Filecoin的工作證明機(jī)制工作流程解析

IPFS由胡安在2014年5月份發(fā)起，目前為止已經(jīng)誕生了5年時(shí)間，而基于IPFS開發(fā)的Filecoin存儲(chǔ)激勵(lì)項(xiàng)目則旨在為我們的網(wǎng)絡(luò)提供更加完善、體驗(yàn)更好的存儲(chǔ)服務(wù)。

愿景很美好，但我們首先要弄清楚，它是怎么保證整個(gè)存儲(chǔ)服務(wù)的正常運(yùn)行呢？Filecoin的工作證明機(jī)制在圍繞著核心的復(fù)制證明PoRep與時(shí)空證明PoSt之外還涉及不少其他的證明機(jī)制。今天我們用超直白的話和大家解說Filecoin的工作證明機(jī)制

Filecoin存儲(chǔ)的工作流程

首先，我們來了解下Filecoin完成存儲(chǔ)需要的關(guān)鍵流程和角色。

挑戰(zhàn)（challenge）

系統(tǒng)對(duì)礦工提問一個(gè)或多個(gè)問題進(jìn)行驗(yàn)證，回答正確，則挑戰(zhàn)成功，否則失敗。類似于BTC的工作量證明，依靠一系列大量的計(jì)算，最終得出首次記賬權(quán)。

證明者（prover）：

礦工想要完成挑戰(zhàn)（challenge）就需要向Filecoin系統(tǒng)提供真實(shí)有效的證明。

檢驗(yàn)者（verifier）：

系統(tǒng)代表用戶向礦工發(fā)起挑戰(zhàn)（challenge），以此檢測礦工是否完成了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)。

數(shù)據(jù)（data）：

指用戶向礦工發(fā)起存儲(chǔ)需求的數(shù)據(jù)或者已被礦工存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

證明（proof）：

礦工完成挑戰(zhàn)（challenge）時(shí)的回答。

流程：

檢驗(yàn)者（verifier）向礦工（prover）發(fā)起挑戰(zhàn)（challenge），礦工提交證明（proof），再由系統(tǒng)檢驗(yàn)礦工的答復(fù)來判斷是否通過本次挑戰(zhàn)（challenge）。

Filecoin存儲(chǔ)的證明機(jī)制

存儲(chǔ)證明 Proof-of-Storage，PoS：

Filecoin利用存儲(chǔ)空間進(jìn)行證明作為它的工作量證明機(jī)制，最初時(shí)將其命名為存儲(chǔ)證明 Proof-of-Storage，目前已升級(jí)為PoRep。證明礦工在對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)了特定的數(shù)據(jù)，不嚴(yán)格來說硬盤的儲(chǔ)存量即代表其算力，相比POW機(jī)制耗費(fèi)的巨大能源，其消耗不值一提。

復(fù)制證明 Proof-of-Replication，PoRep：

PoRep 是PoS的進(jìn)階版，可以證明礦工已將 數(shù)據(jù)（data）存儲(chǔ)，并保證每份數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的獨(dú)立性，同時(shí)防止女巫攻擊，外源攻擊和生成攻擊。

數(shù)據(jù)持有性證明 Provable-Data-Possession，PDP：

礦工完成了用戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的訂單后，為了證明數(shù)據(jù)已經(jīng)被自己存儲(chǔ)，用戶可以多次驗(yàn)證礦工是否將其數(shù)據(jù)保持存儲(chǔ)的狀態(tài)

可檢索證明 Proof-of-Retrievability，PoRet：

與PDP類似，證明礦工存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是可以用來查詢的。

空間證明 Proof-of-Space，PoSpace：

Filecoin提出的關(guān)于存儲(chǔ)量證明的概念，PoSpace是PoW的一種，不同的是PoW使用的是計(jì)算資源，而PoSpace使用的是存儲(chǔ)資源。

時(shí)空證明 Proof-of-SpaceTIme，PoSt：

時(shí)空證明，礦工證明自己花費(fèi)了SpaceTIme資源， 即：一定時(shí)間內(nèi)的存儲(chǔ)空間的使用，PoSt是基于復(fù)制證明（Proof-of-ReplicaTIon，PoRep）實(shí)現(xiàn)的。

Protocol Labs團(tuán)隊(duì)為什么要將系統(tǒng)搞得這么復(fù)雜？

區(qū)塊鏈里面任何精巧的系統(tǒng)都需要精心設(shè)計(jì)（比如BTC），讓系統(tǒng)能夠依靠自身機(jī)制一直運(yùn)行下去，目的不外乎下面兩個(gè)：

● 保證礦工能夠老老實(shí)實(shí)的幫助用戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)

● 公平的分配代幣

《 PoRep & PoSt 》有啥作用？

復(fù)制證明：Proofs-of-ReplicaTIon

PoRep必須能夠防范以下三種常見的攻擊方式：女巫攻擊、外源攻擊、生成攻擊。

他們的共同特點(diǎn)是攻擊礦工實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)大小要比聲稱存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)小，這樣攻擊礦工就能獲得本不該他獲得的報(bào)酬。

● 女巫攻擊（Sybil Attack）：

利用n個(gè)身份，承諾存儲(chǔ)n份數(shù)據(jù)D，而實(shí)際上存儲(chǔ)小于n份（比如1份），但是卻提供了n份存儲(chǔ)證明，攻擊成功。

● 外部數(shù)據(jù)源攻擊（Outsourcing Attack）：

當(dāng)攻擊者礦工收到檢驗(yàn)者要求提供數(shù)據(jù)D的證明的時(shí)候，攻擊者礦工從別的礦工那里生成證明，證明自己一直存儲(chǔ)了數(shù)據(jù)D，而實(shí)際上沒有存儲(chǔ)，攻擊成功。

● 生成攻擊（Generation Attack）：

攻擊者A可以使用某種方式生成數(shù)據(jù)D，當(dāng)檢驗(yàn)者驗(yàn)證的時(shí)候，攻擊者A就可以重新生成數(shù)據(jù)D來完成存儲(chǔ)證明，攻擊成功。

時(shí)空證明：Proofs-of-Spacetime

時(shí)空證明提出了證明鏈（proof-chain）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，證明鏈把一些挑戰(zhàn)（challenge）和證明（proof）鏈接起來，在證明鏈的基礎(chǔ)上添加上時(shí)間段，這樣就得到了一段時(shí)間內(nèi)的礦工存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的證明，這就是時(shí)空證明（Proof-of-Spacetime，PoSt）。

PoSt可以證明在該段時(shí)間內(nèi)礦工存儲(chǔ)了特定的數(shù)據(jù)，并且利用時(shí)間戳錨定這些證明鏈，這樣即使檢驗(yàn)者（verifier）不在線，也能夠在將來去驗(yàn)證礦工在該段時(shí)間內(nèi)是否生成了證明鏈，PoSt會(huì)被提交到鏈上用來產(chǎn)生新的區(qū)塊（Block）。

結(jié)語

通過用戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及礦工完成存儲(chǔ)以及一系列驗(yàn)證的過程來看，F(xiàn)ilecoin已經(jīng)成熟到一定的程度了，但不可否認(rèn)還有許多諸如零知識(shí)證明等還能繼續(xù)優(yōu)化的地方。

相信了解Filecoin的工作證明機(jī)制之后，大家都發(fā)現(xiàn)了它的魅力所在：以一套精密運(yùn)作的系統(tǒng)，通過向存儲(chǔ)資源貢獻(xiàn)者發(fā)放FIL的形式，或者向檢索服務(wù)提供者發(fā)放FIL的形式，激勵(lì)大家參與貢獻(xiàn)自己的存儲(chǔ)資源與帶寬資源。

這就在全球范圍內(nèi)，極大地增加了網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，讓整個(gè)分布式存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)變成了一個(gè)巨大的存儲(chǔ)空間。在整套機(jī)制的配合下，IPFS在跟HTTP的競爭中擁有了更強(qiáng)的發(fā)展優(yōu)勢，看到這你也就明白了Filecoin為何受到如此多的資本以及組織的青睞。