存储证明 （PoSt） 是 Filecoin 等去中心化存储网络中使用的一种重要机制，用于确保数据随着时间的推移被正确可靠地存储。在 Filecoin 中，存储证明有两种主要形式：复制证明 （PoRep） 和时空证明 （PoSt）。两者都用于验证存储提供者（矿工）是否真正存储了他们承诺存储的数据。
1. 复制证明 （PoRep）
目的：复制证明用于证明存储提供商已复制客户端的数据并将其存储在唯一的专用物理空间中。这保证了数据不是简单地复制或去重，而是占据了矿工存储空间的特定部分。
运作方式：
• 当客户端将数据上传到 Filecoin 网络时，它被分解成更小的块，称为扇区。
• 这些扇区的编码方式将数据与矿工的物理存储空间联系起来。此编码过程涉及加密转换，以确保即使两个矿工存储相同的数据，它们也不能简单地指向相同的副本;每个矿工必须为数据提供唯一的存储空间。
• 生成副本的过程计算成本很高，因此无法阻止矿工快速动态创建副本。
PoRep 的核心思想是确保数据是唯一存储的，不能轻易通过从其他来源复制来伪造。
PoRep 的组成部分：
• 编码/密封：矿工获取原始数据并通过称为密封的过程运行它。密封应用加密编码以确保数据不能在其他地方重复使用。
• 承诺：密封数据后，矿工会创建一个称为 commitment 的加密哈希值，该哈希值表示密封的数据。这个承诺是存储在链上的内容，作为矿工已经存储数据的证据。
验证：
• 客户端可以随时通过定期检查来验证矿工是否正在存储数据。此验证过程涉及质询-响应协议，其中矿工必须证明他们可以访问存储在其空间中的唯一副本。
2. 时空证明 （PoSt）
目的：时空证明用于证明矿工在一段时间内连续存储了数据。这确保了存储的持续可靠性，这对于像 Filecoin 这样的去中心化存储网络至关重要。
运作方式：
• 在 PoSt 中，矿工会定期接受挑战，以证明他们随着时间的推移仍在存储客户的数据。
• 这些质询是随机的，因此矿工很难预测何时会要求他们证明自己的存储。
• 该挑战涉及生成加密证明，表明矿工可以在特定时间窗口内访问存储在特定物理位置的数据。
PoSt 的关键要素：
• 挑战：Filecoin 网络向矿工发送随机挑战。这些质询旨在让当前存储数据的矿工才能生成正确的响应。
• 行业审计：在每次挑战期间，都会检查矿工存储数据的一小部分随机选择。这很有效，因为检查整个数据集的计算成本很高。矿工必须为每个选定的扇区生成一个证明。
• 链式存储：矿工的证明存储在 Filecoin 区块链上，以随着时间的推移保持可审计的存储历史。
PoSt 的类型：
• 窗口式 PoSt：Filecoin 使用一种称为窗口化 PoSt 的特定类型的 PoSt，其中存储提供者必须证明数据在定义的时间窗口（通常为 24 小时）内正确存储。在每个窗口期间，矿工必须为他们存储的扇区提交证明。
• 获胜 PoSt：这是一种奖励矿工持续存储证明的机制。矿工根据他们的存储能力随机选择生成一个区块，而存储能力由他们存储的数据量决定。获胜的 PoSt 允许矿工通过提供一致、可靠的存储来获得区块奖励。
加密基础
PoRep 和 PoSt 都依赖于复杂的加密协议来确保数据完整性和可验证性：
• 零知识证明 （ZKP）：Filecoin 使用 zk-SNARKs（零知识简洁非交互式知识论证）使矿工能够在不透露数据本身的情况下证明他们正在存储数据。这确保了隐私，同时仍保持了可验证性。
• 默克尔树：矿工存储的数据构建在 Merkle Trees 中，Merkle Trees 是一种加密数据结构，可实现高效和安全的证明生成。当矿工被要求证明他们的存储时，他们可以提供 Merkle 证明，以证明他们可以访问数据的特定部分，而无需透露整个数据集。
激励结构
在 Filecoin 中，存储提供者（矿工）在经济上受到激励，要求他们诚实行事，原因如下：
• 旁系的：矿工在同意存储数据时需要锁定一定数量的抵押物。如果他们未能在 PoRep 或 PoSt 中提供正确的证明，他们可能会失去这些抵押品。
• 削减：如果矿工未能证明他们正确存储数据或丢失了数据，他们可能会受到减少或削减奖励的惩罚。这是对不良行为的抑制。
• 区块奖励：矿工提供的存储空间越多，他们可以提交的证明越多，他们通过 Filecoin 的共识机制获得区块奖励的机会就越大。
Filecoin 存储证明的优势
• 数据完整性：PoRep 确保数据是唯一存储的，不会被篡改或复制，从而保持存储的完整性。
• 持续验证：PoSt 确保数据随着时间的推移而可靠存储，为客户提供持续保证，确保他们的数据保持可用。
• 有效利用资源：通过使用 zk-SNARKs 和 Merkle 证明，Filecoin 最大限度地减少了矿工和验证者的计算和带宽开销，同时确保了强大的安全保证。
• 分散：PoRep 和 PoSt 通过允许独立存储提供商参与并竞争存储和检索交易，为去中心化的存储生态系统做出贡献。
结论
在 Filecoin 中，存储证明机制（PoRep 和 PoSt）是确保网络安全性、可靠性和去中心化的基础。它们为客户提供了一种方法，让他们相信他们的数据被正确和持续地存储，同时激励矿工诚实行事。通过使用先进的加密技术，Filecoin 平衡了效率、隐私和去中心化，创建了一个强大的去中心化存储网络。
