Filecoin協議獨有的特性:可驗證的儲存

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這是介紹Filecoin協議獨有特性系列的第二篇文章,第一篇文章介紹了大規模資料的離線資料傳輸。

Filecoin儲存市場能夠有效執行,主要是保證使用者可以確信Filecoin網路正確完整的儲存了它們的資料。這種信心來自於Filecoin自己獨特的證明系統,來保證Filecoin網路上的儲存按照合約工作。

使用Filecoin儲存,礦工的儲存將被公開稽覈。換句話說,我們的儲存證明為Filecoin網路的每個使用者提供了保證,即所有礦工都會按照承諾的那樣儲存資料。儲存驗證是將Filecoin市場融合在一起的粘合劑,它確保了儲存在網路上的所有資料的完整性。

為了讓這些資料完整性檢查為儲存使用者提供他們想要的保證,這些稽覈是Filecoin最基本協議的一部分,也是Filecoin證明系統發揮作用的地方(我們在這裡寫了另一篇關於Filecoin證明的部落格文章)。

Filecoin證明系統
https://filecoin.io/blog/filecoin-proof-system/

證明系統是參與者(通常是礦工)用來驗證儲存服務的加密協議。Filecoin證明系統解決了分散式儲存以前的一個棘手問題:即礦工們如何證明他們真的在他們的儲存空間裡儲存了資料?要理解這一點,我們需要看看Filecoin是如何實現分散式儲存的,以及是什麼讓它的證明系統獨一無二。

Filecoin如何實現分散式儲存?

在中心化儲存服務中,我們信任的是知名的公司或組織,它們可以保證系統的完整性和安全性,這第三方是維護網路信任的關鍵。例如,當我們使用Amazon S3進行雲端儲存時,我們並不真正信任亞馬遜所使用的資料伺服器網路。相反,我們相信亞馬遜會保證網路像承諾的那樣執行——根據公司的服務水平協議,我們在亞馬遜儲存的資料將是安全和可用的。

(Amazon (S3) 是一個公開的服務,Web 應用程式開發人員可以使用它儲存數字資產,包括圖片、影片、音樂和文件。)

在分散式儲存網路中的信任非常難實現,在Filecoin網路中,世界上任何人都可以提供儲存服務。但是要在像=Filecoin網路上保持使用者信任,你需要在全球網路本身中建立信任度。

Filecoin的證明系統正是透過在協議層中建立信任來做到這一點的,利用儲存證明來作為在Filecoin區塊鏈中達成一致的核心機制。

在每個公共區塊鏈上,“共識”定義了關於存在於區塊鏈上的資料條目的協議。為了實現這一共識,區塊鏈依賴於共識演算法來生成新的區塊,以保護區塊鏈不受虛假資料輸入的影響。這些演算法精確地確定了礦工如何構建和維護區塊鏈。

但是,其他區塊鏈依賴於一致演算法,要求礦機們執行浪費的工作(例如工作證明區塊鏈),而Filecoin的一致機制要求礦工參與有用的工作,提供和驗證儲存資料的完整性(各種儲存證明,例如複製證明和時空證明)。

這意味著Filecoin區塊鏈本身會驗證礦工執行的儲存操作。這就是Filecoin在分散式網路的協議層構建信任的方式。Filecoin的共識演算法的核心是兩種證明機制:複製證明和時空證明,這兩種機制使資料儲存在Filecoin區塊鏈上可以公開驗證。

複製證明和時空證明

要驗證Filecoin去中心化網路上的儲存,需要證明兩件事。首先,需要證明在給定的儲存空間中儲存了正確的資料集。其次,需要證明在給定的時間段內連續儲存了相同的資料集。

Filecoin的證明演算法來執行這些驗證任務,複製證明證明給定的礦機儲存的是客戶端原始資料的物理唯一副本,而時空證明證明客戶端資料是隨時間連續儲存的,這兩種證明都是這樣的。

複製證明(PoRep)從一個稱為“密封”的過程開始。一個礦工奉獻了一部分可用的儲存空間,稱為“扇區”,以儲存使用者的資料。一旦這個區域被填滿,它就被密封了。封口是一套操作,逐步將扇區轉變為原始資料的唯一副本。這個副本與Filecoin礦工的公鑰相關聯。為了執行最後的複製證明,挖礦程式會向公共Filecoin區塊鏈提交副本的加密雜湊,即CommR(副本的鏈上承諾)。

透過複製證明,礦商提供了公開的證據,證明他們正在儲存使用者資料的唯一編碼,同時進行證明。只有擁有全部原始資料的挖掘程式才能向Filecoin區塊鏈提交正確的CommR(對副本的鏈上承諾)。但是單憑一個複製證明並不能證明儲存是連續的。

這就是時空證明(PoSt)的作用。在時空證明中,隨機選擇的礦工被要求為他們維護的隨機選擇的儲存區域提供複製證明。這是透過一個過程來完成的,在這個過程中,礦工被髮出一個密碼挑戰,只能透過直接諮詢一個密封的扇區來正確地回答。礦工必須在嚴格的時間限制內對這一挑戰作出反應。每個礦工必須每天證明他們所有的儲存,礦工也隨機選擇證明儲存,來贏得區塊。密封的計算難度保證了礦工必須隨時進入密封區域並保持其完整性。

複製證明和時空證明共同構成了Filecoin獨特的證明系統,即儲存證明和空間證明的結合。

除了它的證明系統,Filecoin網路也依賴博弈論動機來阻止惡意或疏忽的行為。所有同意在Filecoin網路上儲存資料的礦商,在簽訂協議時必須提供Filecoin形式的擔保。任何未透過時空證明檢查的儲存礦機都將受到懲罰,每當應用懲罰時,抵押品的一部分將丟失。在過多的處罰之後,所有的抵押品都將丟失,礦工也被禁止再向使用者提供儲存服務。你可以檢視下面連結閱讀更多關於這些神秘經濟機制的資訊。

結論

採用新的密碼學、一致協議和博弈論激勵機制設計的Filecoin協議提供了一個分散式儲存網路和市場,客戶和礦工可以放心使用。其核心是Filecoin獨特的儲存驗證方法。你可以在我們最新的(協議學院)ProtoSchool教程中閱讀更多關於驗證Filecoin儲存的內容。

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