Filecoinはストレージを検証し、分散型ストレージ市場における信頼性の問題を排除します

これは、Filecoin プロトコル固有の機能に焦点を当てたシリーズの 2 番目のブログ投稿です。オフライン データ転送について説明する最初の記事について説明します。

Filecoin 市場は、ネットワーク上のストレージマイナーがデータを正しく保存していることをクライアントが確信できるため、効率的に運営されます。この信頼性は、Filecoin ネットワーク上のストレージが契約どおりに機能することを保証する Filecoin 独自の証明システムから生まれます。

Filecoin を使用すると、マイナーのストレージを公開監査できます。言い換えれば、当社のストレージ証明は、Filecoin ネットワークのすべてのユーザーに、すべてのマイナーが約束どおりにデータを保存していることを保証します。ストレージ検証は、Filecoin 市場をまとめる接着剤のようなものです。ネットワーク上に保存されているすべてのデータの整合性を保証します。

これらのデータ整合性チェックがストレージ ユーザーに必要な保証を提供するには、チェックが Filecoin の最も基本的なプロトコルの一部である必要があります。ここで、Filecoin の証明システムが役立ちます。

証明システムは、参加者 (通常はマイナー) がストレージ サービスを検証するために使用する暗号化プロトコルです。 Filecoin の証明システムは、これまで解決が困難だった分散型ストレージの問題を解決します。つまり、マイナーは、自分が言ったデータを、言った時間に、自分が指定した物理的なスペースに実際に保存したことをどうやって証明できるのでしょうか。これを理解するには、Filecoin が分散型ストレージをどのように実装し、その証明システムを独自にしている点について検討する必要があります。

集中型ストレージ サービスでは、システムの整合性とセキュリティを保証できる評判の良い企業または団体を信頼します。このサードパーティエンティティは、ネットワークの信頼性を維持するための鍵となります。たとえば、クラウド ストレージに Amazon S3 を使用する場合、Amazon が使用するデータ サーバー ネットワークをあまり信頼していません。むしろ、私たちは Amazon がネットワークが約束どおりに機能すること、そして Amazon に保存するデータが同社のサービス レベル契約に従って安全かつ利用可能であることを保証してくれることを信頼しています。

分散型ストレージ ネットワークにおける信頼の確立はより困難です。 Filecoin ネットワークでは、世界中の誰でもストレージスペースを提供できます。しかし、Filecoin のような分散型ネットワークで信頼を維持するには、グローバル ネットワーク自体で信頼を確立する方法が必要です。

Filecoin の証明システムは、Filecoin ブロックチェーンのプロトコル層で信頼を確立することによって実現されます。 Filecoin プロトコルは、Filecoin ブロックチェーンでコンセンサスを得るためのコアメカニズムとして Proof of Storage を利用します。

すべてのパブリック ブロックチェーンでは、「コンセンサス」によってブロックチェーン上に存在するデータ エントリに関する合意が定義されます。ブロックチェーンは、合意に達するために、コンセンサス アルゴリズムに依存して新しいブロックを生成し、不正なデータ入力からブロックチェーンを保護します。これらのアルゴリズムは、マイナーがブロックチェーンの構築と維持にどのように貢献するかを正確に決定します。

ただし、他のブロックチェーンは、マイナーに無駄な作業を要求するコンセンサス アルゴリズムに依存しているのに対し (例: プルーフ オブ ワーク ブロックチェーン)、Filecoin のコンセンサス メカニズムでは、マイナーは保存されたデータの整合性を提供および検証するという有用な作業を実行します (さまざまなストレージの証明、つまり複製の証明と時空間の証明)。

これは、Filecoin ブロックチェーン自体がマイナーによって実行されるストレージアクションを検証することを意味します。これが、Filecoin が分散型ネットワークのプロトコル層に信頼を構築する方法です。 Filecoin コンセンサス アルゴリズムの中核には、Filecoin ブロックチェーン上でデータ ストレージを公開検証可能にする 2 つの証明メカニズム、Proof of Replication と Proof of Spacetime があります。

Filecoin 分散型ネットワーク上のストレージを検証するには、2 つのことを証明する必要があります。まず、指定されたストレージスペースに正しいデータセットが保存されていることを証明する必要があります。次に、同じデータセットが一定期間継続的に保存されたことを証明する必要があります。

Filecoin の証明アルゴリズムはこれらの検証タスクを実行できます。複製証明は、特定のマイナーがクライアントの元のデータの物理的に一意のコピーを保存していることを証明し、時空間証明は、クライアントのデータが時間の経過とともに継続的に保存されていることを証明します。両方の証明は次のように機能します。

複製証明 (PoRep) は、「シーリング」と呼ばれるプロセスから始まります。マイナーは、「セクター」と呼ばれる利用可能なストレージスペースの一部をクライアントのデータの保存に割り当てます。セクターが満たされると、封印されます。シーリングは、セクターを徐々に元のデータの一意のコピーに変換する一連の操作です。このコピーは、Filecoin マイナーの公開キーに関連付けられています。最終的な PoRep を実行するために、マイナーはレプリカの暗号化ハッシュ (その CommR) をパブリック Filecoin ブロックチェーンに送信します。

PoRep を使用すると、マイナーは証明を実行するときに、クライアントのデータの一意のエンコードを保存していることを公開証明できます。すべてのオリジナルデータを持っているマイナーだけが、正しい CommR (コピーに対するオンチェーンコミットメント) を Filecoin ブロックチェーンに送信できます。ただし、PoRep だけでは、ストレージが長期にわたって継続されることは確認されません。

ここで Proof of Spacetime (PoSt) が登場します。PoSt では、ランダムに選ばれたマイナーが、管理するランダムに選ばれたストレージ セクターに対して PoRep を提供する必要があります。これは、マイナーに暗号化チャレンジを発行するプロセスを通じて行われ、シーリング部門に直接問い合わせることによってのみ正しく回答できます。鉱山労働者は厳しい時間制限内でこの課題に取り組まなければなりません。各マイナーは毎日すべてのストレージを証明する必要があり、ブロックを獲得するためにストレージを証明するマイナーもランダムに選択されます。封印の計算上の難しさにより、鉱夫は封印されたエリアへの容易なアクセスと完全性を維持する必要があります。

PoRep と PoSt を組み合わせることで、ストレージ証明とスペース証明を組み合わせた Filecoin 独自の証明システムが構成されます。

証明システムに加えて、Filecoin ネットワークは、悪意のある活動や過失のある活動を阻止するためにゲーム理論的なインセンティブに依存しています。 Filecoin ネットワークにデータを保存することに同意するすべてのマイナーは、合意時に Filecoin の形で担保を提供する必要があります。 PoSt チェックに失敗したストレージ マイナーはペナルティを受け、ペナルティが課されるたびに、その担保の一部が失われます。罰金が多すぎると、すべての担保が失われ、マイナーは再び顧客にストレージを提供できなくなります。これらの暗号経済のメカニズムのいくつかの詳細については、こちらをご覧ください。

Filecoin プロトコルは、新しい暗号化技術、コンセンサス プロトコル、ゲーム理論のインセンティブ メカニズム設計を使用して、クライアントとマイナーが安心して使用できる分散型ストレージ ネットワークと市場を提供します。核となるのはFilecoin独自のストレージ検証方法です。 Filecoin でのストレージの検証の詳細については、最新の ProtoSchool チュートリアルをご覧ください。