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基于区块链分布式存储的网络协议IPWeb介绍

发布时间:2019-05-25 23:57 来源:未知 编辑:admin

  当前,全球处在一个由工业时代逐步过渡到信息时代的阶段,数据正在成为世界上最有价值的资源。伴随人类的各种行为,产生了庞大的数据,如何存储这些数据并进一步利用好数据,这个问题变得越来越重要。从内部部署存储迁移到云存储是过去十年的主题,而且这一趋势正在加速。另一方面,大量的存储空间在世界各地的人们的硬盘上未被使用,很多资源在无形中被浪费了。

  区块链技术的诞生,为软件定义存储的发展开辟了新的道路。它创造了一种可能:在技术层面和经济体系层面重新思考云存储并解决行业困境。首先,存储的池化可以在更广阔的空间,以更丰富的形态来实现。其次,区块链的 Token 激励机制,可以驱动大家将企业级存储、服务器、PC、移动存储等的剩余存储空间贡献出来。最后,每个节点实际存放的数据只是数据的一些切片,而且这些切片还以加密的方式保存起来。数据能够更安全地保护起来,即使提供存储节点的用户有机会查看这些切片,看到的也是没有实际意义的数据段。区块链的DAO这种分布式商业模式,有机会借助全球的资源和人才,类似众人拾柴火焰高一样,加速分布式存储产业的发展。与现有云存储解决方案相比,基于区块链的分布式存储更安全、更快、成本更低、更具审查性,并且分布更广。它创造了一个允许人们把他们备用存储空间货币化的市场,全球存储市场的涌入的供应将降低存储价格。区块链能够保证以安全、去信任、点对点的方式做到这一点。从中心化存储到去中心化存储。从中心化互联网到去中心化互联网。我们正站在历史的转折点。

  1)分布式存储真正发挥了共享经济的优势。用户可以将硬盘的空余空间充分的利用起来,并且获得收益。

  2)数据被切割成小块后,需要经过加密后才会分散到众多节点上。即避免了中心化存储“窃取”文件的事件,同时即便解锁某一块数据,也只是部分数据,并非全部。另外,也不用担心中心化服务器因为故障造成的数据泄露等风险。

  在此基础上构建的分布式存储服务平台,比中心化存储更快捷、更安全、成本更低。将文件分割成多个小的部分(保证一定的冗余性),分散存储在网络众多节点上,只要一定数量节点的正常运转,就能保证文件的安全和完整。

  当用户输入一个 URL 在网页浏览器来获取网上信息时,URL 会解析到一个 IP 地址。这个 IP 地址会找到存储着用户所需要寻找的信息的那台服务器。网上的几乎每个发布者,供应商和服务都会把信息存在他们控制的特定的数据中心的服务器里,这就让我们今天的网络变得中心化。

  IPWeb 网络协议本身能确保用户的文件得到存储。作为 IPWeb 挖矿过程中产生的副产品,创新的加密证明给客户创造了一套有用且有价值的服务。矿工被激励去用他们的硬盘空间在 IPWeb 的可验证的存储市场上赚钱,他们将会得到等量的奖励:矿工存储的量越大,他们将会赚取更多的权益证明 -Token。

  我们相信,这些新增的去中心化的储存空间供应会让客户减低网络存储花费且享受到更优质的存储服务。作为一个去中心化的协议,网络上储存的数据和与这些数据的链接不会被一个中央点所控制,这种设置能提高牢靠性。比起现在单一集中的服务器和大型内容分发网络,在 IPWeb 矿工间被大规模传送的信息会被储存在更靠近用户的地方,使信息搜索更加快捷。在 IPWeb 上通过加密算法被编入检索的数据能够使客户更加高效地管理和更新庞大的数据。最后,作为一个开源项目,不同于今天大多数的云存储与分发平台,IPWeb 软件本身公开接受检查,验证和提升。随着 IPWeb 的不断升级与新功能不断地被加入,我们希望 IPWeb 的网络可以成为一个面向大众(即使不是所有人)的网络信息存储和分发的平台。

   P2P 去中心化互联网:IPWeb 协议下的域名系统、浏览器;

  IPWeb计算文件的哈希值作为系统中对象的唯一标识,文件进行加密、编码后产生的碎片为对象数据。存储节点将对象数据存储在自己的存储单元中,超级节点负责维护对象数据到存储节点的映射关系。其中存储节点是完全对等的,通过一套 P2P传输协议,存储节点间可相互传输数据。超级节点作为调度者,接受存储节点的信息,并根据广播更新存储对象的实时信息,以便用户访问存储对象时可快速的返回对象位置。

  IPWeb将存储和检索两层网络分离,提高了网络效率,也降低了挖矿门槛。存储和检索对于矿机的要求是不一样的。检索需要昂贵的算力和能源消耗,而存储需要存闲置的存储资源和带宽资源。存储和检索分离更有助于以低成本的矿机为IPWeb贡献。

  IPW Chain主链采用PoRep(复制证明)、PoE(提取证明)。IPW Chain提供Consensus接口,提供POW、POS、DPOS等实装。开发者可以通过主链提供的Consensus接口创建并完成自己节点的部署。对性能要求高的侧链可以采用DPOS,对去中心化要求高的可以采用POW。

  P2P 的本质即是一种新的网络传播技术。这种新的传播技术打破了传统的架构,逐步地去中心化,扁平化,从而达到节点平等的未来趋势。P2P 文件分享的应用(BTs/eMules 等 ) 是 P2P 技术最集中的体现。IPWeb 是以 P2P 文件分享网络作为入口,围绕一个文件网络系统,将其可操作性结合区块链的公式算法设计出新型扁平化,去中心化的云存储网络。同时保留了区块链公开,透明的特性。

  分布式哈希表 DHT(Distributed Hash Table)是一种分布式存储方法。在 DHT中,一类可由键值来唯一标示的信息按照某种约定 / 协议被分散地存储在多个节点上,可以有效地避免“中央集权式”的服务器(比如:Tracker)的单一故障而带来的整个网络瘫痪。和中心节点服务器不同,DHT 网络中的各节点并不需要维护整个网络的信息,而是只在节点中存储其临近的后继节点信息,大幅减少了带宽的占用和资源的消耗。DHT 网络还在与关键字最接近的节点上备份冗余信息,避免了单一节点失效问题。

  实现 DHT 的技术 / 算法有很多种,如 Chord、CAN、Pastry、Kademlia 等。考虑技术成熟度以及市场运用情况,IPWeb 使用 Kademlia 算法。Kademlia 通常又被称为第三代 P2P 技术,是一种 P2P 通用协议,适用于所有的分布式点对点计算机网络。Kademlia 定义了网络的结构,规划了节点之间的通讯以及具体的信息交互过程。在Kademlia 中,网络节点之间使用 UDP 进行通信,通过一种分布式哈希表来存储数据,每个节点都会有一个自己的 ID,在用来标识节点本身的同时,也用以协助实现Kademlia 算法和流程。

  Kademlia使用键值来确认在KAD网络上的节点和数据。KAD的键值是不透明的,长度160个比特。参加进来的电脑每一个都会拥有一个键值,称为NodeID,填充在160比特的键值空间中。由于KAD存储内容的时候是由KV(key-value)对来存储的,每一个在KAD DHT中的Data也都是独立于160位键值中的key对应的空间的。在开始时,一个Node不了解任何其他的Nodes。当新的Nodes注册后,找到这个节点的链接,然后将新的NodeID存起来。当存储满溢,Contact会被选择性去掉,然后在bucket内部被组织。从一个Node找一个NodeID的方式,是从一个已知的路由表中,从一个Node找到另一个最近的Node,直到找到RequestNode。

  每个KAD节点都有160比特的NodeID,每个数据的键值也是一个160位的标识符。想要确定KV对存在哪个节点中,KAD用了两个标识符间距离的概念。在给定两个160位标识符,x和y下,KAD通过他们两个的“异或”来确定他们之间的距离,并表达为一个整数d(x,y)=xy。XOR(异或)获得到的是系统二叉树框架中对距离的定义。在一个完全的160位ID二叉树ID中,两个ID距离的大小是最小的包含两个节点的子树。当树不是一个完全二叉树的时候,距离IDx最近的叶是与x共享最长公共前缀的叶。举例来说,在0011和1001之间的距离则是00111001=1010,1010通过整数表达则是10,所以在这两个节点的距离则是10。

  对等节点身份信息的生成以及路由规则是通过Kademlia协议生成制定, KAD协议实质是构建了一个分布式松散Hash表,简称DHT,每个加入这个DHT网络的人都要生成自己的身份信息,然后才能通过这个身份信息去负责存储这个网络里的资源信息和其他成员的联系信息。如果新节点A需要寻找另外一个节点B的联系信息,而A节点没有节点B的联系方方式,那么节点A可以通过联系任意和节点B有联系的节点来获取节点B的联系信息。

  在KAD里面的节点查找过程是通过KAD根据给定的键值去定位k个最近节点的。KAD在节点查找中选择采用的是递归算法。发起查找的一方首先从非空k-bucket中找到一个节点(或者,如果那个bucket有比 少的键值对数组,那他就只能通过键值得到 个最近节点)。发起方通过并行异步方式发送FIND_NODERPC给选到的 个节点。 是一个系统的并发参数。在递归的阶段,发起方重新发送FindNode给之前发过RPC的节点。无法迅速回应的节点就会被移除,除非直到这些节点回复。

  如果一轮下来寻找节点没有找到任何比最近观察节点更近的节点,发起方会重新发送FindNode给那些没有被请求过的节点中寻找k个最近的。当发起者请求后得到k个最近观察节点的回复后,查找过程就会结束。每一个节点至少知道它每个子树中的一个节点,每一个节点都可以通过NodeID定位到其他节点。要存一个KV对,节点需要通过键值定位对应k个最近节点然后发送STORERPC。要找一个KV对,节点需要查找到对应键值最近的k个节点。但是,值(value)的查找会使用FIND_VALUE而不是FIND_NODE,而且这个过程当任何节点返回值的时候立刻停止。

  在分布式存储网络中,数据节点分散在不可信任的边缘网络中,需要确保数据存储在数据节点上,并可抵挡女巫攻击、外包攻击、代攻击等作弊手段。在考虑存在恶意节点情况下,分布式存储系统需要防范各种攻击,IPWEB通过零知识证明(zkSNARK)和封装(Seal)来实现复制证明(PoRep)和提取证明(PoE),实现占用资源少并且效率极高的存储证明。

  存储证明区别于工作量证明、权益证明等,存储证明是一种用于分布式存储领域的共识算法。是根据用户对分布式云存储平台贡献的存储空间,并结合流量、带宽、在线时长等因素进行激励。证明允许存储提供用户通过提供副本证明()来说服验证者,在验证者发出随机挑战时,提供证明:证明数据X相对于证明者的特定副本Y已经存储在唯一的专用物理存储区了。PoRep算法可以保证每份数据的存储都是独立的,可以防止女巫攻击,外源攻击和生成攻击。

  为了避免一遍遍的检索存储节点是否按照要求正确的存储了数据,造成算力资源的浪费,IPWeb设计了新的证明算法提取证明(Proof of Extract),通过通证经济的利益驱动,当存储节点响应用户的检索及下载需求时,存储节点主动提供一个证明信息返给检索矿工。IPWeb不需要再频繁地检索某个存储节点是否正确存储文件,只有当文件能被成功检索到时,网络会执行一个奖励智能合约,该存储节点才能获得奖励。

  IPWeb和存储节点先签订一个存储合约,比如存储节点拿出100G的空间用于存储挖矿;

  用户检索文件时,检索节点根据存储合约发送请求给到存储节点;

  如果一个节点巡查失败或者不可到达,系统就发起一个网络复制过程,通过把网络上一个现有的副本转移到一个新的节点上。因此,网络就能在每次巡查之后恢复正常。每个碎片都是唯一加密的。这意味着,当恶意用户只有一个文件副本时,不能假装拥有多个冗余副本。我们可以通过在集中加密碎片时,加入确定性的混淆值来完成。即使解密密钥是一个已知的特定文件,恶意用户也不能完成他们没有被分配到的碎片的审核。这样,我们可以证明一个特定的碎片的冗余,因为每一个冗余副本是独一无二的。

  另外,用户和应用都被K-M纠删码技术的参数和分布式的冗余控制。对于简单的数据存储,用户可以选择推荐的文件存储级别设置。如果数据特别重要,用户可以选择高级别的文件存储设置,把数据分散到多个存储节点(含多个超级节点)中,这能保护数据免受特殊情况的侵扰(如自然灾害等)。

  其核心思路是避开互联网上有可能影响数据传输速度和稳定性的瓶颈和环节,使文件传输的更快、更稳定。通过在网络各处放置节点服务器所构成的在现有的互联网基础之上的一层智能虚拟网络,CDN系统能够实时地根据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的请求重新导向离用户最近的服务节点上。其目的是使用户可就近取得所需内容,解决Internet网络拥挤的状况,提高用户访问网站的响应速度。

  在数据保护中,个人信息的隐私性是需要得到优先考虑的,其次要支持的就是动态数据的改动,也就是Dapp对于去中心化数据存储的修改。IPWeb基于业务场景,使用可搜索对称加密(SSE: SearchableSymmetricEncryption)方法,SSE由五个算法组成:

  K=KeyGen(k):输入安全参数k,输出随机产生的密钥K。该操作通常在数据拥有者端本地执行。

  (I,C)=Enc(K,D):输入密钥K和明文文件集D=(D1,D2,,Dn),输出索引和密文文件集。该操作在数据拥有者端本地执行。

  TW=Trapdoor(K,W):输入密钥K和关键词W,输出关键词对应的陷门。该操作在数据拥有者端本地执行。

  D(W)=Search(I,TW):输入索引I和待搜索关键字的陷门TW,输出包含关键字W的文件的标识符集合。Search操作在Genaro中由密钥分发控件执行。

  Di=Dec(K,Ci):输入密钥K和密文文件Ci,输出解密后对应的明文文件Di。该操作在数据拥有者端本地执行。

  另外,IPWeb将存储和检索两层网络分离,提高了网络效率,提升了用户体验。但检索节点是整个P2P网络最容易被寻找和攻击的部分,需要对检索节点有额外保护,通过对检索节点的IP地址加密保护,用户无法通过IP直接查询,实现对节点的保护。

  把文件分散成碎片能更好的保证数据的安全性,以致于只要存储的文件是标准碎片大小,就没有用户拥有一个完整的副本。我们把出租他或者她的硬盘空间给网络的用户定义为用户。定义标准碎片大小为字节的倍数(8KB/16KB/32KB/256KB/1024KB,根据文件大小,智能筛选分散标准)。这些都是保持在预先设定的大小,以阻止试图恶意存储小文件(对于大文件,大数量的碎片切割更有优势。对于小文件,特别是对小于一定大小(如64M)的文件,小文件的P2P传输效率很低,对网络容易造成额外负担)。

  在Filecoin里所有节点都是同级的,这带来了更多的去中心化,但牺牲了效率。IPWeb会把存储节点按可靠性分级。初步决定把存储节点分为手机、个人计算机、专业矿机、企业级节点、超级节点。超级节点和企业级节点会有非常高的可靠性,所有文件的碎片会首先在超级节点和企业级节点备份,以提高IPWeb网络的效率和可靠性。

  用户可以根据自己的需要对文件存储级别进行设置。比如将文件丢失恢复比设置为1/3、1/2、2/3。级别越高,安全性越高(丢失的风险越小)。

  存储节点A和用户B可能会串通作弊骗取存储奖励。比如存储节点A谎称自己存储了1T的文件F,而用户B谎称自己成功检索到了存储在A的文件F。对于这种作弊行为,我们有多重防范。首先,我们会采取动态IP机制(防刷机作弊、检索作弊、存储作弊)(每次换Peer)。其次,大文件更容易用于作弊,但是大文件也会被分成更多数量的文件存在很多节点。用户B可能会付出检索费用却只能A节点获得了很少的奖励,而其他节点获得了绝大多数存储奖励。这同样能有效抑制刷机套利作弊的行为。

  IPWeb浏览器是可以访问IPWeb协议网络的浏览器,同时也兼容HTTP协议。不仅如此,用户还可以通过浏览器设置个人设备的存储空间用于挖矿。浏览器将能极大地增长IPWeb用户数和社区。更多的人能为IPWeb网络做贡献,也能成为IPWeb生态的消费者。IPWeb还将自带钱包功能。所有浏览器装机用户也会有自己的钱包。在必要的时候,IPWeb浏览器也可以兼容IPWEB协议,成为IPWEB生态的流量入口。

  IPWeb 的经济模型是一套激励生产者(服务提供者)和消费者参与到 IPWeb 体系的经济激励机制,是一套激励数据存储和检索的经济激励机制。IPWeb 有简洁明确的底层激励模型,和丰富、可拓展的多层激励模型。

  从基础设施到 C 端内容消费 / 服务提供,互联网生态中有丰富的生产 - 消费关系。多层次的、丰富的生产消费关系才能刺激了生态的蓬勃发展。在互联网最初诞生的时候,互联网的生态是很简单、单薄的,只有大型科学项目和大企业在使用互联网。甚至很多时候生产者和消费者是同一批人,互联网是他们工作的工具。后来,有了一些人在互联网上创造了一些内容,另一部分人需要一个入又浏览这些内容。这个时候,浏览器应运而生。生产者和消费者开始分化。除了内容的生产者以外,第一层工具(浏览器)的生产者也开始出现。再往后,网站日益变多,Yahoo一类的门户网站成为了互联网生态的新入又。互联网的生产者和消费者进一步增加,第二层工具(门户网站)的生长者也出现,生产 - 消费关系进一步丰富。我们可以看到只有多层次的、丰富的生产 - 消费关系才能支持一个伟大的生态体系。

  在底层经济模型里,IPWeb 的生产者主要是存储节点和检索节点,消费者主要是发起数据存储和检索请求的用户。消费者在 IPWeb 发起数据存储请求和数据检索请求,并支付代币 IPW 作为存储 Gas 和检索 Gas。存储节点贡献闲置的存储空间和带宽,为消费者提供 P2P 分布式数据存储服务,并获得存储 Gas 作为奖励。检索节点则贡献闲置的算力和带宽,为消费者提供 P2P 分布式数据检索服务,并获得检索 Gas 代币。除了存储奖励和检索奖励以外,部分超级节点还可以参与 IPW Chain 的记账,获得区块产生奖励。

  单纯的存储和检索服务只是一个去中心化数据存储和检索平台。这是一种可以对标中心化云存储服务的平台。但是这样的基础设施也类似于互联网的第一个阶段,只有大企业和大项目(比如视频影像公司)会考虑到 P2P 存储成本成为企业付费用户。只有底层设施,没有丰富的应用层生产者和消费者,IPWeb无法支撑去中心化互联网的伟大构想。 所以 IPWeb 还设计了建立于底层经济模型之上的高层次经济模型。

  第二层经济模型里,IPWeb 浏览器作为 IPWeb网络的流量入又的承载了。IPWeb浏览器会内置存储挖矿和 IPW 钱包两大功能。用户可以在浏览器里设置把闲置的存储空间贡献出来进行存储挖矿。得到了存储奖励会直接到用户的 IPW 钱包里。浏览器挖矿能让几乎所有用户都能成为生产者获得 IPW 激励。用户也可以便捷地在浏览器中进行支付和转账等操作。钱包里拥有 IPW 的用户会更容易参与到高层的经济活动中。

  第三层经济模型里,我们有一套经济机制来鼓励开发者开发基于 IP-Web 的网站和应用。在这一层的生态中,去中心化互联网生态与中心 化互联网生态已经趋于接近。IPWeb 的目标就是塑造一个去中心化版的互联网应用生态,并让 IPW 成为这个应用生态的通货。让开发者可 以用 IPW 支付技术成本,可以从消费者手里获得 IPW 的盈利。IPWeb 通过多层次的、不断完善的经济模型激励更多节点和用户加入到去中心化存储和去中心化互联网的技术浪潮中来。这是共享经济和区块链技术带来的崭新时代。

  IPWEB 分布式存储云能够提供基础的云存储服务。通过 OpenAPI,客户可以很容易的接入和使用 IPWEB 云存储服务。分布式存储云能够提供更安全、更可靠和具有极高性价比的云存储服务。

  分布式共享云是利用分布式存储云一共的存储服务作为基础,用户可以把他们拥有的一些文件(数字媒体或其他有价值的内容)进行共享。共享时可以根据具体的内容设定一定额度的IPW打赏要求。如果其他用户希望能够完整的下载或观看该文件,就需要支付相应额度的 IPW 作为打赏给上传者。作为一种文件共享服务,IPWEB 将严格按照运营所在地的法律要求对用户的上传内容进行审核和管理。

  目前传统在线视频网站采用的是中心化存储服务,这需要高额的储存费用和带宽费用,相关的费用会转化为:观看长时间的广告及限制非会员观看等。而使用了IPWeb 作存储服务,将大大降低了相同资源的冗余,同时节约了大量用户播放视频时产生的带宽成本,使得观看视频更加高效和低廉。

  由于采用了区块链和分布式存储技术,IPWEB 存储云非常适合为长尾内容的版权交易提供存储能力。分布式账本能够为交易提供公开、透明和不可篡改的交易记录。也能为数字内容作品在区块链上留下不可篡改的、唯一的数字签名作为版权所有的标识。在IPWEB平台的支持下,大量的长尾视频、音频和摄影创作能够有了一个低成本、可持续运作的交易平台。

  使用IPWeb技术创建一个去中心化的社交网络。作为一个去中心化的应用程序,IPWeb 网络可以让社交应用可以在没有任何中心点的情况下工作,完全点对点。

  存储矿工为网络提供数据存储,存储矿工通过提供磁盘空间和响应客户请求来参与 IPWeb 运作。要想成为存储矿工,用户需要提供存储空间及带宽资源。矿工将用户的数据片段存储到扇区,并以此赚取 IPW。存储矿工通过在特定时间内存储数据,来响应用户的存储请求。存储矿工生成证明并提交到区块链网络,来证明他们在特定时间内存储了数据。如果数据失效或丢失,存储矿工将被罚没部分抵押的 IPW。存储矿工工作流程:

   存储矿工在区块链中存放抵押的 IPW,来保证向网络提供稳定的存储。抵押品为了保证服务而存在,如果矿工为所存储的数据生成了存储量证明,抵押品就会被退回。如果没有成功生成存储量证明,矿工将失去抵押品。

   一旦抵押交易在区块链中出现,矿工就可以在存储市场中提供存服务。

   一旦订单匹配,客户就将数据发给存储矿工。存储矿工数据接收完成后,矿工和客户签署交易订单并提交到区块链。

   当存储矿工被分配了数据时,必须重复生成存储量证明来确保他们正在存储数据证明被发布在区块链中,并由网络来验证。

  检索矿工为网络提供数据检索服务,检索矿工通过提供用户检索请求所需要的数据来参与 IPWeb 运作。和存储矿工不同,他们不需要抵押品,不需要提交存储数据,也不需要提供存储证明。

  IPWeb 需要更多的商业来繁荣整个生态,需要有相应的应用开发商来经营业务,让更多的存储需求进来。

  IPWeb 为用户提供文件存储及检索服务,用过通过 IPWeb 浏览器使用 IPWeb提供的各项服务。

  加密货币公司Dash宣布Dash核心v0.14.0软件升级已正式在主网上线

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