Filecoin模型解读之存储和检索交易

本文的技术性解析部分，使用 JSON-RPC 的 API 格式来与 Filecoin 网络交互，查询数据。该 API 主要由应用程序使用。人工操作时，您可以使用更友好的lotus命令行工具。其底层也是使用 JSON-RPC API 的。

本文阐述了Filecoin中两种交易类型，存储交易和检索交易运作的各个阶段，并详解其生命周期。并解释了密码学证明是如何用于验证系统中的参与者是否按照承诺履行职责的。

为在Filecoin上存储文件，用户必须首先在其本地Filecoin节点中导入文件。这一步会产生一个数据CID——即内容标识符，描述该内容的唯一ID。之后，数据被传给矿工。另一种在Filecoin上存储文件的方式是通过离线交易，不在本文讨论范围中。

将数据导入本地的Filecoin节点这步，可以通过lotus client import命令来完成。要记住所产生的数据CID（之后在本地节点上也可获取），因为以后从矿工那里检索数据时会用到。

将数据导入本地节点后，用户需发起交易。这步通过lotus client deal命令来完成。该命令将一个数据CID作为输入，产生一个Filecoin Piece，并交互式引导用户完成存储交易流程，详见下文。

Filecoin Piece是用户在Filecoin网络上存储数据的主要协商单位。Filecoin Piece并没有特定的大小，而是以扇区大小为上限，受网络参数控制。如果一个Filecoin Piece大于矿工支持的扇区的大小，它必须被分割成更多的碎片，以便每个碎片都适合一个扇区。

每个Filecoin Piece是一个CAR文件，包含一个IPLD DAG，有对应的数据CID和piece CID。

CAR即内容可寻址档案——每个 CAR 文件是一个IPLD DAG的序列化表示，即将其数据块串起来，再加上描述DAG图的头部信息（还有根CID）。

当用户要在Filecoin网络中存储文件时，首先要用UnixFS制作文件的IPLD DAG(这就是lotus client import命令的作用)。代表DAG根节点的哈希是一个IPFS风格的CID，称为数据CID。

UnixFS是一种基于protobuf的格式，用于描述IPFS中的文件、目录和软链接。在Filecoin中，UnixFS是文件格式标准，文件以此格式提交给Filecoin网络。

所产生的CAR文件用额外的零位来补齐，以便使文件写为二叉merkle树。

用户在 Filecoin 网络中通过交易存取数据。网络的参与者，包括矿工（供给方）和用户（需求方），通过存储交易和检索交易来与对方交互。

存储交易的生命周期如下：

1. 发现

用户先确定矿工及其定价，即矿工为了接受交易而希望收到的每epoch（30秒）每GiB的价格，单位为attoFIL（1 attoFIL等于10^-18 * FIL）。目前，Filecoin中一笔交易的最短期限为180天。

您可以通过 JSON RPC API 查询已同步的节点，列出所有当前活跃的矿工

您可以根据矿工在网络中的信誉和能力进行选择。矿工的信誉指标还未进入 Filecoin 协议，本文亦不涉及。

当您选好矿工之后，可以用诸如 Filecoin.StateMinerInfo 方法来获取矿工的PeerID，用于在 libp2p 协议中来与对方建立安全连接。

接下来，您可以用 Filecoin.ClientQueryAsk 方法获取一个带签名的StorageAsk。这将与选定的矿工建立 libp2p 连接，并询问存储报价。

结果包括该矿工愿意接受的交易细节，如接纳的Filecoin Piece大小的范围和每GiB每epoch的价格。需要注意的是，提出与矿工的存储要求相匹配的存储交易，只是一个前提条件，但并不足以确保交易被接受——存储提供者可能会在之后运行自己的决策逻辑。

2. 议价和数据发送

在这一阶段，双方就交易条款达成协议，如交易成本、交易期限、交易起始时间等。然后，数据从用户发至矿工。

3.发布

通过 PublishStorageDeals 消息在链上发布交易，使存储提供方对交易公开负责。

所产生的CAR文件用额外的零位来补齐，以便使文件写为二叉merkle树。

存储挖矿子系统确保 Filecoin 网络的数据由矿工有效保存，并且：

该系统监督以下进程：

承诺新存储和注册新扇区

为了在Filecoin中注册一个扇区，矿工必须对该扇区进行封装。封装过程需要大量计算，以证明的形式产生数据的唯一表示，即复制证明或PoRep。一旦证明生成，矿工会对其进行压缩，并将结果提交给区块链。这就证明矿工确实复制了他们同意存储的数据副本。

证明存储持续可用

所有存储矿工需要持续提交链上证明，以验证扇区被完整存储。

宣布存储故障和从故障中恢复

如果扇区所需的上述证明如果未成功提交，将导致故障，矿工会受到处罚。

如上所述，存储交易是在链上发布后，才会被激活和封装。这一点很重要，因为发布交易会将用户的资金锁定在链上托管。只有如此，在封存数据进扇区之后，矿工的收益才有保障。这可以使将在链上发布交易视为签署合同，约定将封装和激活交易视为开始做承诺的工作，促进交易保障交易成功性。

从用户的角度来看，想要用 Filecoin 存储数据，交易大致经过以下几个阶段：

从矿工的角度来看，通过存储用户的数据来提供服务，交易大致经过以下几个阶段：

检索交易与存储交易不同，使用支付通道，主要链下完成。数据传输是按量计价的，用户在数据传输的过程中逐步向矿工支付费用。整个过程中，只有创建支付通道、兑换凭证，是涉及与Filecoin区块链交互的。

整体流程如下：

上面的章节快速列举了许多使 Filecoin 独一无二的细节，在概率上对用户数据提供了保证。本节介绍了 Filecoin 使用的两种证明，并解释了它们是如何成为协议的一部分，以及它们所解决的问题。

时空证明（PoSt）是矿工向 Filecoin 网络提交的证明，证明其正在继续为网络存储数据的唯一副本。

目前，时空证明在 Filecoin 中以两种类型存在：1. WindowPoSt、2. WinningPoSt

WinningPoSt

WinningPoSt是奖励存储矿工对 Filecoin 网络贡献的机制。在每个epoch开始时，一小部分存储矿工被选出来，每个矿工挖出一个新的区块。具体要求是，这些矿工提交指定扇区的压缩存储证明。每个成功创建区块的当选矿工都会获得FIL（区块奖励），以及向其他想在区块中包含信息的 Filecoin 参与者收取费用的机会。

存储矿工如果在必要的时间窗口内没按要求做到，将失去生产区块的机会，但不会因为没产出区块而受到其他惩罚。

WindowPoSt

WindowPoSt是 Filecoin 区块链对存储矿工做出的承诺进行审核的机制。

每个存储矿工都应该维护他们的承诺扇区。这些扇区包含与用户达成的交易，或也可能为空。后者被称为承诺容量，也就是说，矿工可以做出容量承诺，用任意数据填充一个扇区，而非用户数据。维护这些扇区可以让存储矿工证明他们在网络预留空间。

每一天分成若干时间窗口，目前48个时间窗口，每个持续时间为30分钟（60个epoch，因为1个epoch等于30秒）。

每个矿工的承诺扇区分成若干组，每组对应一个时间窗口。

在一个时间窗（30分钟）内，每个存储矿工必须为其该时间窗中的每个扇区提交一份时空证明。这需要随时访问该时间窗轮到的每个扇区，并生成 zk-SNARK 证明加入区块发布到 Filecoin 区块链上。这样，每个承诺存储的扇区在每24小时内至少会被审核一次，并保留一个永久的、可验证的、公开的记录，证明每个存储矿工保守承诺。

在上图例子中，您能看到一个矿工应该在 deadline 0 (> 16TB)、deadline 1 (< 8TB) 和 deadline 2 (< 8TB)提交窗口时空证明，其中大部分扇区都在 deadline 0。每个矿工的 deadline 是随机的，对于这个特定的矿工来说，分别从epoch 1635、epoch 1695和epoch 1755开始。你可以在SpaceGap工具上检查这些 deadline 和更多关于矿工的细节。

Filecoin 网络期望所存储的数据持续可用。未能为一个扇区提交WindowPoSt将导致一个故障，而供应该扇区的存储矿工将被惩罚。

当因为网络连接丢失、存储故障或恶意行为导致证明未在期限内被纳入Filecoin区块链时，故障就发生了。当一个扇区被登记为故障时，Filecoin 网络将对本应存储该扇区的存储矿工进行惩罚；也就是说，将对矿工未能持续存储的行为进行处罚评估（从矿工预付的抵押品中支付）。

扇区故障费分为三类：

本文描述了关于存储和检索 Filecoin 上数据的一些概念、用户和矿工为存取数据使用的协议以及这些流程中所涉的各类证明和保证。

从用户和矿工的视角，详细介绍存储交易和检索交易的流程；以及在某一方出现恶意行为时， Filecoin 协议对其的惩罚措施。

总结起来，本文概述了 Filecoin 协议如何管理 Filecoin 网络，使之成为一个可靠和无信任的去中心化存储网络。

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编译者/作者：点对点科技

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