董天一

世界正在被數(shù)據(jù)化，自從人類文明誕生以來(lái)，人類便發(fā)明了各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)目萍?，人類文明以?shù)據(jù)的方式得以傳承和保存。從最早的甲骨文到現(xiàn)代文明的計(jì)算機(jī)，知識(shí)的分享速度和密度隨著人類技術(shù)手段的進(jìn)步一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)。

數(shù)據(jù)正在快速地被生產(chǎn)、傳輸、使用以及存儲(chǔ)。特別是隨著近些年物聯(lián)網(wǎng)的逐步成熟和應(yīng)用的落地，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和傳輸將達(dá)到空前的規(guī)模和速度。數(shù)據(jù)分析公司Statista對(duì)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)供需和數(shù)據(jù)流量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)（如圖1和圖2所示）。從全球角度來(lái)看，存儲(chǔ)的供給并沒(méi)有滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求。另外，第五代通信技術(shù)（5G）即將商用，會(huì)極大促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的布局。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸成本必然會(huì)成為制約技術(shù)發(fā)展的一個(gè)瓶頸，如何以更低的成本進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸成為亟待解決的問(wèn)題。

基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)為我們提供了一個(gè)新的技術(shù)解決方案，能夠大幅降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)某杀?，同時(shí)提升數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。

基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)是什么？

分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其中信息通常以復(fù)制的方式存儲(chǔ)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上。通常專門用于指代用戶在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上存儲(chǔ)信息的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，或用戶在多個(gè)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上存儲(chǔ)信息的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。分布式存儲(chǔ)是相對(duì)于中心化存儲(chǔ)而言的。簡(jiǎn)而言之，就是把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

將區(qū)塊鏈和分布式存儲(chǔ)結(jié)合在一起，就是“基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)”系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以看做是共享經(jīng)濟(jì)的范疇。存儲(chǔ)和流量的提供方和需求方通過(guò)區(qū)塊鏈對(duì)數(shù)據(jù)和流量進(jìn)行交易。網(wǎng)絡(luò)在區(qū)塊鏈的平衡下逐漸達(dá)到供需平衡。

系統(tǒng)的參與方包括：存儲(chǔ)和流量的提供者（將自己的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和流量服務(wù)）與存儲(chǔ)和流量的需求方（通過(guò)接入系統(tǒng)的方式付費(fèi)獲取存儲(chǔ)空間和流量的使用）。

對(duì)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)膹?qiáng)大優(yōu)化作用

基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)有著天然的諸多優(yōu)勢(shì)。自從2009年區(qū)塊鏈結(jié)束誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，仍然沒(méi)有形成與實(shí)體經(jīng)濟(jì)緊密結(jié)合的可落地區(qū)塊鏈標(biāo)桿性項(xiàng)目，因而，基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)項(xiàng)目是一個(gè)新的嘗試?；趨^(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸有著強(qiáng)大的優(yōu)化作用。其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

網(wǎng)絡(luò)：BT傳輸?shù)募夹g(shù)的使用，可以比現(xiàn)有中心化存儲(chǔ)節(jié)省高達(dá)60%的帶寬。會(huì)優(yōu)化現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的使用，提升帶寬的利用率。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)在使用過(guò)程中會(huì)逐步平衡優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，將數(shù)據(jù)“放到”更加靠近數(shù)據(jù)頻繁使用的區(qū)域。這種自平衡功能，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)化提供了強(qiáng)大的技術(shù)基礎(chǔ)支持。

分布式互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方向：互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展和進(jìn)化，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的逐漸增大，應(yīng)用的規(guī)模一直在突破人們的認(rèn)知上限。例如：天貓“雙11”購(gòu)物節(jié)、春晚?yè)尲t包服務(wù)帶來(lái)的恐怖流量等?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)從中心化、集中式的服務(wù)逐步演變?yōu)榉植际浇Y(jié)構(gòu)?；趨^(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)更加適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展方向，屬于分布式時(shí)代的“原住民”。

基于區(qū)塊鏈存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)有以下幾個(gè)方面：

1.存儲(chǔ)共享：在這個(gè)世界上存在著大量的沒(méi)有有效利用的存儲(chǔ)設(shè)備，如果能將這些設(shè)備都有效利用起來(lái)，會(huì)大大降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的成本。

2.帶寬共享：與存儲(chǔ)設(shè)備一樣，在目前的互聯(lián)網(wǎng)框架下，大量的帶寬同樣也沒(méi)有得到有效的利用或者價(jià)值沒(méi)有得到公平的分配?；趨^(qū)塊鏈存儲(chǔ)系統(tǒng)可以將這部分價(jià)值有效利用起來(lái)，重新平衡網(wǎng)絡(luò)的利用，有效降低用戶的網(wǎng)絡(luò)使用成本。

3.對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)本身的完善：我們知道“算力”是區(qū)塊鏈技術(shù)中計(jì)算礦工貢獻(xiàn)的主要手段。而傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈算力與礦機(jī)的計(jì)算速度嚴(yán)格成正相關(guān)。計(jì)算速度越快，算力就越大，礦工收益就越高。這帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題：計(jì)算資源的浪費(fèi)和能源的大量消耗。礦工在該種激勵(lì)方式下勢(shì)必會(huì)投入更多的算力來(lái)獲取更多的收益。技術(shù)的進(jìn)步從來(lái)不會(huì)停止，基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)可以從根本上解決以往區(qū)塊鏈的弊端。取而代之的是，礦工會(huì)投入更多的存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)帶寬，恰好這二者可以為網(wǎng)絡(luò)提供更多的存儲(chǔ)設(shè)備和帶寬來(lái)滿足世界對(duì)存儲(chǔ)和帶寬的需求。這也為提升系統(tǒng)價(jià)值奠定了基礎(chǔ)。

4.下載速度快，性能高：BT技術(shù)的使用可以使得該系統(tǒng)有更好的數(shù)據(jù)傳輸體驗(yàn)。

5.更加安全：基于區(qū)塊鏈的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的分布式特點(diǎn)，決定了數(shù)據(jù)自帶冗余備份能力。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全上有著天然的優(yōu)勢(shì)。

基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)的技術(shù)挑戰(zhàn)

基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)引進(jìn)了一些新的技術(shù)解決方案，也帶來(lái)了很多新的技術(shù)挑戰(zhàn)。其中有一些決定了整個(gè)系統(tǒng)價(jià)值的長(zhǎng)期可持續(xù)性。

算力如何確定？礦工的貢獻(xiàn)如何度量。區(qū)塊鏈技術(shù)一個(gè)重要的方向就是如何對(duì)礦工共享進(jìn)行度量，激勵(lì)更多的礦工參與區(qū)塊鏈的建設(shè)與維護(hù)。我們知道，在比特幣系統(tǒng)中，以礦工計(jì)算哈希值的能力，作為算力的度量。對(duì)于分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，將采用計(jì)算礦工貢獻(xiàn)存儲(chǔ)和帶寬的能力來(lái)作為礦工貢獻(xiàn)的度量。這種新型的“算力”計(jì)算方式帶來(lái)一系列的技術(shù)挑戰(zhàn)，也是基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)的難點(diǎn)中的難點(diǎn)。截止到目前，世界上一部分?jǐn)?shù)學(xué)家還在進(jìn)行新的算法研究工作，以期優(yōu)化算法，提升系統(tǒng)的可用性。

數(shù)據(jù)尋址：傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)尋址采用的是DNS方式進(jìn)行數(shù)據(jù)尋址。即查詢數(shù)據(jù)存在于什么地方。DNS尋址是一套遍布世界的、成本極高的、設(shè)備維護(hù)的、基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，一改傳統(tǒng)方式，采用了分布式哈希表（DHT）的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)尋址。

數(shù)據(jù)的安全性：無(wú)論在任何情況下，只存儲(chǔ)一份備份，對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，一旦這一份備份出現(xiàn)故障，必然造成數(shù)據(jù)的丟失。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全性是不容忽視的問(wèn)題?；趨^(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)也必須解決該問(wèn)題。非常巧合的是，分布式存儲(chǔ)天然適合做數(shù)據(jù)的冗余備份，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全性上有著傳統(tǒng)的系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

數(shù)據(jù)一致性：多副本的冗余需要保證多副本的一致性。

系統(tǒng)性能：應(yīng)對(duì)大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取需求。分布式系統(tǒng)采用去中心化的方式，分散了系統(tǒng)壓力，性能上可以保證互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求。舉個(gè)例子：我們平常使用BT軟件進(jìn)行下載的時(shí)候，幾乎可以將自己的網(wǎng)絡(luò)帶寬完全利用?；趨^(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)利用BT的特性，數(shù)據(jù)傳輸體驗(yàn)與此類似。

案例解析：IPFS+Filecoin 項(xiàng)目

我們通過(guò)一個(gè)案例來(lái)簡(jiǎn)要介紹一下基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)?；趨^(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)項(xiàng)目的研發(fā)工作大約起源于2014年至2015年。截止到今天，大約經(jīng)歷了5年左右的時(shí)間。其中最有代表性的，當(dāng)屬目前正在開(kāi)發(fā)中的IPFS+Filecoin項(xiàng)目。該系統(tǒng)有兩個(gè)協(xié)議組成：IPFS協(xié)議和Filecoin協(xié)議。IPFS協(xié)議：全稱是星際文件系統(tǒng)（InterPlanetary File System），其定義為：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的超媒體傳輸協(xié)議，類似HTTP協(xié)議。Filecoin協(xié)議：基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)項(xiàng)目。

首先，我們來(lái)看這兩個(gè)協(xié)議分別解決的問(wèn)題和功能定位。IPFS：數(shù)據(jù)的分發(fā)和定位（數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，類似HTTP協(xié)議）。傳輸：數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳輸。定位：數(shù)據(jù)尋址，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。Filecoin：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（類似一個(gè)云存儲(chǔ)）。存儲(chǔ)空間交易：用戶和礦工之間進(jìn)行存儲(chǔ)空間的交易，礦工將自己的存儲(chǔ)空間“掛”到? 系統(tǒng)上進(jìn)行出售，用戶選購(gòu)存儲(chǔ)空間來(lái)存儲(chǔ)自己的數(shù)據(jù)。帶寬交易：用戶和礦工之間進(jìn)行數(shù)據(jù)流量的交易，礦工看見(jiàn)自己存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)出售，用戶付費(fèi)下載。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)：礦工通過(guò)貢獻(xiàn)來(lái)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，獲取額外的收益。

存儲(chǔ)空間交易和帶寬交易，統(tǒng)稱為價(jià)值交換市場(chǎng)。Filecoin通過(guò)區(qū)塊鏈解決了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)下載的價(jià)值交換。

Filecon 系統(tǒng)的工作原理

我們來(lái)簡(jiǎn)單解釋一下Filecon系統(tǒng)的工作原理（如圖3所示）：

1.FileCoin區(qū)塊鏈（中間部分）：區(qū)塊鏈記錄了全網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置，同時(shí)，記錄了一個(gè)礦工貢獻(xiàn)的存儲(chǔ)空間和全網(wǎng)的交易記錄。區(qū)塊鏈根據(jù)礦工的貢獻(xiàn)，來(lái)為礦工發(fā)放相應(yīng)的報(bào)酬。

2.存儲(chǔ)市場(chǎng)（上面部分）：用戶提交自己的數(shù)據(jù)，礦工接受用戶的數(shù)據(jù)，并且將用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到自己的存儲(chǔ)空間里，同時(shí)收到用戶所付的費(fèi)用。

3.檢索市場(chǎng)（下面部分）：用戶提交自己的數(shù)據(jù)下載需求，礦工接單后發(fā)送數(shù)據(jù)給用戶，并且獲取用戶支付的費(fèi)用。

放在一起來(lái)看，F(xiàn)ilecoin區(qū)塊鏈作為交易的中介，來(lái)完成用戶和礦工之間的價(jià)值交易。用戶獲取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和流量服務(wù)。礦工獲取用戶支付的存儲(chǔ)和流量費(fèi)用。同時(shí)，礦工貢獻(xiàn)了資源維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，區(qū)塊鏈根據(jù)礦工的貢獻(xiàn)，通過(guò)數(shù)字貨幣的形式對(duì)礦工進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，這就是 ipfs+Filecoin解決的問(wèn)題。

我們?cè)賮?lái)看一下Filecoin經(jīng)濟(jì)體系設(shè)計(jì)和價(jià)值交換與流轉(zhuǎn)：經(jīng)濟(jì)體系設(shè)計(jì)是區(qū)塊鏈項(xiàng)目里面重要的一環(huán)。經(jīng)濟(jì)體系設(shè)計(jì)的健壯性，直接決定了項(xiàng)目是否能長(zhǎng)期運(yùn)行。

Filecoin的經(jīng)濟(jì)體系設(shè)計(jì)為通縮模型，跟比特幣類似：具有一定的儲(chǔ)存價(jià)值。Filecoin 的存儲(chǔ)市場(chǎng)和極檢索市場(chǎng)近似一個(gè)充分競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體系。Filecoin自帶有價(jià)值市場(chǎng)，代幣又具有很強(qiáng)的流通價(jià)值。如圖4所示，F(xiàn)ilecoin 經(jīng)濟(jì)體系里面代幣的產(chǎn)生和流通模型，與比特幣相比較，F(xiàn)ilecoin明顯在代幣的流通上更為復(fù)雜。通過(guò)檢索市場(chǎng)和存儲(chǔ)市場(chǎng)流通的代幣，也是Filecoin價(jià)值市場(chǎng)的直觀表現(xiàn)形式。

1.初始代幣的分發(fā)：Filecoin代幣的總量為20億枚。與比特幣系統(tǒng)相同，初始代幣的分發(fā)通過(guò)礦工“挖礦”進(jìn)行。Filecoin的代幣發(fā)放為線性發(fā)放。

2.用戶消費(fèi)：用戶首先從礦工處購(gòu)買代幣，用于支付使用Filecoin系統(tǒng)的存儲(chǔ)和流量費(fèi)用。代幣第一次發(fā)生流通，從礦工流入到用戶，體現(xiàn)Filecoin的代幣的流通價(jià)值。礦工通過(guò)代幣的中介作用獲取到最終收益。

基于區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，是近些年區(qū)塊鏈的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)出一批類似項(xiàng)目，在探索新的技術(shù)解決方案，相信不久后，會(huì)有更加優(yōu)秀的項(xiàng)目誕生。技術(shù)最終是用于服務(wù)人類的，技術(shù)的進(jìn)步不會(huì)停止。