声明：本文旨在传递更多市场信息，不构成任何投资建议。文章仅代表作者观点，不代表火星财经官方立场。
边肖：记得要集中注意力。
来源：IPFS星际大陆
作者：Vaibhav Saini
编译：星际大陆
自2009年开始的去中心化革命以来，出现了许多有前途的项目，这些项目改变了我们对这个世界的看法和生活方式。协议实验室就是这样一个项目，它催生了诸如IPFS这样的项目。
IPFS缺乏激励层，这有助于其大规模采用，因此其最终目标是取代HTTP。这就是Filecoin进入的地方。自从Filecoin发布以来，它在社区中引起了很大的兴趣。随着2020年12月测试网的上线，你可以探索很多东西。
网上有很多关于其技术和经济的信息，让人摸不着头脑，应接不暇。因此，这里我们将所有可用的信息组合在“一个来源”中。如果你喜欢像Filecoin这样的高科技Web3概念，并通过互动教程简单地解释了它，请到这里来。
首先，我们将讨论文档货币的技术方面，然后在下一篇文章中讨论其经济方面。但是在深入研究核心技术之前，我们先来分析一下当今文件存储市场的情况。
文件存储市场现状
今天，亚马逊S3已经成为互联网上文件存储的主力军。原因有很多：
1.极其便宜：每GB存储0.023美元。每10，000次读取请求0.04美分。
2.太快了。
3.这是可靠的：嗯，它已经关闭了几次，有效地将大部分互联网离线。但仍有99.9%的正常运行时间。
4.它具有高度的可扩展性。
5.并提供了很好的开发经验。它可以很容易地与其他亚马逊服务套件集成进行扩展(如CloudFront)
在我们拥有如此优秀的云存储服务的世界里，任何竞争对手都必须表现得比这更好，或者至少处于同一水平。在小范围内，分布式网络无法正常工作。然而，如果它(IPFS)被大规模采用(采用率高于BitTorrent)，它可能会被证明是更好的互联网版本，从而开启一个全新的经济。
技术概述
我们把它分成四个部分：1 .1工作原理概述。Filecoin网络？
2.Filecoin协议的深入研究。
3.其他问题(白皮书中未讨论)
4.4的可能改进。Filecoin协议
01 filecoin网络工作原理概述
Filecoin中有三组用户：客户端、存储挖掘器和检索挖掘器。客户为存储和检索数据付费。他们可以从现有的服务提供商中进行选择。如果他们想要存储私人数据，他们需要在将数据提交给提供商之前对其进行加密。
存储矿工存储客户的数据以获得奖励。他们决定愿意预留多大的储物空间。在客户和存储矿商达成协议后，矿商有义务继续提供其存储数据的证据。大家可以查查证据，确定存储矿工是可靠的。
根据矿工的要求，检索他们提供的客户数据。他们可以从客户或存储挖掘者那里获取数据。搜索矿工和客户使用微支付来交换数据和硬币：数据被分成几部分，客户为每一部分支付少量硬币。搜索挖掘器也可以充当存储挖掘器。
最后，网络代表所有验证客户端和矿工行为的完整节点。这些节点计算可用存储、检查存储证书并修复数据故障。
本文中使用的一些术语：
碎片：碎片是分布式存储网络中客户端存储的数据的一部分。例如，数据(可能是一个目录)可以有意地分成许多部分，每个部分可以由一组不同的存储挖掘器存储。
扇区(Sector):扇区是Storage Miner提供给网络的一些磁盘空间(可以认为是与特定存储提供商的磁盘空间的特定部分相关联的唯一ID)。将顾客的商品存放在他们的部门，并为他们的服务赢得代币。为了存储碎片，存储矿工必须向网络保证他们的扇区。
可允许的：可允许的是一种数据结构，可以跟踪部件及其指定的扇区。AllocTable在分类帐中的每个块上更新，它的Merkle根存储在最新的块中。实际上，该表用于保存DSN的状态，以便在验证过程中快速查找。
订单：订单是请求或提供服务的意向声明。客户向市场提交竞价订单请求服务(分别为存储数据的存储市场和获取数据的检索市场)，矿商提交请求订单提供服务。
订单簿：订单簿是一个订单集。Filecoin为存储市场和检索市场维持单独的订单。
承诺：承诺是向网络提供存储(尤其是扇区)的承诺。存储矿商必须向分类账(档案货币区块链)提交保证书，才能开始接受存储市场的订单。包括质押部的规模和矿工存放的抵押物。
用户通过下订单来分享他们的意图。客户提交一个投标订单，指定要支付的价格。提交矿工要价清单，并指定要收取的价格。当买卖订单匹配时，客户和矿工都签署交易订单并将其提交给区块链。出价和要价共同构成了存储市场(文件存储市场)和检索市场(文件检索市场)。让我们深入研究这些市场，看看它们是如何运作的。
存储市场
这是一个由网络运行的分散式交换机。所有的要价和出价都存储在区块链，用于存储Filecoin网络上的数据。
客户向存储的订单簿提交一个投标订单(使用PUT协议，这将在下一节中解释)。客户必须存入订单中指定的硬币，并指定他们想要存储的副本数量。客户可以提交多个订单或在订单中指定复制因子。更高的冗余度(更高的复制系数)导致更高的存储故障容忍度(如下所述)。
存储矿商通过Manage.PledgeSector的质押交易将抵押品存放在区块链中，从而保证其网络存储。抵押品(单据货币)存储在服务时间内。如果矿工为他们承诺存储的数据生成存储凭证，他们将被返回。如果某些存储证书失败，将会损失一定比例的抵押品。一旦质押交易出现在区块链，矿商就可以在仓储市场提供他们的仓储：他们设定价格，并将要价清单添加到市场的订单簿中。
所有存储分配对网络中的每个参与者都是通用的。在每个块中，网络将检查是否有每个作业所需的证书，检查它们是否有效，并采取相应的措施：1 .如果任何证据丢失或无效，网络将通过使用他们的抵押品来惩罚矿工，
2.如果大量证据缺失或无效(由系统参数fault定义)，网络将认为Storage Miner有故障，将订单结算为故障，然后将同一区块的新订单重新引入市场。
3.如果存储矿工的每个存储矿工都有故障，矿工将丢失，客户将获得退款。
搜索市场
这是一种离线交换，客户端和搜索挖掘者以对等的方式发现彼此。一旦客户和矿商就价格达成协议，他们就开始用小额付款一个接一个地交换数据和硬币。
让我们看看它是如何工作的。
搜索矿工通过在互联网上传播他们的要价清单来宣布他们的作品：他们设定价格，并将要价清单添加到市场的订单簿中。
下图显示了网络中发生的所有活动。
02对Filecoin协议的深入研究
Filecoin引入了分布式存储网络(DSN)的概念。DSN是一种描述独立客户端和存储提供商网络的方案。DSN聚合多个独立存储提供商提供的存储，并自我协调，为客户端提供数据存储和数据检索。协调是去中心化的，不需要可信方：这些系统的安全操作是通过协议实现的，协议可以协调和验证各方执行的操作。根据系统的要求，DSN可以采用不同的协调策略，包括拜占庭协议、Gossip协议或CRDT。DSN涉及三个功能的实现：放、取、管。Put允许客户端在唯一标识符下存储数据。Get允许客户端使用标识符检索数据。通过测量可供租赁的空间、审计供应商和修复可能的数据错误来管理网络。管理协议通常由存储提供商与客户端或审计者网络一起运行(这涉及拜占庭故障，将在下面讨论)。
DSN有几个属性。前两项是必需的。
1.数据完整性意味着客户端总是接收与存储相同的数据，存储提供商不能说服客户端获取错误的数据。
2.可检索性仅仅意味着客户机将能够随着时间的推移检索它们的数据。
DSN的可选属性：
1.公共可验证性允许网络上的每个人在不知道数据本身的情况下验证数据是否被存储。
2.可审核性允许验证数据是否存储在正确的时间段内。
3.激励相容旨在奖励优秀的服务提供者，惩罚低劣的服务提供者。
4.实现保密性：想要秘密存储数据的客户必须在将数据提交到网络之前对其进行加密。
容错DSN可以容忍两种可能的故障：
管理失败：这些失败是拜占庭式的失败，是由管理协议中的参与者(存储提供商、客户和审计员)造成的。DSN方案依赖于其下划线管理协议的容错性。违反管理错误的容错假设，可能会损害系统的生命力和安全性。例如，考虑一个DSN方案，在该方案中，管理协议需要拜占庭协议(因为节点可以审计它)来审计存储提供者(如果他们正在存储根据协议条件应该存储的所有数据)。在这样的协议中，网络从存储提供商接收存储证书，并运行拜占庭协议(BA)来同意这些证书的有效性。如果BA的容差不超过F，如果故障总数达到N，我们的DSN可以容忍F。
存储错误：存储错误是拜占庭错误，它阻止客户端检索数据：即存储挖掘器丢失了片段，检索挖掘器停止提供片段。如果的输入数据存储在m个独立的存储提供程序(总共n个)中，并且最多可以接受f个Byzantine提供程序，则成功的Put执行允许执行(f，m)。参数f和m取决于协议的实现；协议设计者可以固定F和M或将选择权留给用户，从而将Put(data)扩展为Put(data，F，M)。如果小于f，则对存储的数据成功执行Get。错误的存储提供商。例如，考虑一个简单的方案，其中协议被设计为每个存储提供商存储所有数据。在这个方案中，m=n，f=m-1。总是f=m-1吗？不，一些方案可以使用擦除编码来设计，其中每个存储提供商存储数据的特定部分，因此需要M个存储提供商中的X个来检索数据。在这种情况下，f=MX。
一致性算法
Filecoin DSN协议可以在任何允许验证Filecoin证书的共识协议之上实现。工作负载认证方案通常需要解决其解决方案不可重用或需要大量浪费的计算来找到它们的问题。
不可重用的工作：大多数未经许可的区块链要求矿工解决一个困难的计算问题，例如反转散列函数。通常，这些问题的解决方案除了保护网络安全之外，没有任何用处，没有任何内在价值。一些区块链如以太坊(执行智能契约逻辑)和Primecoin(搜索新的素数)试图使用一些计算能力来完成有用的工作。
浪费：解决难题，就机器和能源消耗而言，真的是非常昂贵的，尤其是如果这些问题仅仅依靠计算能力的话。当挖掘算法是令人尴尬的并行时，解决问题的主要因素是计算能力。
尽量减少浪费：理想情况下，网络的大部分资源应该用于有用的工作。一些努力要求矿工使用更节能的解决方案。比如Spacemint要求矿工专用磁盘空间，而不是计算。虽然这些磁盘更节能，但它们仍然被“浪费”了，因为它们充满了随机数据。人们还做出了其他努力，用基于公平证据的传统拜占庭协议来取代困难问题的解决方案，在这种协议中，利益相关者按照系统中的资金份额比例对下一个区块进行投票。
所以Filecoin矿工做的不是浪费浪费的工作量去证明计算，而是让他们能够参与到共识中。
有用的工作：如果计算结果对网络有价值，而不仅仅是保护区块链，那么我们认为矿工在共识协议中所做的工作是有用的。
Filecoin提出了一个有用的工作共识协议，其中在线选举矿工创建新区块的可能性(我们称之为矿工投票权)与他们当前使用的存储空间成正比。Filecoin协议的设计使得矿工更愿意投资存储而不是计算能力来并行化采矿计算。矿工提供存储和重用计算，证明数据存储参与共识。
挖掘能力建模
电源容错：在本技术报告中，电源容错是一种抽象形式，可以根据参与者对协议结果的影响来重构拜占庭故障。每个参与者控制一些权力，其中N是网络中的总权力，F是有缺陷的或敌对的参与者控制的一部分权力。
Filecoin的能力：在Filecoin中，矿工M在时间t的能力p是M的存储分配的总和。影响我分数的媒介力量超过了网络中的总力量。在Filecoin中，power具有以下属性：
1.公共：网络中当前使用的存储总量是公共的。通过阅读区块链，任何人都可以计算每个矿工的存储分配——因此任何人都可以计算每个矿工在任一时间点的电量和总电量。
2.可公开验证：对于每个存储分配，矿工需要生成时间和空间的证明，以证明正在提供服务。通过阅读区块链，任何人都可以验证矿工所主张的权利是否正确。
3.变量：在任何时间点，矿工可以通过承诺一个新的扇区并填充该扇区来向网络添加新的存储。通过这种方式，矿工可以随着时间的推移改变他们的电量。
要了解更多关于该函数如何在共识算法中工作(数学上)，请参考白皮书。
我们还需要一种机制来防止恶意矿工利用三种攻击来获取未提供服务的存储的奖励：Sybil攻击、外包攻击和生成攻击。
Sybil攻击：通过创建多个Sybil身份，恶意矿工可以假装存储(并获得报酬)比实际存储更多的副本，但他们只能存储一次数据。
外包攻击：恶意矿工可能依赖于从其他存储提供商快速获得数据，以承诺存储比他们实际存储的更多的数据。
生成攻击：恶意矿工可能声称存储了大量数据，但他们使用一个小程序来高效地按需生成数据。如果程序小于据称存储的数据，这将增加恶意矿工赢得Filecoin块奖励的可能性，该奖励与矿工当前使用的存储成正比。
存储提供商必须让他们的客户相信，他们已经存储了要收费存储的数据。实际上，存储提供商将生成存储证明(PoS)以供区块链网络(或客户端本身)验证。
为了让存储行为公开可验证，Filecoin引入了两种共识算法：复制证明(PoRep)和时空证明(PoSt)。
复制证明(PoRep)是一种新颖的存储证明，它允许服务器(即证明者P)使用户(即验证者V)相信某些数据D已经被复制到其自己唯一的专用物理存储器中。我们的方案是一个交互式协议。证明者P: (a)承诺存储一些数据D的N个不同的副本(物理上独立的副本)，然后(b)使验证者V相信P确实通过挑战/响应协议存储了每个副本。PoRep改进了PoR和PDP方案，以防止Sybil攻击、外包攻击和生成攻击。时空证明：存储证明方案使用户能够在受到质疑时检查存储提供商是否在存储外包数据。我们如何使用PoS方案来证明某些数据存储了一段时间。这个问题的自然答案是让用户反复向存储提供商发送质询(例如，每分钟一次)。然而，每次交互所需的通信复杂性可能会成为Filecoin等系统的瓶颈，其中存储提供商需要向区块链网络提交其证明。
为了解决这个问题，我们引入了一种新的证明，即“时空证明”，其中验证者可以检查证明者是否在一段时间内存储了其外包数据。
1.直觉是要求证明者生成顺序存储的证明(在我们的例子中，重复证明)作为确定时间的方法。
2.递归组合执行以生成一个简短证明。
证明者接收来自验证者的随机挑战(C ),并使用证明的输出作为指定迭代次数t内的另一个证明的输入，以依次生成复制证明。因此，确保所有完成的工作都是可重用的(如上所述)。PoSt&PoRep使用zk-SNARKS，使得证明非常简短，易于验证。
智能合同
智能合约使Filecoin的用户能够编写有状态的程序，这些程序可以使用令牌，请求在市场上存储/检索数据，并验证存储证书。用户可以通过向分类帐发送触发合同中的函数调用的交易来与智能合同进行交互。我们扩展了智能合约系统，以支持Filecoin特定的操作(例如，市场操作、证据验证)。
Filecoin支持特定于数据存储的合同，以及更一般的智能合同：
合同：我们允许用户对他们提供或提供存储服务的条件进行编程。有几个例子值得一提：(1)与矿商签约：客户可以预先指定矿商提供服务，无需参与市场；(2)支付策略：客户可以为矿工设计不同的奖励策略。比如合约可以随着时间的推移越来越高，另一个合约可以设定可信甲骨文告知的存储价格；(3)售票服务：合同使采矿者能够存放代币，并代表其用户支付存储/检索费用；(4)更复杂的操作：客户可以创建允许数据更新的合同。
智能合约：用户可以将程序与他们的交易相关联，就像在其他系统中一样(例如在以太坊中)，它们不直接依赖于存储的使用。我们预见到诸如去中心化命名系统、资产跟踪和众筹平台等应用。
跨链相互作用
桥梁是用来连接不同区块链的工具。虽然仍在进行中，但我们计划支持跨链交互，以将Filecoin存储引入其他基于区块链的平台，并将其他平台的功能引入Filecoin。
其他平台的Filecoin:其他区块链系统，如比特币、Zcash，尤其是以太坊和Tezos，允许开发者编写智能合约；但是这些平台提供的存储功能非常少，成本非常高。我们计划提供一个桥梁来为这些平台提供存储和检索支持。我们注意到，IPFS已经被许多智能合约(和协议令牌)用作引用和分发内容的方式。添加对Filecoin的支持将使这些系统能够保证存储IPFS内容，以换取Filecoin令牌。
Filecoin中的其他平台：我们计划用Filecoin提供连接其他区块链服务的桥梁。例如，与Zcash的集成将允许支持发送请求来私有地存储数据。
03其他问题
在这里，我们列出一些潜在的问题，这些问题在白皮书中没有得到很好的讨论。检索市场的可扩展性：微支付系统(检索市场)在检索协议中产生大量开销。为了达到与今天的集中式基础设施相匹配的检索速度，需要采用大量的文件币和IPFS来创建一个密集的状态通道网络。
审查(非法内容):正如我们过去在Napster和海盗湾看到的那样，缺乏审查最终会导致互联网上出现非法内容，有效地将黑暗的网络带到了表面。可能的解决方案可能是基于人工智能的协议，它将随着时间的推移进行学习，并自动检测非法内容并采取必要的措施。但是为了使网络成为民主网络，协议需要由用户自己管理(从而引入拜占庭行为)来决定内容是否需要采取某些措施。所以，汇总审核制度是因人而异的问题，需要更个性化的方法，而不是中央公开的方法。Filecoin的工作是为数据管理创造一个市场，而不是提出一个审查管理政策。因此，这种“个性化”的审核层可以在文件货币的基础上转移到应用程序。
04 FileCoin协议的可能改进
在这里，我们列出了Filecoin协议的一些可能的改进。塔霍-LAFS加密方案：增值时，客户端先加密(使用对称密钥)，然后分成可管理大小的段，再擦除编码，实现冗余。因此，例如“2-of-3”擦除编码意味着该段总共被分成3段，但是任何2段都足以重构原始段(关于ZFEC的更多信息)。这些数据段随后成为共享，并存储在特定的存储节点上。存储节点是共享的数据仓库；用户不依赖它们来确保数据的完整性或机密性。
最终，加密密钥和一些有助于找到正确存储节点的信息将成为“功能字符串”的一部分(关于编码过程的更多信息)。重要的一点是，函数字符串是从网格中检索值的必要和充分条件——如果太多的节点变得不可用(或脱机),并且您无法再检索足够的份额，此操作将会失败。它具有写入功能、读取功能和验证功能。可以离线使用“不太权威”的功能。也就是说，有写功能的人可以把它变成读功能(不需要和服务器交互)。验证功能可以确认值的存在和完整性，但不能解密内容。您可以将可变值和不可变值放入网格。自然，不可变的值完全没有书写能力。
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作者简介：Vaibhav Saini是TowardsBlockchain(麻省理工学院剑桥创新中心孵化的创业公司)的联合创始人。他是一名资深区块链开发人员，曾在许多区块链平台上工作过，如以太坊、Quorum、EOS、Nano、HashMap、IOTA等。
