盘古开源详细解读Filecoin复制证明与时空证明机制

Filecoin网络独特的证明系统，保证存储矿工按合同规定正确的为客户存储数据，以及Filecoin市场有效地运行。使用Filecoin，可以对矿工的存储进行公开审核，换句话说Filecoin的存储证明可为网络中的每个用户提供保证，确保所有矿工都按承诺存储数据。

为了使这些数据能够完整同时也是用户所希望的，检查成为必要的保证，检查也是Filecoin最基本协议必须存在的一部分。这就是Filecoin证明系统起作用的地方。

证明系统是参与者（通常是矿工）用来验证存储服务的加密协议。Filecoin的证明系统解决了去中心化存储以前难以解决的问题：

1）矿工如何证明他们确实存储了他们所说的数据

2）矿工如何证明他们为此使用的物理空间是多少

3）矿工如何证明他们按合同时间进行了存储

为了理解这一点，我们需要看一下Filecoin如何实现分散存储，以及使其证明系统与众不同的原因。

1.Filecoin如何实现分散存储

在集中存储服务中，我们信任可以保证其系统完整性和安全性的知名公司或实体，该第三方实体是保持对网络信心的关键。例如，当我们使用Amazon S3进行云存储时，我们并不真正信任Amazon使用的数据服务器网络。而是，我们相信亚马逊可以保证网络按承诺运行，根据公司的服务水平协议，我们存储在亚马逊上的数据将是安全和可用的。

但是，人们对分散存储网络的信任比集中存储更难以实现。在Filecoin网络上，世界上任何人都可以提供存储空间。然而要在像Filecoin这样的分散网络上保持信任，就必须需要一种能够让网络建立信任的方法。Filecoin的证明系统，通过在Filecoin区块链的协议层中建立信任来做到这一点。Filecoin协议利用存储证明，作为在Filecoin区块链中达成共识的核心机制。

在每个公共区块链上，共识定义了关于区块链上的数据输入的协议。为了达成共识，区块链依靠共识算法生成新的区块，并保护区块链免受欺诈性数据输入的侵害，这些算法精准地确定了矿工为建立和维护区块链所做出的贡献。这意味着，Filecoin区块链本身会验证矿工执行的存储服务，同时，这也是Filecoin在其分散网络的协议层中建立信任的方式。

其核心是，Filecoin的共识算法由两种证明机制驱动，这两种机制共同使存储在Filecoin上的数据可公开验证，而这两种证明机制就是复制证明和时空证明。

2.复制证明和时空证明

要验证Filecoin网络上的数据存储，需要证明两点。首先，需要证明正确的数据集存储在矿工提供的存储空间中。其次，需要证明在合同规定的时间内连续存储了该数据集。Filecoin的证明算法可执行这些验证任务：复制证明，证明按合同规定执行的矿工正在存储客户原始数据的物理唯一副本；而时空证明，证明客户的数据是随时间推移而连续存储的。

复制证明（PoRep）从密封开始：

矿工将一部分可用的存储空间，称为扇区，用于存储客户的数据。填充该扇区后，将其密封。密封是一组将扇区逐渐转换为原始数据唯一副本的操作，该副本与Filecoin矿工的公钥关联。为了执行最终的PoRep，矿工将副本的加密哈希提交到公共Filecoin区块链。

通过PoRep，矿工可以提供公开证明，证明他们在执行证明时正在存储客户数据的唯一编码。只有拥有全部原始数据的矿工，才能向Filecoin区块链提交正确的CommR（对副本的链上承诺）。

但是，仅一个PoRep并不能验证存储是否随时间推移而连续存储。这就是时空证明（PoSt）的来源。

使用PoSt，随机选择一个存储扇区，要求矿工为此扇区提供PoRep。这是通过一个程序来完成的，矿工被发出一个密码挑战，只有通过直接咨询该密封的扇区才能正确回答这个问题，矿工必须在严格的时间要求内完成这一挑战。每个矿工每天都必须证明他们所有的存储，而且为了赢得区块，矿工们也被随机选择来证明存储。密封的计算难度，确保了矿工必须随时访问密封区域并保持其完整性。

PoRep和PoSt共同构成Filecoin独特的证明系统，即存储证明和空间证明的结合。

3.结论

Filecoin协议采用新颖的加密技术、共识机制和激励机制设计，提供了分散的存储网络和市场，其核心是Filecoin独特的存储验证方法。