吴为龙：分布式存储结合公链激励的工程实践 | 巴比特加速器技术公开课
巴比特加速器推出的全球线上区块链技术深度对话栏目Geekhub Global Online，定期邀请世界各地的资深技术大咖连线对话。同时Geekhub技术社区成员也可以参与直播互动。
11月28日-30日每天14：00，Geekhub 技术社区将举行【Geekhub Global Online】技术公开课第三期的活动，主题为“分布式存储，数字基石”。 11月29日14时，Genaro Network创始人吴为龙带来了题为“分布式存储结合公链激励的工程实践”的线上分享。
Genaro Network 是首个结合去中心化存储网络的图灵完备公有链，它为区块链开发人员提供了一站式解决方案，在部署智慧合约的同时，可以存储用户资料。同时，Genaro 也为每个人建立一个可靠的互联网与共享小区。
以下为直播文字实录，由巴比特整理发布：
大家好，我是Genaro Network（GNX）创始人吴为龙，很高兴来到这里，我今天分享的主题是“分布式存储结合公链激励的工程实践”。
分布式存储
我先来介绍一下分布式存储的概念。分布式存储指的是使用分布式节点存储本地文件的方式。
与目前常见的集中式存储技术不同，分布式存储技术并不是将数据存储在某个或多个特定的节点上，而是通过网络使用企业中的每台机器上的磁盘空间，并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备，数据分散的存储在企业的各个角落。
经典的分布式存储项目有Sia、Storj、Maidsafe、IPFS。
Maidsafe是最早的分布式存储项目，但是一直停留在α版本； Sia是一个基于POW的区块链去中心化存储的项目，以挖矿为主； Storj是一个中心化的奖励机制，即每个月storj官方根据各矿工每月的存储量来发放奖励； IPFS虽然也提供去中心化的云存储服务，但在实现机理上是在基础层而不是应用层去改变云存储。
刚才我简单解释了分布式存储的概念，现在讲一讲什么是集中式存储和云存储。
集中式存储指的是由一台或多台主计算机组成中心节点，数据集中存储于这个中心节点中，并且整个系统的所有业务单元都集中部署在这个中心节点上，系统所有的功能均由其集中处理。
云存储本质上也是一种分布式存储，传统的云存储公司购买或租用服务器来存储他们的客户文件，同时使用RAID方案或 多数据中心的方法来保护数据的安全性。 在比较了分布式存储、集中式存储和云存储之后，我们要去思考一个问题：为什么要使用分布式存储呢？主要有三个理由：
1.无论是计算，还是存储，分布式最大的特点就是低成本。分布式存储让最大化使用低成本的存储； 2.用了分布式存储之后，就可以用一些无服务器的系统。下一代互联网将以无服务器为起点的； 3.区块链本身存储量很大，分布式存储也可以用于链的部分。
分布式存储方法也叫分布式哈希表（Distributed Hash Table， DHT）。通俗的讲就是，在 DHT 中，某些被标记的信息，按照某种约定或协议被储存在多个分散的节点上，可以有效地避免中心化服务器宕机故障而带来的整个网络瘫痪。
和中心化服务器不同，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。
接下来，我们来看一下分布式存储需要实现的四个目标：
1.DHT来保证的部分节点部分数据，路由连接； 2.节点ID和Key值的关系确定了文件存取的方向； 3.节点List按照时间顺序存储其它节点的信息； 4.主要适用于Key精确查找，很快迭代寻找。
分布式存储有两个现存的问题：
1.上述只保证了节点寻址和对应的上传下载，并没有对其存储过程进行保障； 2.需要特定共识保证系统中存储的文件都可以被下载，而不是跳转几次节点后都找不到value。
分布式存储与共识机制结合
我们发现，存储本身是有规律可循的，就是缺少共识来检验过程。这里就要引入“分布式存储共识”的概念，它指的是能够保证文件存储后能够被下载的共识。这个共识很可能只做一件事，就是保证这个文件能被下载。
那么这个共识能否用PoW呢？其实这并不是一回事儿，因为分布式存储的共识不等于区块链的共识。区块链共识保障的是所有区块链的节点是维护同一个表单的；分布式存储共识里是保障存储节点能够给予心跳，而不是保障所有节点维护同一个表单。
Genaro Network使用的是两个共识，因为一个共识只能做一件事。共识的设计基础：
共识设计基于分布式系统的CAP原理；链式共识主要保证了A（可用性）和P（分区容错性），每个全节点存储的是相同的东西；存储共识不需要每一个节点存储一样的东西（DHT的设计），所以需要相对独立的设计。
我们需要看在以往的工程经验中，到底有没有对存储共识的相关设计。
可收回证明（PoR，Proof of Retrievability）共识算法，是一种紧凑证明，表示文件系统（证明者）中的目标文件 F 对客户端（验证者）而言是完整的。由于使用 PoR 比传输文件 F 本身而言具有更低的通信复杂性，因此 PoR 对于构建高可靠的远程存储系统是一种颇具吸引力的构建模块。作为一种共识算法，PoR 对于云存储非常有用。
Genaro对共识做了一些改进，改进的方式是：
由于文件不能被细分成特别小的shard（过多的验证时间），所以存在重放攻击隐患；
重放攻击需要通过增加challenge来防止，需要由链部分的hash提供给辅助信息，用指纹组来代替单一指纹；
Prover部分需要额外处理，本身Prover是中心化节点，需要来保证challenge可靠性。
这就是Genaro改进Prover的思路，如何将中心化的Prover变得更去中心化呢？如上图。
在Genaro网络中，每个区块由存储活动产生，矿工被称为收据制造者（Receipt Maker），他们被节点选中为存储活动生成收据。收据见证人（Receipt Prover）为网络提供算力，证明存储有效性以获得奖励。
Genaro存储网络结构基础：
分布式存储与公链激励结合
虽然分布式存储的成本很低，但是如果存储节点还是不愿意用这么低的成本去获得收益，那该怎么办？Genaro这半年来就是尝试将分布式存储与公链激励结合起来。
首先，存储节点需要的是激励；然后，激励节点可以解决分布式存储的，由于成本过低导致无法长期在线的问题；最后，公链本身的机制是激励出块节点（写节点）。
公链激励的设计实现如下：
公链共识分为写节点竞争或者写节点轮训，无论在什么情况下都是要提供时间属性，否则轻易被分叉。比如PoS的long range attack； 存储节点的验证后，提供的心跳可以提供时间属性； 公链可以使用时间属性完成PoS中时间缺失的问题。
实现共识与激励的Genaro公链整体结构
由刚才的VM设计出的不同的opcode以及状态上的改动，这里称之为“特殊交易”或“结算方式”。把这些功能交给由RAFT组成的Tunnel，剩下的存储部分不用改变原有的情况。
那么每一次相关的心跳都是通过状态交给链，这样就能保证每一次有效存储是在挖矿。
海报预览：
关于Genaro Network
Genaro Network，首个结合存储和公有链的双底层智能数据生态，独创SPoR（Sentinel Proof of Retrievability）+ PoS (Proof of Stake) 低能耗可持续的混合共识机制，在确保安全的同时提升性能。Genaro为开发者提供一站式开发平台，可以同时部署智能合约并存储DApp所需数据，并为每个人提供一个可信任的互联网，通过数据联通现实世界与区块链世界。
欲知更多信息，请联系 info@genaro.network 或访问以下网站获得详情：
官网：https://genaro.network
Github：www.github.com/GenaroNetwork
全球电报群：t.me/GenaroNetworkOfficial
韩语电报群：t.me/GenaroNetworkKorean
微信公众号：GenaroNetwork
