第十九篇 FileStorm：在墨客系統鏈上實作的IPFS存盤平臺

本文主要內容來自墨客區塊鏈FileStorm專案負責人傅獻農！

IPFS（InterPlanetary File System）是一個面向全球的、點對點的分布式版本檔案系統，是一個去中心化多節點存盤的重要協議。這個協議的目標是取代傳統的互聯網協議HTTP，讓我們的互聯網速度更快，更安全，更開放。但IPFS還需要通過基于區塊鏈實作的獎勵機制，來鼓勵節點參與IPFS的網路存盤，提供服務并獲取回報。

談到IPFS就不得不提到FileCoin。大家會經常把IPFS和FileCoin混為一談，實際上這是兩個不同的概念。雖然都是Juan Benet和他領導的Protocal Lab開發的。但是IPFS只是一個協議，它還不足以建立一個分布式存盤平臺。而FileCoin是建立在這個協議上的一個檔案存盤交易市場, 它的實作方式是一條區塊鏈。通過區塊鏈，和這條鏈上發行的代幣，FileCoin相當于在IPFS協議上增加了一個檔案存盤的獎勵機制。有了這個機制，有存盤需求的用戶使用代幣，提供存盤空間的礦工通過競爭來存盤檔案獲取代幣。這樣大家才會愿意把富余的硬碟拿出來存盤別人的檔案，才能搭建一個可商用的全球化的存盤空間，將來IPFS才有可能取代HTTP協議，打造一個全新的互聯網。

1.FileStorm

基于IPFS協議搭建的存盤平臺需要做下面這些事情：

確保檔案被復制到多個節點上。
查找并修復缺損檔案。
檔案存盤提供方可以得到獎勵。
檔案存盤可以被證明。證明分兩塊：
復制證明（proof-of-replication ）- 存盤提供節點必須能證明檔案確實被存盤在了它的物理硬碟上。
時空證明（proof-of-spacetime）- 存盤提供節點必須能證明檔案在一個確定的時間里被存盤了。
墨客是一個為去中心化應用而生的多層次區塊鏈，每一個子鏈都將會用來支持一個應用，而大部分的應用都有存盤需求，這是區塊鏈應用不可或缺的一部分。FileStorm就是這樣一條子鏈。用戶可以通過呼叫智能合約把檔案寫入和讀出IPFS網路。

FileStorm子鏈定期做檔案驗證確保檔案都被存盤，然后給存盤節點支付收益。因為底層協議一致，通過FileStorm存盤的檔案跟IPFS主網是相連的，所以實作了IPFS存盤的墨客，將成為一個完美的去中心化應用開發平臺。

而基于IPFS協議搭建的存盤平臺需要的所有條件，都可以通過墨客子鏈來輕松實作：

建立一條由多個可以提供存盤功能的節點組成的子鏈。
通過子鏈自帶的節點更新，備份，和重繪功能實作檔案修復。
子鏈節點通過出塊得到獎勵。
FileStorm共識機制從時間和空間上證明了檔案被復制。
2.FileStorm共識

FileStorm共識和ProcBlizzard共識類似。子鏈節點按順序輪流出塊，每n秒鐘一個塊，n可設定，現在設定為10。

FileStorm的不同之處在于，每個FileStorm子鏈的區塊頭上多了兩個引數，一個是亂數，一個是哈希值。這兩個引數是用來做檔案驗證的。證明每個節點上都存了該存的檔案。在第一版的FileStorm子鏈上，所有的檔案在每個節點上都必須存一份。每m個區塊進行一次檔案驗證。m可設定，現在設定為10。

驗證的方法是，出塊節點拿到上一個區塊上的亂數，然后通過這個亂數進行計算，找到它在自己的IPFS中對應的檔案，并找到檔案所有子節中對應的起始位置，然后往后面拿256個位元組（位元組數不夠就拿到檔案最后一個位元組），做一個哈希。然后把哈希值寫到區塊頭上。同時生成一個新的亂數寫到區塊頭上，給下一個區塊用。其他節點收到新區塊后，也要用同樣的方法對本地IPFS節點里的對應檔案進行驗證，驗證結果一致，就將區塊寫進本地區塊鏈上。如果不一致，就等待下一個區塊。這樣，FileStorm共識就確保子鏈上每個節點都保存了該保存的檔案。

3.FileStorm 子鏈節點

運行FileStorm子鏈需要安裝下面四個模塊

SCSServer - 墨客子鏈節點程式。
redis - 本地資料庫，用于存盤檔案公共哈希和私密哈希的對應。
IPFS Monkey - 檔案管理助手，用于檔案從IPFS Daemon里的讀、寫、洗掉和驗證
IPFS Daemon - 檔案以IPFS的方式存盤的主要平臺。
IPFS Daemon由IPFS源代碼生成，沒有改動。所以FileStorm子鏈是一種開放式架構，可以和其他基于IPFS的存盤設備兼容。

4.FileStorm子鏈節點的安全

為了確保墨客子鏈節點的安全性，子鏈節點是不暴露IP的，所有的資訊傳遞都是通過VNODE。但是，IPFS能夠根據檔案哈希值定位具體節點的ip地址。所以，我們會把檔案的哈希加密。但是，如果是公開檔案，子鏈上會確保有一個節點把檔案用原始哈希來存盤。

5.IPFS合約

IPFS合約必須提供四個基本函式：
function write(string fileHash, bool publicFile)
呼叫這個函式可以把本地檔案寫到FileStorm子鏈節點上。如果輸入的publicFile引數是true，檔案將是公開的，通過同樣的fileHash也可以從子鏈上讀出來。如果輸入的publicFile引數是false，檔案將是不公開公開的，用fileHash不可以從子鏈上讀出來。只能呼叫合約的讀檔案函式。

function read(string fileHash)
呼叫這個函式可以把FileStorm子鏈節點上的檔案讀到本地IPFS Daemon中來。

function remove(string fileHash)
呼叫這個函式可以把檔案從FileStorm子鏈上洗掉。

function verify(string fileHash)
呼叫這個函式可以驗證節點上檔案是否存在。

合約代碼（僅供測驗使用）：

```
pragma solidity ^0.4.18;
 
contract Precompiled10 {
  function ipfsFile (string, uint, uint) public;
}
 
contract IpfsSubChain {
    struct File {
        string fileHash;
        bool publicFile;
    }
    
    enum AccessType { read, write, remove, verify }
    enum AccessMode { isPublic, isPrivate }
    
    string[] public fileHashes;
    File[] public files;
 
    Precompiled10 constant PREC10 = Precompiled10(0xA); 
    
    //constructor
    function IpfsSubChain() public {
    }
 
    function list() public returns (uint count) {
        return fileHashes.length;
    }
 
    function write(string fileHash, bool publicFile) public {
        for (uint i=fileHashes.length; i>0; i--){
            if (compareStringsbyBytes(fileHash, fileHashes[i-1])){
                return;
            }
        }
        fileHashes.push(fileHash);
        files.push(File(fileHash, publicFile));
        AccessMode accessMode = AccessMode.isPrivate;
        if (publicFile)
            accessMode = AccessMode.isPublic;
        PREC10.ipfsFile(fileHash, uint(AccessType.write), uint(accessMode));
    }
    
    function read(string fileHash) public {
        PREC10.ipfsFile(fileHash, uint(AccessType.read), uint(AccessMode.isPrivate));
    }
    
    function remove(string fileHash) public {
        for (uint i=fileHashes.length; i>0; i--){
            if (compareStringsbyBytes(fileHash, fileHashes[i-1])){
                for (uint j=i-1; j<fileHashes.length-1; j++) {
                    fileHashes[j]=fileHashes[j+1];
                }
                delete fileHashes[fileHashes.length-1];
                fileHashes.length--;
            }
        }
 
        PREC10.ipfsFile(fileHash, uint(AccessType.remove), uint(AccessMode.isPrivate));
    }
    
    function verify(string fileHash) public {
        PREC10.ipfsFile(fileHash, uint(AccessType.verify), uint(AccessMode.isPrivate));
    }
    
    function compareStringsbyBytes(string s1, string s2) public pure returns(bool)
    {
        bytes memory s1bytes = bytes(s1);
        bytes memory s2bytes = bytes(s2);
        if(s1bytes.length!=s2bytes.length) {
            return false;
        }
        else{
            for(uint i = 0;i<s1bytes.length;i++)
            {
                if(s1bytes[i] != s2bytes[i])
                 return false;
            }
            return true;
        }
    }
}  
```
--------------------- 
作者：Li_Yu_Qing 

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標籤：區塊鏈技術

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