das Filecoin-Netzwerk.