filecoin技術(shù)架構(gòu)分析之二filecoin通用語言理解

1、目錄 2 filecoin通用語言理解o 2.1為什么要把filecoin通用語言單獨列為一講o 2.2存儲證明2.2.1 為什么使用存儲證明2.2.2 復(fù)制證明2.2.3 時空證明o 2.3預(yù)期共識2.3.1 基礎(chǔ)前提2.3.2 使用power達成共識2.3.3 選舉方案o 2.4 filecoin智能合約2.4.1 文件合約2.4.2 智能合約2.4.3 與其他系統(tǒng)的兼容o 2.5交易市場2.4.1 存儲市場2.4.2 檢索市場o 2.6 filecoin 節(jié)點2.1 為什么要把filecoin 通用語言單獨列為一講筆者認為一位優(yōu)秀的軟件從業(yè)人員，必須具備兩種必備能力o 架構(gòu)設(shè)計能力o 架

2、構(gòu)剖析能力這兩者是相輔相成的，架構(gòu)設(shè)計師所設(shè)計之架構(gòu)不可能超過自己的認知范疇，故架構(gòu)設(shè)計師必須有效高效地拓展自己的技術(shù)認知視圖，以適應(yīng)當(dāng)代軟件架構(gòu)高速發(fā)展的現(xiàn)實。 而拓展的途徑，一方面就是相關(guān)理論體系的快速學(xué)習(xí)跟進； 另一方面，就是實戰(zhàn)，對有顯著價值的優(yōu)秀軟件項目進行架構(gòu)剖析。有理論、有實戰(zhàn)方是王道。理解具體架構(gòu)的通用語言就是分析他人架構(gòu)設(shè)計思維的一條捷徑。理解具體技術(shù)架構(gòu)的通用語言是分析架構(gòu)的一條捷徑o 通用語言是架構(gòu)設(shè)計人員為實現(xiàn)某個具體技術(shù)架構(gòu)，所高度抽象出來的名詞或者稱謂，通過理解通用語言， 可以快速理解架構(gòu)設(shè)計人員的思維和設(shè)計目 的。o 與讀書方法類似（薄讀-厚讀再薄讀），理解通用語

3、言就是第一次的薄讀 過程，非常重要。對業(yè)務(wù)的理解是非常有必要的，所以在 第一講中,筆者鋪墊了巾lecoin的 一些基本概念，任何架構(gòu)的設(shè)計不能脫離業(yè)務(wù)而行，業(yè)務(wù)驅(qū)動開發(fā)仍是非常實用的架構(gòu)模式；filecoin技術(shù)架構(gòu)從業(yè)務(wù)來劃分，可劃分為兩個大的 范疇。o分布式存儲解決方案存儲礦工檢索礦工存儲客戶端檢索客戶端o 區(qū)塊鏈項目filecoin 公鏈filecoin actors 智能合約filecoin核心通用業(yè)務(wù)組件組件名稱目的DSN保障數(shù)據(jù)安全、包括故障容錯、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)可恢復(fù)等新型存儲證明證明礦工按照協(xié)議規(guī)范存儲了客戶指定的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)有效性可驗證市場對礦工與客戶組成的交易市場進行了建模，

4、保證交易的有效性 有效工作量證明出塊的共識機制，很重要，做到激勵兼容下面各節(jié)將會對filecoin技術(shù)架構(gòu)中的核心通用語言進行解釋。2.2 存儲證明Proof-of-Storage包含復(fù)制證明（PoR和時空證明（PoSt）,其作用主要有兩點：證明礦工做了有效存儲競爭區(qū)塊打包出塊，獲取區(qū)塊獎勵2.2.1 為什么使用存儲證明相對于 PoW(Proof-of-Work)或者 PoCo PoW耗能嚴重；PoC以空間換時間，同樣存在耗能嚴重問題o 而filecoin網(wǎng)絡(luò)的耗能必須遠低于類似比特幣的PoW,參見第一講filecoin的對標(biāo)對象，filecoin必須實現(xiàn)以更低的成對去應(yīng)對商業(yè)競爭，同時提供相

5、 同級別的安全性，以及文件存儲的效用o 存儲證明需要做要與實體經(jīng)濟掛鉤，減少無謂浪費相對于 PoS(Proof-of-Stake)o Proof-of-Storage在定向領(lǐng)域（分布式存儲）以更簡單方式，協(xié)調(diào)激勵，并驅(qū) 使礦工以有競爭力的價格提供真實的新存儲，它促使礦工積極保證filecoin網(wǎng)絡(luò)的效用o 當(dāng)然Proof-of-Stake是區(qū)塊鏈領(lǐng)域的熱點研究問題Proof-of-Storage阻止網(wǎng)絡(luò)攻擊攻擊類型說明女巫攻擊Sybilattack作惡節(jié)點創(chuàng)造多個女巫身份，謊稱存儲了多個副本外包攻擊outsourcingattacks作惡節(jié)點快速從其他節(jié)點獲取內(nèi)容，謊稱他們存儲了比他們實際存儲

6、更多的內(nèi)容生成攻擊generationattacks作惡節(jié)點宣稱將要存 儲超過其實際容量的 內(nèi)容但并未存儲內(nèi)容, 以此增加出塊的概率阻止攻擊原理每個節(jié)點的副本都是有簽名的，想通過 復(fù)制證明，就相當(dāng)于真實做了有效存儲針對外包攻擊，從其他節(jié)點獲取的整個 過程，滿足不了證明人隨機挑戰(zhàn)的要 求，依然需要重新生成副本（重新seal 需要時間），從而阻止外包攻擊宣稱無用，存儲證明一定要確認密封動 作并能應(yīng)對隨機挑戰(zhàn)才能OK如果重新 密封就來不及證明，每次挑戰(zhàn)是有時間 要求的2.2.2 復(fù)制證明2.2.2.1 基礎(chǔ)復(fù)制證明本質(zhì)上可以理解為一種零知識證明，既然是零知識證明，我們在后面需要 理解filecoin

7、復(fù)制證明的題目和答案zk-SNARKzero knowledge Succinct Non-interactive ARgumenOf Knowledgezero knowledge :零知識，即在證明的過程中不透露任何內(nèi)情 succinct :簡潔的，主要是指驗證過程不涉及大量數(shù)據(jù)傳輸以及驗 證算法簡單non-interactive :無交互。 生成證明的方法在 filecoin架構(gòu)中稱之為seal密封密封過程是需要時間的，Seal過程串行加密的過程，無法并行操 作，seal密封過程是有意設(shè)計慢的，主要目的是為了防攻擊。2.2.2.2 filecoin 復(fù)制證明的題目和答案公開的信息o 礦工

8、的節(jié)點公鑰、密封公鑰、存儲公鑰、原始 Data哈希、該礦工存儲的副 本根哈希隱含因素理解：o 特有節(jié)點的副本哈希是由哪些哈希組成（DAG）,任意挑戰(zhàn)者或者攻擊者是不知情的o 挑戰(zhàn)隨機參數(shù)，通過CRH防碰撞的哈希散列Collision-resistant hashing）生成哈希之后傳遞給證明者，作用是確定特定的葉子節(jié)點的哈希，比如讓證明者自行計算離H（c）最近的葉子節(jié)點哈希。復(fù)制證明的題目與答案o 挑戰(zhàn)參數(shù)：副本哈希 rt,挑戰(zhàn)隨機參數(shù) c -> H（c）o 證明者輸入（題目）：H（c）（每一次挑戰(zhàn)都會變）隱含信息比喻：該葉子節(jié)點是與H（c）最近的節(jié)點o 證明者輸出（答案）：H（c）對應(yīng)

9、的葉子節(jié)點 一一> rt的路徑（攻擊者是很難反推的）2.2.3 時空證明時空證明可以理解為礦工持續(xù)性地生成復(fù)制證明o 挑戰(zhàn)者輸入一個隨機參數(shù)c,后面的隨機參數(shù)由證明者基于上一個的挑戰(zhàn)答案去生成。（不用與挑戰(zhàn)者持續(xù)交互）o 下圖中變量i會輪詢生成新的時間變量產(chǎn)生隨機挑戰(zhàn)。Ugun-己：tyuHtraticitiiW mmh喟l(fā)yii嗯uf PoSl Prove ahg-irijg thrprool touwi time.post.png2.3預(yù)期共識2.3.1基礎(chǔ)前提 filecoin基于存儲證明（有效存儲量）來作為礦工在整個網(wǎng)絡(luò)中的powerpower 屬性說明公開1某一時刻，整個網(wǎng)絡(luò)存

10、儲總量是公開的2單個礦工某一時刻，有效存儲總量是公開的可公開驗證的對于每個存儲任務(wù)，礦工都需要生成”時空證明“，證明持續(xù)提供服務(wù)。通過讀取區(qū)塊鏈，任何人都可以驗證礦工的power聲明是否是正確的。power 屬性說明變化在任意時間點，礦工都可以通過增加新增扇區(qū)和扇區(qū)補充的抵押來增 加新的存儲。這樣礦工就能變更他們能提供的power。2.3.2使用power達成共識 目的：每一輪選舉一個(或多個) 分配的存儲成比例礦工，使得贏得選舉的概率與每個礦工 filecoin 預(yù)期共識(Expected Consensus,EC)o 預(yù)期共識的基本直覺是確定性的，不可預(yù)測的o 預(yù)期的期望是每個周期內(nèi)當(dāng)選的

11、Leader是1，但一些周期內(nèi)可能有 0個或者許多的Leader。o 在每個周期，每個區(qū)塊鏈被延伸一個或多個區(qū)塊o 區(qū)塊線性擴展，但是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是DAGo EC是一個概率共識，每個周期都使得比前面的區(qū)塊更加確定，最終達到了 足夠的確定性2.3.3選舉方案預(yù)期共識通過選舉方案產(chǎn)生丸«£| rand3sle. pngEC Election號國郵性 Minor at cpu<H： tPnoveElect（r. t ?： ）L Compute< & on success, output =（匕曠）、 olhcriis& am put ±N ot

12、vtork node on rfreivii：）； ei bloc± ppoch fVer的Eta（玳HMD T _L|TL Cboek if TTj h a valid ®即iMwnur Mit &iid r2. Check, if is the power Som .Mt at time t3 T1型 if Mi m eloctcid k4r 汽（后）/2上 < 5a7 on sucocBs. output " otherwise out put LFigure 13: Leader Electiuiu in the Expected Const

13、snsus protocolsiepng選舉方案說明屬性八W每個參與者每次選舉只有一次試驗，因為簽名是確定性的，而且 t和rand(t)是固定的。隨機值rand(t)在時刻t之前是未知的保密由于有能力的攻擊者不擁有Mi用來計算簽名的秘鑰公開當(dāng)選Leaded Lt可以通過給出t, rand(t) , H(i)/2L ,來說服一個可驗 有效的驗證者。鑒于前面的觀點(復(fù)制證明與時間證明)，有能力的攻擊證者在不擁有獲勝秘密秘鑰的情況下不能生成證明。2.4 filecoin 智能合約2.4.1 文件合約允許用戶對他們提供的存儲服務(wù)進行條件編程，會形成一個多樣化 市場。 承包礦工：客戶可以提前指定礦工提供

14、服務(wù)而不參與市場 付款策略：客戶可以為礦工設(shè)計不同的獎勵策略，例如合約可以給礦工支付隨著時 間的推移越來高的費用 票務(wù)服務(wù)：合約可以允許礦工存放token和用于代表用戶的存儲/檢索的支付 更復(fù)雜的操作：客戶可以創(chuàng)建合約來運行數(shù)據(jù)更新2.4.2 智能合約用戶可以將程序關(guān)聯(lián)到其他系統(tǒng)(如以太坊)的交易上，他們不直 接依賴存儲的使用。2.4.3 與其他系統(tǒng)的兼容規(guī)格支持跨鏈交互，以便能將filecoin存儲帶入其他基于區(qū)塊鏈的平臺，同時也將其他平臺的功能帶入filecoin 。2.5 交易市場* 存儲需求和供給組成了兩個Filecoin市場：存儲市場和檢索市場。這兩個市場是兩個去中心化交易所，簡而言

15、之，客戶和礦工們通過向各自的市場提交訂單來設(shè)定他 們請求服務(wù)或者提供服務(wù)的訂單的價格。交易所為客戶和礦工們提供了一種方式來查看匹配出價并執(zhí)行訂單。如果服務(wù)請求被成功滿足，通過運行管理協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)保 證了礦工得到報酬，客戶將被收取費用?？梢灶惐葹樘詫毶坛?.5.1 存儲市場 交易數(shù)據(jù)會上鏈，包含于區(qū)塊之中。 本質(zhì)上也屬于巾lecoin智能合約中的文件合約。 20190214上線的開發(fā)網(wǎng)絡(luò)已支持2.5.2 檢索市場交易數(shù)據(jù)不會上鏈，屬于 offchain的方式。本質(zhì)上也屬于filecoin智能合約中的文件合約。2.6 filecoin 節(jié)點 filecoin節(jié)點相關(guān)o node id 表示 filecoin 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點o account id并表示賬號，默認與錢包地址一致o wallet addr表示錢包地址o miner id表示礦工 idncHde aka daemon ak