去中心化存储协议Filecoin如何应对区块链不可能三角？

本文是 Protocol Labs 博客文章 “Technical Barriers to Blockchain” 的翻译。文章主要探讨了构建区块链时的权衡并使用DCS三角解释了健壮基础设施的含义。

每种新技术都面临进入障碍，每个区块链应用程序都会遇到独特的挑战。随着准备推出Filecoin，Protocol Labs正在应对这些挑战，Filecoin是基于区块链技术的系统，用于使文件存储“民主化”。

利用区块链解决数据存储问题

比特币旨在解决金融领域的一个主要问题：货币的中心化信任。它提供了去中心化的货币体系，展示了传统组织模型的替代方案。但是，作为比特币以及其他加密货币和通证背后的记录保存技术-区块链，正面临着自己的挑战。

上面的DCS三角描述了分布式系统必须考虑的最大权衡：去中心化，共识（安全）和可扩展性。DCS理论指出，分布式系统不能同时具有所有三个属性。这导致了去中心化系统的技术障碍，该系统需要保持共识（安全）的同时，具有使用区块链通常需要的可扩展性。

随着在未来几个月内推出的Filecoin，一个基于区块链技术使文件存储“民主化”的系统，Protocol Labs正在应对这些挑战。Filecoin是一种由加密货币驱动的存储网络，任何人都可以使用未使用的存储空间来存储全球信息。它的愿景是为人类信息创建一个分散，高效和健壮的基础设施。

让我们使用DCS三角解释了健壮基础设施的含义。

1. 去中心化存储

Filecoin旨在解决一个紧迫的问题：如何处理人类正在生成的所有数据。到今年年底，全球将有44 ZB的数据，这是国会（美国）图书馆中存储数据量的1.3亿倍。预计到2025年，我们每天将在全球范围内创建463 EB的数据，相当于2亿多张DVD。问题是：我们将所有这些信息存储在哪里？

存储能力是有限的，受中央数据存储中心和硬盘驱动器容量的约束。建立新的中心和更先进的存储空间既昂贵又耗能。同时，在全球数据中心约有一半的存储容量未使用，甚至在我们的手机和笔记本电脑等个人计算设备中也有未使用的存储容量。

正如2017年在此讨论的那样，几家大型公司拥有几乎所有的全球云数据存储市场。这种联合和以下几点有关：

用户必须信任这些大公司，以保护其数据免遭暴露，

更换云提供商的成本特别高，

供应商被激励通过锁定他们的客户以获得溢价。

当前的云存储市场远未达到其竞争能力或效率，最终用户因此而遭受损失。

全世界还有大量未使用的“潜在”（可用）存储。此存储由各种实体所有：从大型公司到小型企业，从带有巨大硬盘架的个人到我们家用计算机中较小的驱动器。但是由于上述进入障碍，任何一个特定的公司或个人都很难通过其额外的空间获利并启动云数据服务。

在2015年，Protocol Labs推出了IPFS，该技术通过根据信息的内容而不是位置来寻址信息，从而实现网络去中心化。使用内容的加密哈希进行寻址使数据不可更改，可以识别整个网络中的重复项，并使任何主机都可以存储和提供数据。这使去中心化更加有效。

Filecoin与IPFS共享许多通用组件，包括内容寻址。开发人员可以集成这些模块化组件以构建加密和冗余系统。将来，Filecoin也将支持用户自定义的智能合约，从而使其存储可编程，并使与其他网络和工具的集成更轻松。

2. 众多参与者共识

有些人面临硬件或时间要求方面的挑战；其他人则受到能源消耗的挑战。例如，比特币的工作量证明共识要求矿工相互竞争，以解决计算量大的数学问题，以验证支付交易。解决这些问题需要大量的电力。实际上，每笔比特币交易所需的能量估计比信用卡交易多80,000倍！

Trent McConaghy在DCS Triangle上的博客文章将IPFS描述为一个分布式网络，具有强大的去中心化特性和“行星级”的可扩展性，但跨节点的一致性却不高。许多区块链网络使用IPFS进行分布式存储和内容完整性，同时从一致性视角对这些事物的状态：交易排序，签名，支付，注册，市场等等做些补充。

Filecoin激励人们以任何人都可以验证的方式对世界上存储的状态达成共识，包括为此的市场。Filecoin的共识是通过产生积极的社会外部性（数据存储）的操作实现的。其核心是两个存储证明，它们是比特币工作证明的更有用的替代品：

复制证明：证明世界上的物理存储中存在唯一的数据编码

时空证明：证明给定数据编码在世界上一段时间内一直存在于物理存储中

有了这些证明，Filecoin协议为存储资源创建了一个无需信任的（即从数学意义上来说更值得信赖的）市场，将它们聚集到一个自我修复的，健壮的存储网络中，世界上任何人都可以依靠和加入该网络。客户可以选择复本参数来防御不同的威胁模型，开发人员可以构建其他工具来使这种体验像今天的云服务一样。

Filecoin是一个雄心勃勃的项目。到目前为止，基于存储能力的共识及其一致性和安全性一直是我们协议研究的核心。在我们的研究中，尽可能产生最好的Filecoin协议，这是当务之急。在去中心化的网络空间中启动主网之前，努力确保证明构造和共识协议的一致性和安全性是我们工作的重中之重。

3. 协议的可扩展性

在12月，对测试网上的区块矿工和存储矿工提出了硬件要求，这些要求可能会比周围的旧PC和商用硬盘更大。这是因为协议的安全性和可靠的证明构造至关重要。但是从长远来看，希望对协议进行优化改进，并促进生态系统工具和服务的增长，以促进更大范围的矿工和其他市场参与者的加入。这将使参与者的工作更便捷，同时还可以通过专门市场提供的规模经济及其为网络提供的广泛功能来实现可扩展性。

协议中可能出现新市场的任何部分都为社区参与者提供了机会，使他们可以利用自己擅长的方面：区块矿工，存储矿工，检索矿工，修复矿工，以及可能的计算分流（offloading）和其他服务。

凭借协议中去信任合作的健壮基础设施，Filecoin参与者可以就存储去中心化达成共识，并利用这些不断发展的专业市场实现未来的可扩展性。

Filecoin团队正在努力解决构建去中心化存储解决方案中遇到的问题，该解决方案可以在满足众多数据存储和检索用例的同时，以满足众多参与者共识的规模和速度运行。

了解更多关于采用区块链的技术障碍以及Protocol Labs如何应对这些挑战的资料？

CES 2020中Filecoin联合负责人Pooja Shah的视频，https://www.youtube.com/watch?v=EpJicp9Bh2g

Juan Benet撰写的ZeroKnowledge播客，https://www.zeroknowledge.fm/106

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编译者/作者：知行之录

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