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FileCOIN :分散存储网络

规程实验室

New ge translation

2017年8月14日

摘要

互联网正处于一场革命之中:集中的专有服务正被分散的开放服务所取代；可信中心被可验证计算取代；脆弱的位置地址被灵活的内容地址取代；低效的整体服务已经被点对点算法市场所取代；比特币、以太网和其他区块链网络已经证明了非集中化交易账簿的有效性。这些公共书籍处理复杂的智能合同应用，交易价值数百亿美元的加密货币资产。参与者形成一个分散的网络，在没有集中管理或信任中心的情况下提供有效的支付服务。这些系统是互联网开放服务的第一个例子。IPFS已经证明了根据非集中式网络本身的内容寻址的有效性，即为全球对等网络上的数十亿个文件提供服务。它解放了孤岛数据，保持了网络分区的活跃，离线工作，绕过了审查，并赋予了数字信息永久性。

FileCOIN是一个分散存储网络，它将云存储转变为算法市场。这个市场依靠本地协议通行证(也称为FileCOIN )运作，矿工可以通过向客户提供存储来获得FileCOIN。反过来，客户会花费费伦币雇佣矿工来存储或分发数据。像比特币一样，费雷币矿商竞相挖掘区块以获得可观的回报，但费雷币的开采能力与有效存储成正比，也就是说，它直接向客户提供有用的服务(不同于比特币的共识，即开采仅限于维护区块链)。这种设计给矿工们提供了一个巨大的动力，让他们尽可能多的去商店出租给顾客。FileCOIN协议将这些收集的资源编织成一个世界上任何人都可以依赖的自愈存储网络。该网络通过复制和分发内容，同时自动检测和修复副本故障，从而实现了健壮性。客户可以选择复制参数来抵御不同的威胁。FileCOIN协议的云存储网络是一个安全网络，因为内容在客户端端对端加密，存储提供商无法访问解密的密钥。FileCOIN是运行在IPFS [ 1 ]上的激励层，可以为任何数据提供存储基础设施。它在解除数据集中、构建和运行分布式应用程序以及实现智能合同方面发挥着重要作用。

其中包括:

( a )介绍FileCOIN网络，概述协议并详细描述几个组件。

( b )形式化分散存储网络( DSN )的方案和属性，然后将FileCOIN构建为DSN。

( c )引入一种称为拷贝证明的新存储证明方案，该方案可以证明任何数据拷贝都存储在实际的独立内存中。

( d )引入一种基于有序复制证明和存储的新型有效工作共识，以此作为衡量权力的尺度。

( e )正式确定可核实的市场，建立存储和检索市场，分别管理如何从FileCOIN读写数据。

( f )讨论实例、与其他系统的连接以及如何使用本协议。

目录

导言5

1.1。基本组成部分5

1.2。协议概述5

1.3。纸张组织6

2。分散存储网络的定义9

2.1。容错9

2.2。属性10

3 .复制证明和时空证明11

3.1。动机11

3.2。复制证书11

3.3。时空证明12

3.4。Porep和Post 12的实际应用

3.5。FileCOIN 15中的应用程序

4。文件硬币: DSN模式17

4.1。背景17

4.2。数据结构18

4.3。协议18

4.4。保证和要求23

5 .文件硬币存储和检索市场26

5.1。可核查市场26

5.2。存储市场26

5.3。搜索市场29

6 .有用的工作共识32

6.1。动机32

6.2.32 Filecoin共识

7。智能合同36

7.1。费伦币36号合同

7.2。与其他系统36的集成

未来的工作37

8.1。正在进行的工作37

8.2。未决问题37

8.3。认证和正式核查37

图表列表

图1 FileCOIN协议草图7

图2 FileCOIN协议说明8

图3。图15显示了POST的基本机制。证明

图4复制证明和时空证明的协议草图16

图5的DSN方案中的数据结构18

图6。文件硬币DSN 22的执行示例

图7 FileCOIN DSN 24中输入和输出协议的描述

图8 FileCOIN DSN 25中管理协议描述

图9可以验证市场的总协议26

图10存储市场和检索市场的订单数据结构28

图11详细存储市场协议30

图12详细的检索市场协议31

图13预期共识协议中的领导人选举35

介绍

FileCOIN是一个协议证书。它的区块链运行在一个名为“时空证明”的新证明机制上，其区块将由存储数据的矿工开采。FileCOIN协议不依赖于由协调和独立的存储提供商组成的单一网络来提供数据存储和检索服务，其中( 1 )用户为数据存储和检索支付出入证，( 2 )存储挖掘者通过提供存储空间来获取出入证，以及( 3 )检索挖掘者提供数据服务来获取出入证。

1.1。基本组件

FileCOIN协议基于四个新组件。

1。非集中式存储网络( DSN ) :我们提供了一个由独立存储提供商组成的网络的抽象概念，以便他们能够提供存储和检索服务(参见第2章)。然后，我们将FileCOIN展示为一个可激发、可审计和可验证的DSN框架(见第4章)。

2。新的存储认证:我们提议两项新的存储认证(见第3章) : ( 1 )复制认证允许存储提供商证明数据确实复制到了他们唯一的专用物理存储设备。强制实施唯一物理拷贝允许验证者验证验证验证者没有对同一存储空间中的多个数据拷贝进行重复数据消除；( 2 )时空证明允许存储提供商证明他们已经连续存储了特定时间段的特定数据。

3 .可验证市场:我们将存储请求和检索请求建模为FileCOIN network运营的两个分散的可验证市场中的订单(见第5章)。可验证的市场确保了当一项服务被正确提供时，相应的付款将被支付。我们显示，在存储市场和检索市场，矿工和客户可以分别提交存储订单和检索订单。

4。有效的工作证明:我们展示了如何根据适用于协商一致协议的“时间和空间证明”构建有效的工作证明。矿工将不再需要花费不必要的计算资源来开采区块，而是必须将数据存储在网络中。

1.2。协定概述

FileCOIN协议是建立在区块链和本地直通基础上的分散存储网络。用户花费通行证来存储和检索数据，矿工获得通行证来存储和提供数据。

FileCOIN的DSN通过两个可验证的市场处理存储和检索请求:存储市场和检索市场。用户和矿工为所需的和提供的服务定价，并向市场提交订单。

该市场由FileCOIN网络运营，使用时空证明和复制证明来确保矿工准确存储他们承诺存储的数据。

最后，矿工可以参与区块链新街区的建设。矿工对下一块的影响与他们目前在网络中使用的存储量成正比。

图1是使用某些术语的fileCOIN协议的草图，这将在本文后面描述，图2是一个例子。

1.3。纸张组织

本文的其余部分安排如下:我们将在第二章中解释理论DSN方案的定义和要求。在第三章中，我们将刺激、定义和显示我们的复制证明和时空证明协议，它们将确保数据按照文件硬币系统中的顺序以加密方式连续存储。第四章描述了FileCOIN DSN的具体示例，包括描述数据结构、协议和参与者之间的交互。第五章将定义和描述可验证市场的概念，包括存储市场及其实施方式。第六章描述了使用时空证明协议来展示和评估矿工对网络的贡献，这对于扩展区块链和分配奖励块是必要的。第7章简要介绍了FileCOIN智能合同，第8章以对未来工作的讨论结束。

图1 FileCOIN协议的草图

图2 FileCOIN协议说明显示了客户和挖掘者之间的交互。该图显示了存储检索市场和上方和下方的区块链，随着时间的推移，从左侧的订单匹配阶段移动到右侧的结算阶段。请注意，在进行小额支付检索之前，用户必须锁定小额支付的资金。

2。分散存储网络的定义

我们介绍了分散存储网络( DSN )解决方案的概念。DSNS聚合了多个独立存储供应商提供的存储空间，它可以协调自身，为用户提供数据存储和检索服务。这种协调是分散的，不需要可信的一方:也就是说，安全运行整个系统的目的是通过协议调节和对单个一方操作的验证来实现的。DSNS可以根据系统的需要采用不同的调整策略，包括拜占庭协议、八卦协议和无冲突可再现数据类型( CR DTS )。在接下来的第4章中，我们将为FileCOIN DSN提供一个框架。

定义2.1。DSN方案∏是由存储供应商和客户运行的协议元组:

( put, take, manage )

PUT ( DATA )KEY :客户执行PUT协议，将数据存储在唯一的识别密钥下。

GET ( KEY )DATA :客户执行GET协议以使用密钥检索当前存储的数据。

manage ( ) :网络参与通过管理协议进行协调:控制可用存储、审查供应商提供的服务以及修复可能出现的故障。托管协议通常由存储提供商与客户或审计网络一起运行。

DSN解决方案∏必须确保数据完整性和可回收性，并且能够容忍以下管理和存储故障。

2.1。容错

2 . 1 . 1。管理失败

我们将管理失败定义为管理协议参与者造成的拜占庭式失败。DSN方案依赖于其管理协议的容错能力。违反容错的管理失败假设损害了系统活动和安全性。

例如，考虑DSN方案，其中manage协议需要拜占庭协议来审核存储供应商。在这样的协议中，网络接收存储供应商提供的存储证书，并运行拜占庭式协议来就这些证书的有效性达成共识。如果拜占庭协议可以容忍所有节点中多达故障节点，我们的DSN可以容忍多达故障节点。违反这些假设，审计将不得不妥协。

2 . 2 . 2。可复性

此属性满足以下要求:给定我们的∏容错假设，如果数据成功存储在∏中，并且存储提供商继续遵循协议，用户最终可以检索数据。

定义2.3。如果有成功的客户根据私钥检索数据以对任何成功的数据进行操作，DSN方案可以提供数据完整性

2 . 2 . 3其他属性

定义2.4。如果:对于每个成功的PUT操作，存储网络提供商可以生成数据当前正在存储的证书，则可以公开验证DSN方案。存储证书必须能够说服任何知道私钥但不能访问数据的有效验证者。

定义2.5。如果DSN方案生成可验证的操作轨迹，并且可以在未来某个时间点确认数据实际上存储在正确的时间线中，则可以对其进行审查。

定义2.6。DSN方案∏具有兼容性激励。如果存储提供商因成功提供存储和检索服务而获得奖励，或者因欺骗而受到惩罚，那么存储提供商的优势策略就是存储数据。

3 .复制证明和时空证明

在FileCOIN协议中，存储提供商必须说服他们的客户，客户支付的数据已经由他们存储；实际上，存储提供商将生成存储证书，提供给区块链网络或客户本人进行验证。

在本章中，我们将介绍并概述复制证明和时空证明的实现。

女巫攻击:邪恶的矿工可能通过创建多个女巫身份来假装存储(并获得奖励)许多物理存储副本，但实际上只存储了一个副本。

外包攻击:根据从其他存储供应商快速获取数据的能力，邪恶的矿工可能会承诺存储比他们实际物理存储容量大得多的数据。

生成攻击:邪恶的矿工可能声称存储了大量数据，但是他们使用小程序来有效地生成请求。如果这个applet比声称存储的数据小，那么损坏赢得FileCOIN块的矿工的可能性就会增加，因为这种可能性与矿工当前使用的存储空间成正比。

3.3。时空证明

时空证明方案允许用户在挑战期间检测存储提供商是否存储了外包数据。我们如何使用POS方案来证明数据是在短时间内存储的？这个问题的自然答案是要求用户重复(例如每分钟)对存储提供商的挑战。然而，每次交互所需的通信复杂性将成为FileCOIN这样的系统的瓶颈，因为存储供应商也需要向区块链网络提交他们的证书。

为了回答这个问题，我们引入了一种新的证明，时空证明，在这种证明中，验证者可以检查验证者是否在一段时间内存储了他/她的外包数据。这要求证明者( 1 )生成顺序存储的证明(这里是重复证明)，作为( 2 )递归执行某个时间以生成短证明的方法。

3.4。Porep和Post的实际应用

我们对在Porep和Post online系统中构建应用程序感兴趣，而不是依赖硬件或可信方。我们提出了一个porep系统体系结构(参见复制证书学术报告中的“基于印章的复制证书”)，该体系结构需要在设置过程中进行非常缓慢的顺序计算来进行印章以生成副本。porep和post的协议草图在图4中给出，post底层机制的验证步骤在图3中示出。

时空证明:证明算法为副本生成时空证明。证明者接收来自验证者的随机挑战，并使用证书的输出作为指定t迭代的另一输入，为这个序列生成一个重复证书(见图3 )。

图3显示了POST的基本机制图。证明显示随着时间的推移存储的迭代证明