【董天一】IPFSFilecoin和復(fù)制證明

wuaiqiu 發(fā)布于2019-06-27 18:56 / 2738人閱讀

摘要：作者簡介董天一中國區(qū)技術(shù)布道人指南作者。畢業(yè)于北京大學(xué)軟件與微電子學(xué)院曾擔任甲骨文亞洲研發(fā)中心中國數(shù)據(jù)庫開發(fā)工程師。資深區(qū)塊鏈技術(shù)開發(fā)者，現(xiàn)致力于在中國的技術(shù)推廣的競爭對手。

作者簡介：董天一 ,IPFS/Filecoin中國區(qū)技術(shù)布道人 ,《IPFS指南》作者。畢業(yè)于北京大學(xué)軟件與微電子學(xué)院曾擔任甲骨文亞洲研發(fā)中心（中國）數(shù)據(jù)庫開發(fā)工程師。
資深區(qū)塊鏈技術(shù)開發(fā)者，現(xiàn)致力于IPFS/Filecoin在中國的技術(shù)推廣IPFS的競爭對手。

這篇文章主要來講一下Filecoin協(xié)議里面的復(fù)制證明（Proof of Replication），由于協(xié)議涉及到很多概念，可能看起來有點暈乎乎的，小編盡量把復(fù)雜問題簡單化，力求給大家做大普及IPFS知識。

概念：

挑戰(zhàn)（challenge）：系統(tǒng)對礦工發(fā)起提問，可能是一個問題或者一系列問題，礦工正確的答復(fù)，則挑戰(zhàn)成功，否則失敗

證明者（prover）：礦工向Filecoin系統(tǒng)提供有效的證明，來完成挑戰(zhàn)（challenge）

檢驗者（verifier）：系統(tǒng)代表用戶向礦工發(fā)起挑戰(zhàn)（challenge），來檢測是否礦工完成了數(shù)據(jù)存儲任務(wù)

數(shù)據(jù)（data）：用戶向礦工提交的需要存儲或者礦工已經(jīng)存儲的數(shù)據(jù)

證明（proof）：礦工完成挑戰(zhàn)（challenge）時候的回答

流程：系統(tǒng)（verifier）向礦工（prover）發(fā)起挑（challenge），礦工答復(fù)證明（proof），系統(tǒng)檢驗礦工的答復(fù)以判斷礦工是否通過本次挑戰(zhàn)（challenge）。

Filecoin涉及到的證明概念：

數(shù)據(jù)持有性證明（Provable Data Possession ，PDP)：用戶發(fā)送數(shù)據(jù)給礦工進行存儲，礦工證明數(shù)據(jù)已經(jīng)被自己存儲，用戶可以重復(fù)檢查礦工是否還在存儲自己的數(shù)據(jù)

可檢索證明（Proof-of-Retrievability，PoRet）：和PDP過程比較類似，證明礦工存儲的數(shù)據(jù)是可以用來查詢的

存儲證明（Proof-of-Storage ，PoS）：利用存儲空間進行的證明。工作量證明的一種，F(xiàn)ilecoin上一篇論文使用了這個名字，新的論文則升級為PoRep

復(fù)制證明（Proof-of-Replication，PoRep）：新的 PoS（Proof-of-Storage），PoRep可以保證每份數(shù)據(jù)的存儲都是獨立的，可以防止女巫攻擊，外源攻擊和生成攻擊

工作量證明（Proof-of-Work，PoW）：證明者向檢驗者證明自己花費了一定的資源，PoW被用在加密貨幣，拜占庭共識和其他各種區(qū)塊鏈系統(tǒng)。BTC使用的就是這種類型的證明，依賴巨量的哈希計算和能源消耗來建立共識和保證btc網(wǎng)絡(luò)的安全性

空間證明（Proof-of-Space，PoSpace）：Filecoin提出的概念，存儲量的證明，PoSpace是PoW的一種，不同的是PoW使用的計算資源，而PoSpace使用的是存儲資源

時空證明（Proof-of-Spacetime，PoSt)：時空證明，礦工證明自己花費了spacetime資源, 即：一定時間內(nèi)的存儲空間的使用，PoSt是基于PoReps實現(xiàn)的

復(fù)制證明（Proof of Replication，PoRep）：PoRep 是PoS的進化版：用來證明數(shù)據(jù)（data）已經(jīng)被礦工存儲

為什么要搞這么復(fù)雜？

區(qū)塊鏈里面任何精巧的系統(tǒng)都需要精心設(shè)計（比如BTC），讓系統(tǒng)能夠自己一直運行下去，搞這么復(fù)雜目的不外乎下面兩個：

保證礦工能夠老老實實的幫助用戶存儲數(shù)據(jù)

公平的分配代幣

復(fù)制證明：Proofs-of-Replication

PoRep必須能夠防范以下三種常見的攻擊方式：女巫攻擊，外源攻擊和生成攻擊，他們的共同特點是攻擊礦工實際存儲的數(shù)據(jù)大小要比聲稱存儲的數(shù)據(jù)小，這樣攻擊礦工就能獲得本不該他獲得的報酬。

女巫攻擊（Sybil Attack）：利用n個身份，承諾存儲n份數(shù)據(jù)D，而實際上存儲小于n份（比如1份），但是卻提供了n份存儲證明，攻擊成功

外部數(shù)據(jù)源攻擊（Outsourcing Attack）：當攻擊者礦工收到檢驗者要求提供數(shù)據(jù)D的證明的時候，攻擊者礦工從別的礦工那里生成證明，證明自己一直存儲了數(shù)據(jù)D，而實際上沒有存儲，攻擊成功

生成攻擊（Generation Attack）：攻擊者A可以使用某種方式生成數(shù)據(jù)D，當檢驗者驗證的時候，攻擊者A就可以重新生成數(shù)據(jù)D來完成存儲證明，攻擊成功

防范生成攻擊比較困難，所有的PoS協(xié)議都會遇到這樣的問題，如何保證礦工真正的存儲了這些數(shù)據(jù)，目前這還是個待解決的問題，PoRep需要解決這個問題，F(xiàn)ilecoin協(xié)議采用一種叫做 RepGame 的游戲來一起解決這三種攻擊方式，PoRes還在此基礎(chǔ)上引入了時限性（Time Bounded），PoRes協(xié)議的實現(xiàn)可能有很多種方式，不管哪種實現(xiàn)方式都必須能夠防止上面的三中攻擊方式，并且要能夠通過RepGame游戲的測試。

時空證明：Proofs-of-Spacetime

時空證明提出了證明鏈（proof-chain）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，證明鏈把一些的提問（challenge）和證明（proof）鏈接起來形成。在證明鏈的基礎(chǔ)上添加上時間段，這樣就得到了一段時間內(nèi)的礦工存儲數(shù)據(jù)的證明，這就是時空證明（Proof of Spacetime，PoSt），PoSt可以證明在該段時間內(nèi)礦工存儲了特定的數(shù)據(jù)，并且利用時間戳錨定這些證明鏈，這樣即使驗證者（verifier）不在線，也能夠在將來去驗證礦工在該段時間內(nèi)生成了證明鏈，PoSt會被提交到鏈上用來產(chǎn)生新的Block。

PS: time-bounded Proof-of-Replication 和 Proofs-of-Spacetime的可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)目前Filecoin團隊還沒有給出來具體的細節(jié)，期待Filecoin下一篇論文。

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