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通过Filecoin深入分析分布式存储机制

IPFS星际联盟 2020-12-01 15:00
摘要:

前不久AMAZON云服务中断引发网络崩溃:AWS崩了?别怕,IPFS能避免中心化服务缺陷

01分布式存储概况

现代计算是高度集中化的。在过去的十年里,一些大型云计算企业将传统的计算机系统分割成独立的、基于云计算的产品,从而获得了巨大的财富。当这些供应商中的一个出现故障时,网络集中化会导致重大的互联网事件。

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所以大家在这些服务上托管的内容也不会好到哪里去,它们被藏在脆弱的链接后面,经常发生断裂。这对大家建立的计算机系统,以及日益依赖这些系统的社会都有深远的影响。

集中式架构之所以成功,部分原因是它们更容易构建。

开发者需要基础性新构件,这些构件同样容易组成。分布式存储就是这样的基石之一,作为更分布式网络的前提条件。

02分布式存储基本特征

弹性

现代互联网是非常脆弱的。今天的网络内容位于URL后面,每个URL在任何特定时刻都属于一个单一的明确的服务器。如果该供应商因任何原因退出网络,它所指向的内容就无法访问。集中化增加了这种效应,造成了单点故障,这是为审查提供了方便的机会。

在一个理想的去中心化系统中,即使运营商损失了利益,也不应该阻止对之前的存储和服务内容的访问。通过将责任分散在网络的许多节点上,分布式系统对审查和其他拒绝服务的尝试也有天然的抵抗力,因为没有集中的目标,攻击者可以对其进行大规模的资源攻击。

IPFS的去中心化特性反击试图阻止对文件的访问:一旦一个节点被阻止,另一个节点就可以轻易地取代它的位置。总的来说,分布式存储系统使网络层面的封锁变得更加困难。

效率

所有的计算系统架构都有一些优势和一些弱点,没有一个解决方案适合所有可能的用例。

今天,全球少数城市的几个集中式数据中心存储了大部分内容。

例如,如果同一网络上的两个用户想要相互发送消息,这些消息通常会先送到其中一个数据中心。如果一百个用户在一个房间里用他们的设备观看同一个视频,他们会各自打到一个中心服务器上,并行下载一百份,而不是下载一份,然后通过本地网络共享。

最简单的说,去中心化存储让共享文件变得更容易,而不用把请求在互联网上到处跳转到某几个数据中心。取而代之的是,节点之间尽可能少地使用中间商建立连接。

例如,连接到其他国家的节点,仍然需要经过几次跳转,但同一网络上的节点可以直接共享文件。

分布式存储系统的最终目标是拥有如此多的节点,每个人都可以找到相对本地的对等体来获取他们要找的信息。

分布式存储解决方案可以为这类活动引入新效率。通过绕过稀疏的数据中心,分布式系统可以将节点放置在比现代内容传输网络更接近终端消费者的地方,从而大大加快文件检索速度。

在本地网络上的点对点文件共享也可以节省宝贵的带宽,特别是在访问更广泛的互联地区。

03 Filecoin如何体现这些特征

Filecoin项目是一个旨在满足这些特性的去中心化存储系统。Filecoin最初是作为星际文件系统(IPFS)的激励层开发的,这是一个点对点存储网络。Filecoin是建立在IPFS的属性基础上,利用相同的底层点对点和内容寻址功能。

Filecoin节点网络产生了一个分布式存储市场,用于检索和存储文件。该网络由一个新颖的区块链支撑,它记录了网络参与者做出的承诺。用户使用其原生加密货币FIL()在网络上进行交易。

检索市场

在检索市场上,被称为检索矿工的节点竞相向客户尽快提供文件。检索矿工通过收取少量的FIL费用来赚取回报。这使位于关键地点的内容传输节点有动力加入网络,并促进文件的快速分发。它还鼓励建立一个强大的网络,复制和保存需求量大的文件。

存储市场

在Filecoin的存储市场中,被称为存储矿工的节点被授权就价格和位置等各种特征进行竞争,以获得在规定时间内为客户提供文件保管的合同。

在接受合同之前,存储矿工必须先抵押相应数量FIL,这是防止存储矿工未能履行对客户的义务时,用来自动偿还客户的。

当存储矿工和客户达成交易时,客户将他们的数据转移给存储矿工。存储矿工将他们的数据添加到一个扇区中,扇区是Filecoin的基本存储单位。然后,矿工会实行一个称为密封的计算密集型操作,以创建该扇区数据的唯一副本。

如果客户端想要存储多个数据的唯一副本,密封过程将确保每个副本都有一个唯一的指纹,而推导该指纹所需的计算努力将防止节点通过从基础数据中重新生成它来作弊。被密封的数据最终用于向Filecoin链上发布复制证明。

在存储交易期间,存储矿工需要定期向链上提交时空证明。矿工使用随机性(由区块链本身提供)、密封扇区和发布到链上的复制证明来获得这些证明。这些证明为客户端提供了一个强大的概率论证,即存储矿工拥有数据的完整、唯一副本。

这是一个非常有力的保证,即使是现代云存储提供商也没有为客户提供这样的保证。

客户用支付的FIL作为交易费用奖励Filecoin存储矿工

Filecoin的证明系统意味着矿工需要一些额外的硬件,但要求还是很低的,对于精通技术的人来说,可以加入。作为客户端参与网络的硬件要求不高。Filecoin节点还提供了一个API,用于与网络进行程序化交互,允许第三方服务建立在核心网络功能之上。

总结

分布式存储为传统的集中式存储提供了引人注目的替补方案。它让开发者有机会探索、设计、权衡最有前景的领域,强调内容存储和交付的稳健以及效率。Filecoin表明,这些系统能够提供具有竞争力的存储产品,同时具备几个非常理想的属性,为更多人提供了保管数字资产的渠道,同时使网络更有弹性,使全世界的人都能访问。

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