OIN:如何管理Filecoin網絡：Filecoin中的存儲和檢索

本文從存儲提供方和使用Filecoin網絡存儲數據的用戶的視角，解釋Filecoin交易的運作原理。

本文的技術性解析部分，使用JSON-RPC的API格式來與Filecoin網絡交互，查詢數據。該API主要由應用程序使用。人工操作時，您可以使用更友好的lotus命令行工具。其底層也是使用JSON-RPCAPI的。

一、介紹

通過允許任何人作為存儲提供者參與，Filecoin網絡實現規模經濟。目前，該網絡由分布在全球各地的數百個存儲提供者組成。內容尋址和加密存儲證明驗證了數據在礦工的硬件上長期正確安全地存儲，從而創造了一個強大可靠的服務。

本文闡述了Filecoin中兩種交易類型，存儲交易和檢索交易運作的各個階段，并詳解其生命周期。并解釋了密碼學證明是如何用于驗證系統中的參與者是否按照承諾履行職責的。

二、Filecoin上的數據

為在Filecoin上存儲文件，用戶必須首先在其本地Filecoin節點中導入文件。這一步會產生一個數據CID——即內容標識符，描述該內容的唯一ID。之后，數據被傳給礦工。另一種在Filecoin上存儲文件的方式是通過離線交易，不在本文討論范圍中。

將數據導入本地的Filecoin節點這步，可以通過lotusclientimport命令來完成。要記住所產生的數據CID，因為以后從礦工那里檢索數據時會用到。

將數據導入本地節點后，用戶需發起交易。這步通過lotusclientdeal命令來完成。該命令將一個數據CID作為輸入，產生一個FilecoinPiece，并交互式引導用戶完成存儲交易流程，詳見下文。

FilecoinPiece是用戶在Filecoin網絡上存儲數據的主要協商單位。FilecoinPiece并沒有特定的大小，而是以扇區大小為上限，受網絡參數控制。如果一個FilecoinPiece大于礦工支持的扇區的大小，它必須被分割成更多的碎片，以便每個碎片都適合一個扇區。

《“區塊鏈+”如何重構內容產業生態》獲第三十一屆中國新聞獎三等獎:金色財經報道，人民日報（2021年11月08日 第?17版）發布第三十一屆中國新聞獎獲獎作品目錄，《“區塊鏈+”如何重構內容產業生態》獲第三十一屆中國新聞獎三等獎，刊播單位：新聞與寫作?，報送單位：北京記協。[2021/11/8 6:37:41]

每個FilecoinPiece是一個CAR文件，包含一個IPLDDAG，有對應的數據CID和pieceCID。

CAR即內容可尋址檔案——每個CAR文件是一個IPLDDAG的序列化表示，即將其數據塊串起來，再加上描述DAG圖的頭部信息。

當用戶要在Filecoin網絡中存儲文件時，首先要用UnixFS)制作文件的IPLDDAG(這就是lotusclientimport命令的作用)。代表DAG根節點的哈希是一個IPFS風格的CID，稱為數據CID。

UnixFS是一種基于protobuf的格式，用于描述IPFS中的文件、目錄和軟鏈接。在Filecoin中，UnixFS是文件格式標準，文件以此格式提交給Filecoin網絡。

所產生的CAR文件用額外的零位來補齊，以便使文件寫為二叉merkle樹。

三、存儲交易流程，了解更多加ipfskefu

用戶在Filecoin網絡中通過交易存取數據。網絡的參與者，包括礦工和用戶，通過存儲交易和檢索交易來與對方交互。

存儲交易的生命周期如下：

1.發現

用戶先確定礦工及其定價，即礦工為了接受交易而希望收到的每epoch每GiB的價格，單位為attoFIL。目前，Filecoin中一筆交易的最短期限為180天。

您可以通過JSONRPCAPI查詢已同步的節點，列出所有當前活躍的礦工（為了測試目的，使用了公共終端節點，使用Filecoin.StateListMiners方法。

curl-XPOST-H“Content-Type:application/json”

亞馬遜Prime播放的新紀錄片展示比特幣如何改變非洲:關于南非比特幣先驅的新紀錄片《非洲銀行業：比特幣革命》正在亞馬遜Prime上推出。一同發布的還有一份研究報告，該報告介紹了有關非洲加密貨幣的全面和最新信息。（Decrypt）[2020/5/20]

–data‘{“jsonrpc”:“2.0”,“method”:“Filecoin.StateListMiners”,“params”:,“id”:1}’

‘https://api.node.glif.io’|jq

{

“jsonrpc”:“2.0”,

“result”:[

“f011303”,

“f011092”,

…

您可以根據礦工在網絡中的信譽和能力進行選擇。礦工的信譽指標還未進入Filecoin協議，本文亦不涉及。

當您選好礦工之后，可以用諸如Filecoin.StateMinerInfo方法來獲取礦工的PeerID，用于在libp2p協議中來與對方建立安全連接。

curl-XPOST-H“Content-Type:application/json”

–data‘{“jsonrpc”:“2.0”,“method”:“Filecoin.StateMinerInfo”,“params”:,“id”:1}’

‘https://api.node.glif.io‘|jq

{

“jsonrpc”:“2.0”,

“result”:{

“Owner”:“f03261”,

“PeerId”:“12D3KooWP5D9TmqC45i6L2e2qQHYcuxaUwPdYo6CzqUMVmFEH3N9”,

…

接下來，您可以用Filecoin.ClientQueryAsk方法獲取一個帶簽名的StorageAsk。這將與選定的礦工建立libp2p連接，并詢問存儲報價。

動態 | EOS社區在如何使用eosio的資金上存在分歧:據Coindesk消息，EOS區塊鏈上的eosio.saving賬戶余額不斷增加，價值接近1.92億美元。EOS社區對如何處理這些資金存在分歧。EOS核心工作小組的成員希望看到這些資金被用于造福社會。然而，也有明顯的聲音，敦促社區關閉WPS，取消其資金來源，“燒掉”或銷毀目前在eosio.saving帳戶中的所有Token。[2018/8/27]

curl-XPOSThttps://api.node.glif.io

-H“Content-Type:application/json”–data-binary

EOF

{

“jsonrpc”:“2.0”,

“result”:{

“Price”:“100000000000”,

“VerifiedPrice”:“100000000000”,

“MinPieceSize”:256,

“MaxPieceSize”:34359738368,

“Miner”:“f03274”,

“Timestamp”:148031,

“Expiry”:1199231,

“SeqNo”:14

},

“id”:1

}

結果包括該礦工愿意接受的交易細節，如接納的FilecoinPiece大小的范圍和每GiB每epoch的價格。需要注意的是，提出與礦工的存儲要求相匹配的存儲交易，只是一個前提條件，但并不足以確保交易被接受——存儲提供者可能會在之后運行自己的決策邏輯。

2.議價和數據發送

在這一階段，雙方就交易條款達成協議，如交易成本、交易期限、交易起始時間等。

然后，數據從用戶發至礦工。

BM：對代理如何運作和“dApp開發者”如何計費的理解可能需要調整:北京時間今日凌晨，BM在開發者群發表對代理如何運作和“dApp開發者”如何計費的理解：

??1）所有CPU/帶寬都是“執行操作的用戶”；

??2）所有存儲都按照dApp的選擇向用戶或dApp付費；

??3）dApp開發人員希望授權用戶將帶寬委托給用戶；

??4）授權帶寬理論上可以用于任何dApp。

現在想象一下，你是一個社交媒體公司，希望為用戶提供免費賬戶。用戶在您的網站上注冊，您為他們創建一個區塊鏈賬戶，然后將一些帶寬委托給他們。您的應用可以選擇為每個授權用戶支付有限的存儲空間，這使他們能夠在他們需要攜帶自己的存儲空間之前，擁有N份杰出的帖子和V張投票。如果您的應用不想為用戶支付存儲費用，則該應用可能完全是BYOS（注：Bring your own storage，使用你自己的存儲）和BYOB（注：Bring your own Bandwith，使用你自己的帶寬）應用。如果用戶不繼續他們的訂閱或停止使用您的服務，那么您可以將帶寬重新分配給其他用戶。[2018/4/30]

3.發布

通過PublishStorageDeals消息在鏈上發布交易，使存儲提供方對交易公開負責。

4.完成

交易一旦在鏈上發布，就會被交給挖礦子系統，打包成扇區，隨后封裝，再不斷地被證明可用。

四、存儲挖礦子系統

存儲挖礦子系統確保Filecoin網絡的數據由礦工有效保存，并且：

1.參與Filecoin存儲市場，承接用戶數據，參與存儲交易。

2.參與Filecoin存儲算力共識，驗證和產出區塊，讓Filecoin區塊鏈增長，并獲得區塊獎勵。

該系統監督以下進程：

承諾新存儲和注冊新扇區

為了在Filecoin中注冊一個扇區，礦工必須對該扇區進行封裝。封裝過程需要大量計算，以證明的形式產生數據的唯一表示，即復制證明或PoRep。一旦證明生成，礦工會對其進行壓縮，并將結果提交給區塊鏈。這就證明礦工確實復制了他們同意存儲的數據副本。

新華網分析：區塊鏈如何帶來個人數據保護“革命”:新華網今晚發表文章《區塊鏈如何帶來個人數據保護“革命”》，文章表示大數據時代，個人的數據被認為是黃金般珍貴。個人數據泄漏令人擔憂，但絕大部分人不可能因為害怕數據被收集而切斷與互聯網的聯系，而現階段有責任保管個人信息的企業、學校、酒店、社交網站等往往擔責不力。專家們認為，區塊鏈技術作為一種帶有加密、信任、點對點、難篡改等特征的“中間件”，有望解決這個難題。

區塊鏈技術的出現令個人數據掌控權從互聯網公司轉移到用戶自己手中，使人人掌控自己的個人數據成為可能。通過它，用戶個人數據可以與個人數字身份證相關聯，用戶可以選擇數字身份證是匿名、化名或公開，還可以隨時隨地從任何設備訪問區塊鏈應用平臺，控制他們的互聯網個人數據。[2018/4/18]

證明存儲持續可用（見WindowPoSt)

所有存儲礦工需要持續提交鏈上證明，以驗證扇區被完整存儲。

宣布存儲故障和從故障中恢復

如果扇區所需的上述證明如果未成功提交，將導致故障，礦工會受到處罰。

五、存儲礦工和用戶的考量

如上文所述，存儲交易是在鏈上發布后，才會被激活和封裝。這一點很重要，因為發布交易會將用戶的資金鎖定在鏈上托管。只有如此，在封存數據進扇區之后，礦工的收益才有保障。

可以將在鏈上發布交易視為簽署合同，將封裝和激活交易視為開始做承諾的工作。

從用戶的角度來看，想要用Filecoin存儲數據，交易大致經過以下幾個階段：

1.交易入金——用戶將資金鎖入代管中

2.向礦工提出交易提議

3.檢查意向來接受交易

4.數據傳輸給礦工來進行交易——這是通過GraphSync協議完成的。GraphSync是節點之間同步IPLD圖的協議。該協議允許本地節點向遠程節點發出請求，以獲取在遠程節點的IPLD圖上按選擇器搜索所得的結果。Lotus使用的是GraphSync協議的實現ipfs/go-graphsync。

5.檢查是否接受——確保礦工已經接受了交易并在鏈上發布。

6.封裝——交易已在鏈上，礦工正在封裝包含交易的扇區。

7.激活——交易已被封裝并處于活躍狀態。從這里開始，存儲提供商/礦工應定期證明他們繼續存儲數據。

從礦工的角度來看，通過存儲用戶的數據來提供服務，交易大致經過以下幾個階段：

1.驗證交易——收到交易提議，并檢查其參數。

2.檢查是否有鎖定資金——確保用戶有鎖定資金，可以支付交易。

3.等待數據——接收客戶提供的交易數據。

4.為交易提供抵押——用于鏈上交易。

5.在鏈上發布交易上鏈。

6.封裝扇區

7.激活交易——從這里開始，存儲提供者定期提交WindowPoSt，證明他們在持續存儲數據。

六、檢索交易流程

檢索交易與存儲交易不同，使用支付通道，主要鏈下完成。數據傳輸是按量計價的，用戶在數據傳輸的過程中逐步向礦工支付費用。整個過程中，只有創建支付通道、兌換憑證，是涉及與Filecoin區塊鏈交互的。

整體流程如下：

1.發現——用戶找出擁有其所需數據的礦工，并向其索取檢索報價詳情——每字節價格、解封價格、付款間隔。

2.設立支付通道——用戶需要和礦工之間設立一個支付通道。

3.數據傳輸與支付——礦工向用戶發送數據，直到需要支付。當達到一定的閾值時，會要求進行支付處理，之后繼續進行數據傳輸。根據礦工是否在他們的_區塊存儲_中擁有數據，他們可能需要首先解封數據——這是一個非常規和非瞬時的操作，這是存儲交易一節中描述的封裝的反向操作。

此時用戶還未獲取完整數據。

七、時空證明

上面的章節快速列舉了許多使Filecoin獨一無二的細節，在概率上對用戶數據提供了保證。本節介紹了Filecoin使用的兩種證明，并解釋了它們是如何成為協議的一部分，以及它們所解決的問題。

時空證明是礦工向Filecoin網絡提交的證明，證明其正在繼續為網絡存儲數據的唯一副本。

目前，時空證明在Filecoin中以兩種類型存在：

1.WindowPoSt

2.WinningPoSt

八、WinningPoSt

WinningPoSt是獎勵存儲礦工對Filecoin網絡貢獻的機制。在每個epoch開始時，一小部分存儲礦工被選出來，每個礦工挖出一個新的區塊。具體要求是，這些礦工提交指定扇區的壓縮存儲證明。每個成功創建區塊的當選礦工都會獲得FIL，以及向其他想在區塊中包含信息的Filecoin參與者收取費用的機會。

存儲礦工如果在必要的時間窗口內沒按要求做到，將失去生產區塊的機會，但不會因為沒產出區塊而受到其他懲罰。

九、WindowPoSt

WindowPoSt是Filecoin區塊鏈對存儲礦工做出的承諾進行審核的機制。

每個存儲礦工都應該維護他們的承諾扇區。這些扇區包含與用戶達成的交易，或也可能為空。后者被稱為承諾容量，也就是說，礦工可以做出容量承諾，用任意數據填充一個扇區，而非用戶數據。維護這些扇區可以讓存儲礦工證明他們在代網絡預留空間。

每一天分成若干時間窗口，目前48個時間窗口，每個持續時間為30分鐘。

每個礦工的承諾扇區分成若干組，每組對應一個時間窗口。

在一個時間窗內，每個存儲礦工必須為其該時間窗中的每個扇區提交一份時空證明。這需要隨時訪問該時間窗輪到的每個扇區，并生成zk-SNARK證明加入區塊發布到Filecoin區塊鏈上。這樣，每個承諾存儲的扇區在每24小時內至少會被審核一次，并保留一個永久的、可驗證的、公開的記錄，證明每個存儲礦工保守承諾。

在上圖例子中，您能看到一個礦工應該在deadline0(>16TB)、deadline1(<8TB)和deadline2(<8TB)提交窗口時空證明，其中大部分扇區都在deadline0。每個礦工的deadline是隨機的，對于這個特定的礦工來說，分別從epoch1635、epoch1695和epoch1755開始。你可以在SpaceGap工具上檢查這些deadline和更多關于礦工的細節。

Filecoin網絡期望所存儲的數據持續可用。未能為一個扇區提交WindowPoSt將導致一個故障，而供應該扇區的存儲礦工將被懲罰。這激勵存儲礦工健康運轉。

十、故障

當因為網絡連接丟失、存儲故障或惡意行為導致證明未在期限內被納入Filecoin區塊鏈時，故障就發生了。

當一個扇區被登記為故障時，Filecoin網絡將對本應存儲該扇區的存儲礦工進行懲罰；也就是說，將對礦工未能持續存儲的行為進行處罰評估。

扇區故障費分為三類：

1.扇區故障費——需由每個處于故障狀態的扇區每天支付。該費用的大小略高于該扇區每天預計獲得的區塊獎勵額。如果一個扇區連續2周以上處于故障狀態，該扇區將支付終止費，并從區塊鏈狀態中移除。

2.扇區故障檢測費——這是一次性支付的費用，如果該故障是由鏈上機制檢測發現而非礦工誠實上報時收取。考慮到時空證明檢查的概率性，該收費額設為對應扇區在若干天時間中的區塊獎勵。

3.扇區終止費，了解更多加ipfskefu——一個扇區可能因為故障或礦工主動而在到期日之前終止。收取的終止費原則上相當于一個扇區當前所產生的收益，且不超過一個限額，以免阻礙長時扇區。

您可在Filecoin規范閱讀更多關于故障和處理故障的經濟機制。

十一、結論

本文描述了關于存儲和檢索Filecoin上數據的一些概念、用戶和礦工為存取數據使用的協議以及這些流程中所涉的各類證明和保證。

從用戶和礦工的視角，詳細介紹存儲交易和檢索交易的流程；以及在某一方出現惡意行為時，Filecoin協議對其的懲罰措施。

總結起來，本文概述了Filecoin協議如何管理Filecoin網絡，使之成為一個可靠和無信任的去中心化存儲網絡。

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