深度|算法算力存储三大驱动Filecoin集成部署提升全网存储算力

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作者：BengGe

1、Filecoin的商业背景

随着计算机技术的不断发展，越来越多的数据被生产出来，据统计，每年新生成的数据正以几何级数增长。且随着未来物联网技术和5G技术的不断普及，数据的生产速度还将加快。因此，数据的存储和传输很可能成为制约技术发展的瓶颈，Filecoin技术方案就是为了解决数据的存储和传输问题。

2017年，Filecoin项目在1小时内就募集到了1.86亿美元，最终总计募集到2.57亿美元，是区块链历史上最大规模的融资之一。值得一提的是，Filecoin此次得到了红杉资本、文克莱沃斯资本等多个知名机构的投资。

Filecoin旨在基于P2P网络提供两个交易市场——数据存储市场和数据检索市场，来撮合不同用户对数据存储和检索的需求。直白来说，在存储市场，有存储资源的用户可以贡献自己的存储资源，给有存储需求的用户提供存储服务，双方通过Filecoin代币进行交易结算；而在检索市场，有带宽资源的用户可以提供对Filecoin市场的数据检索下载服务，同样交易双方以Filecoin代币进行交易结算。

可见，Filecoin通过通证经济，激励更多的人拿出自己闲散的机器资源，通过完全对等的网络架构提供高效的数据存储与检索服务，降低数据的存储和使用成本。且这是一个去中心化的体系结构，这意味着数据不会被中心化机构所控制，数据的隐私也可以相应得到较好的保护。

另外，Filecoin的token分配策略也值得关注。所有的token中，70%将分配给Filecoin的矿工作为挖矿奖励，以维持系统的运行和稳定；15%将分配给Protocol Labs，也就是Filecoin的开发团队，但是有6年的锁定期，这主要是用于项目研发、市场营销等；10%将分配给投资者，且有6个月至3年不等的锁定期，以维持合作伙伴关系和业务发展；最后5%将分配给Filecoin基金会，且和开发团队一样有6年的锁定期，以保证长期的网络管理、公共工作、社区建设等。

总结一下，分配给矿工的token数占了绝大部分，且给团队和基金会的token都有6年的锁定期，token分布充分考虑了对矿工和持币用户的激励，这些设计都将大大地提升用户对系统的信心。

2、Filecoin和IPFS的关系

说到Filecoin，不得不说的就是IPFS了。这两个项目都是由Protocol Labs维护，很多人容易把这两个项目混淆，但其实这是两个完全不同的产品。

IPFS并不是区块链项目。它是一种解决数据分发和定位的协议，与现在的HTTP协议类似。不同的是IPFS的数据传输是基于点对点的P2P网络，参与数据传输的节点越多，那么传输效率越快，这和我们常见通过的种子下载文件类似。现在的IPFS网络中的数据存储是全凭自愿的，热门的资源可能会在多个节点中存储，而一些没有访问的数据可能就会被系统在不久后作为缓存清出。

可以发现，以通证经济为核心的区块链项目Filecoin，正好可以弥补IPFS的缺乏数据存储激励的不足，基于IPFS的应用有着巨大的数据存储和节点数量需求，但是如果没有激励机制，没有人会愿意无偿贡献出自己的资源，而Filecoin矿工在经济的激励下可以为IPFS网络贡献许多节点和资源，供其使用，因此我们通常认为Filecoin作为IPFS的激励层而存在，它们属于一种互补的关系。

IPFS和Filecoin是相互独立的，因为两者在技术体系上并没有耦合，也就是说Filecoin可以脱离IPFS单独运行，而IPFS也可以选择其他的激励方式。事实上，IPFS的主网2015年就已经上线，且到现在也运行良好。而两者进行结合，可以产生奇妙的化学反应，双方互相为对方提供补足，以构建出一个充满想象力的数据分发与存储的世界。

3、Filecoin的技术背景

Filecoin的愿景是，通过带有激励机制的区块链，提供全网的数据存储和检索服务，以降低数据的存储和使用成本。既然它是区块链，那就同样需要共识机制，也就是需要回答“Filecoin区块链的区块是怎么产生的”。

我们熟知的工作量证明(POW)共识机制需要矿工依靠机器的算力来不断进行哈希计算，谁能在短时间内解出问题的答案，就有资格产生下一个区块。即矿工产生区块的概率理论上正比于机器的算力，这就催生出了专业矿机。但是，这种哈希计算的唯一作用就是提供了网络的安全性，而不产生任何其他的贡献，这也是为什么POW被诟病消耗资源。

而Filecoin中的“算力”则不仅对网络安全提供保护，且给系统提供了功能保障。Filecoin中的“算力”称之为存储算力，直白来说，即矿工为网络存储了更多的数据，就拥有更多的存储算力，那么在下一轮竞争记账权的过程中就更具有优势。可见，算力大的矿工不仅在安全层面保护了系统的稳定性，且实在给用户存储了数据，提供了功能的保障。

与POW不断计算哈希不同，哈希的计算虽然需要较长时间的尝试，但一旦计算成功，计算的结果是很容易可以验证的。也就是说矿工能够在短时间内对一个区块进行验证。但Filecoin的存储算力则不然，该指标是指矿工存了多少数据在本地的磁盘上，这是一件其他矿工无法亲眼验证的事情，所以Filecoin的共识机制就至少要确认两件事情：

1. 矿工声称存储的数据是否真的存储在了其磁盘上；

2. 矿工声称存储的数据是否在未到期之前一直存储在了其磁盘上。

为了确认这两个难题，Filecoin提出了复制证明(Proof-of-Replicaton)、时空证明(Proof-of-Spacetime)两种机制。

复制证明的核心思想是，矿工P能向全网提交PoRep证明以证实自己确实在自己的存储设备上存有某个数据的备份，且其他矿工能够较迅速的进行验证。但是，矿工可能会发动恶意攻击，例如，恶意矿工对全网宣称自己保存了一份数据n份，但实际上该矿工通过创建多个节点的方式或者通过多个矿工共享数据的方式，实际上只保存了该数据的一份备份。当需要向全网发起证明的时候使用一份备份完成所有检验。如此，对花钱购买了冗余备份的用户就缺少了数据的安全性保障，而恶意矿工使用一份存储空间赚到了n份的价钱。可见，关键在于PoRep共识算法的设计。

经过研究，PoRep共识算法需要达到以下几个要求：1矿工存储数据的时候需要进行加密操作，这个操作应是不可并行且要花费较长时间；2 当对数据进行提取的时候，对数据的解密操作应该花费较短的时间；3 通过加密后的数据生成PoRep证明的过程应该是快速的；4对PoRep证明的验证过程应该是快速的。

对于要求一，这是为了增加矿工存储数据的时间成本，后续的生成证明等操作都是基于加密后的数据进行的，这就使得恶意矿工无法临时生成加密后的数据，以在有效时间内生成证明。对于要求二，是为了当需要提取文件时，不会造成较大的计算资源开销，否则会使得Filecoin系统的成本十分高昂。对于要求三和四，则是因为矿工需要在指定的时间内生成PoRep证明，如果矿工已经按照要求花费了较长的时间对存储数据进行了加密和保存，则生成证明的时间应该较短，以保证矿工能够在指定的时间内证明自己的存储，当然，其他的矿工也应该较快速的对证明进行验证，以保证系统告诉的运行下去。

可以看出，复制证明PoRep确保了矿工在某一时刻确实对某一份数据进行了存储。但是却不能保证矿工在一段时间内都按照用户要求对数据进行了存储，例如生成了PoRep证明之后就将数据丢弃。这就是时空证明PoSt解决的问题。简单来说，PoSt要求存储矿工每隔一段时间就生成一次证明，这就需要矿工生成一系列的PoRep证明用以确定时间区间。

总结一下，PoRep是时间点证明，证明该时刻矿工按照要求存储了该文件，PoSt是时间区间证明，证明该时间段内矿工实际存储了该文件。

4、Filecoin要如何挖矿

Filecoin测试网络Lotus已经发布了，按照官方的说法，Lotus是Filecoin的一个实验性的实现，和主网的go-Filecoin代码相互独立。但是Lotus也实现了钱包、矿工、PoRep、PoSt等一系列功能，更直白地说，Lotus是Filecoin的试验性产品，而go-Filecoin才是最后主网的完整实现。

据官方部署文档所示，Lotus测试网中一台最低硬件配置的机器也至少需要：2TB的硬盘空间、8核CPU、和128G的内存。尽管这样的硬件标准可能会随着代码的迭代而后续有所修改，但却使得广大平民矿工望而却步。但是一种可行的办法是通过部署集群的方式将一些廉价的设备进行联合，以提供类似的效果。集群部署的相关案例现在在行业内很少，我们也在逐渐尝试中！

5、Filecoin上线时间点

原本计划2020年一季度发行主网的Filecoin将主网的发行时间一再延迟，Filecoin团队一直以来都将网络的安全性、稳定性放在首位。而主网的发行时间推迟也恰恰说明了这个观点。2020年3月10日，Filecoin的测试网第三阶段已经开启，但是网络稳定性较差，仍处于初步测试中。

石榴矿池（6block.com）

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编译者/作者：石榴矿池6block

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