以目前生態系最完整的去中心化儲存項目Filecoin為例

Filecoin

Filecoin 由 Protocol Labs 開發，該開發公司由 Juan Benet 於 2014 年創立。一開始是推出IPFS（InterPlanetary File System）技術，其技術用於建置存儲和共享數據文件的點對點網絡，這一系統使用基於哈希的內容結構來存儲數據，而不是使用集中式服務器和 IP 地址。這旨在減少冗餘、增加持久性和提高效率。當時區塊鏈產業還剛開始萌芽，為了解決IPFS的激勵和安全層問題，Protocol Labs 在IPFS推出後，規劃了一個區塊鏈項目，稱為Filecoine，於2017 年時，其團隊藉由Filecoin代幣銷售活動，為 Filecoin 的開發籌集資金，當時籌集了大約 2.05 億美元，成為當時最大的代幣銷售之一，利用Filecoin的區塊鏈機制，可以將 IPFS 的存儲系統轉變為一個"算法市場"，在這裡，用戶用 Filecoin 的原生代幣 FIL 來支付存儲提供商，以在網絡上存儲和分發數據。

Protocol Labs 旨在構建一個可以被區塊鏈和傳統提供商（如 Amazon Web Services 和 Microsoft Azure）使用的數據基礎結構層。該項目計劃通過創建一個市場來實現這一目標，任何具有存儲容量的用戶都可以連接到該網絡，從而創建未使用的存儲容量，包括消費者硬件和現有企業的數據中心。Filecoin 團隊認為，這將降低存儲成本，就像共享經濟公司（如 Airbnb）降低了由大玩家主導的市場中的短期租賃價格一樣。

Filecoin的驗證共識機制

在 Filecoin 的加密證明系統中，通常簡稱為證明，用於驗證存儲提供商（SP）是否正確存儲數據。這個過程被稱為存儲證明（Proof-of-Storage），它包括兩種不同的證明，即複製證明（Proof of Replication, PoRep）和時空證明（Proof of Spacetime, PoST），每種都有不同的目的。

Filecoin 網絡旨在為其參與者提供有用且可靠的存儲。在像傳統的中心化實體（如雲存儲提供商）中，人們明確地信任該實體會按照某些最低標準（如安全性、可擴展性、可檢索性或複製性）存儲數據。但由於Filecoin 網絡是一個分佈在全球的去中心化存儲提供商（SP）網絡，網絡參與者需要一種自動化、無需信任且去中心化的方式來驗證SP是否妥善處理數據。

具體來說，Filecoin 的證明過程必須驗證在初始請求時數據已被正確存儲，並且根據客戶和SP之間的協議繼續被存儲。為了使證明過程穩健，該過程必須：

1. 針對數據的隨機部分。
2. 在一個時間間隔進行，使得SP丟棄和重新獲取數據的副本既不可能、也不盈利，也不合理。

在Filecoin 中，這一過程被稱為存儲證明，並包括兩種獨特的證明：

1. 複製證明（PoRep）：初次數據存儲時用於驗證SP已創建並存儲了某條數據的唯一副本的程序。
2. 時空證明（PoST）：用於驗證SP繼續存儲某條數據的唯一副本的程序。

複製證明 (PoRep)
在Filecoin的存儲生命周期中，當存儲提供者(SP)同意代表客戶存儲數據並收到客戶的數據片段時，會使用複製證明 (PoRep)。在此過程中：

1. 數據被放置到一個部門(扇區)。
2. 該部門由SP密封。
3. 生成一個獨特的編碼，作為SP已複製並存儲他們同意存儲的數據的證明（在“密封作為證明”中描述）。
4. 證明被壓縮。
5. 壓縮的結果被提交到網絡，作為存儲的認證。

密封作為證明
在密封過程中生成的獨特編碼使用以下信息：

1. 被密封的數據。
2. 密封數據的存儲提供者。
3. 數據密封的時間。

由於加密哈希的原理，如果數據、密封數據的存儲提供者或密封時間發生變化，將生成新的編碼。此編碼是獨特的，可以用來驗證某一特定存儲提供者確實在某一特定時間存儲了特定的客戶數據。

空間時間證明 (PoSt)
在存儲提供者證明他們已複製並存儲他們同意存儲的數據後，SP必須繼續向網絡證明：

1. 他們仍在存儲請求的數據。
2. 數據可用。
3. 數據仍然被密封。

因為這種方法涉及證明在特定的空間和特定的時間或在特定的時候存儲數據，所以它被稱為空間時間證明 (PoSt)。在Filecoin中，PoSt過程使用兩種不同的子方法，每種都有不同的目的：

1. WinningPoSt用於證明在選舉過程中選出的SP在被要求的特定時間內有數據的副本，並在區塊共識過程中使用。
2. WindowPoSt用於證明，對於網絡中的任何和所有SP，已同意存儲的數據的副本在時間上持續被維護，並被用來不斷審計SP。

WinningPoSt總結 #
WinningPoSt用於證明通過選舉選出的SP在被要求的特定時間內有數據的副本，並特別在Filecoin中用於確定哪些SP可以向Filecoin區塊鏈添加區塊。

在每個時代的開始，使用預期共識算法選出少數SP來挖掘新區塊，該算法保證基於其權力的概率選擇驗證者。每個被選出的SP都必須提交一個WinningPoSt，證明他們有一個已密封的數據副本，並將其包含在他們建議的區塊中。提交此證明的截止日期是當前時代的結束，並故意設計得很短，使SP無法偽造證明。成功提交賦予SP：

1. 區塊獎勵。
2. 向其他節點收取費用以將其消息包含在區塊中的機會。

如果SP錯過提交截止日期，將不會受到懲罰，但SP將錯過挖掘區塊和獲得區塊獎勵的機會。

WindowPoSt總結 #
WindowPoSt用於持續審計網路中的所有SP，確保他們持續地維護已同意存儲的數據的副本。在WindowPoSt中，所有SP在每個證明周期都必須證明所有宣稱的部門的可用性。部門的可用性不是單獨證明的；相反，SP必須一次證明整個分區，且該分區必須在指定的截止日期前被證明（在證明期間的30分鐘間隔內）。

SP承諾存儲的部門越多，他們每個截止日期需要證明的部門分區就越多。由於這需要SP能夠訪問每個請求部門的密封副本，因此對SP來說，每次需要提供WindowPoSt證明時都要封存數據是不合理的，從而確保網絡上的SP持續維護已同意的數據。此外，如果未提交某部門的WindowPoSt，將沒收SP的承諾擔保金並減少他們的存儲能力。

閱讀參考：
Filecoin Docs