Filecoin系统之“节点系统”

想要深入理解Filecoin的协议，分析其协议规范无疑是一种行而有效的方法。从本文开始，星际联盟将发布一系列文章，带领大家深入理解Filecoin协议。

首先要说明的是，Filecoin节点间差别明显，并且并不是每个节点都需要运行所有系统。多数系统都只在某些用例子集中会用到。比如，“区块链”系统被用于公链同步，安全一致性，存储挖矿，和公链验证。多数Filcoin节点不需要公链而只需通过从最新的状态树获取内容来完成职能。

系统要求

为了能容易地把功能分散到各个系统内，Filecoin协议假设了一组对所有系统可用的功能体。所有的系统都要用到以下所列的部分。

仓储

仓储是系统中数据在本地的存储仓库，主要包括以下几部分

本地IpldStore

一些数据结构（小型结构对象）的本地持久化存储，系统期望使用一个IpldStore进行初始化，想要在系统崩溃中也能持久存储的数据结构会被存储在IpldStore内。

用户配置项

用户可编辑的少量配置项，这些项应该对终端用户容易访问，查看和编辑。

本地安全KeyStore

用来生成和使用密码公私钥的设施，其“必须”对于Filecoin节点保密。系统“不应该”直接访问这些公私钥，而应该在一个提供加密、解密、签名、验检等功能的抽象层（比如KeyStore）之上进行访问。

本地FileStore

文件（大的字节数组）的持久化本地存储。

系统期望使用一个FileStore进行初始化，在其内可存储大型文件。一些系统（如“市场”）可能需要存储和删除大量的小文件（1MB-10GB），而其它系统（如“存储挖矿”）可能需要存储和删除大量的的大文件（1GB-1TB）。

网络

多数系统都需要访问网络，以有能力连接它们在其它Filecoin节点中的对应部分。系统期望使用一个libp2p.Node进行初始化，在其上它们可以加载自己的协议。

时钟

一些系统需要能够访问当前网络时间，有一些对网络误差有着较低的容忍度。系统期望用一个时钟初始化，时钟可以告知它们网络时间。有一些系统（如区块链）要求非常小的时钟误差和精确的时间。

“Filecoin节点”系统

节点类型

Filecoin的节点有多种不同的类型，具体可分为以下几种

验证者节点

运行“区块链”系统，可以同步和验证公链，不能挖矿和出产区块。

客户端节点

运行“区块链”系统，市场和数据传输系统，可以同步和验证公链，不能挖矿和出产区块。

存储矿工节点

运行“区块链”、“存储市场”、“存储挖矿”系统。可以同步和验证公链。可以完成存储交易，可以密封存储的数据到扇区，可以获得存储一致性算力，可以挖矿和出产区块。

检索矿工节点

运行“市场”和“数据传输”系统。不需要公链，可以完成检索交易（检索提供方）。可以向客户端发送数据，并得到报酬。

重放节点

网络接口

Filecoin节点使用libp2p协议来发现、路由“端点”和广播消息等。Libp2p是一组与p2p网络栈相似的模块化协议。节点彼此间开启连接并在相同的连接上加载不同的协议或流。在初始的握手中，节点交换它们每个所支持的协议，所有的Filecoin相关协议都会在/fil/...协议标识下被加载。

下面列出了Filecoin所使用的libp2p协议：

时钟

Filecoin假定在系统中参与者之间存在着弱“时钟同步”。即，系统依赖那些能够访问全局已同步时钟的参与者。

Filecoin依赖于“时钟”系统实现安全的“一致性”。具体来说就是，“时钟”对于支持某些验证规则来说是必需的，这些规则可防止区块产出者挖掘附带将来时间戳的区块，也防止其比协议允许的更频繁地运行“领导者选举”。

KeyStore

KeyStore是一个基础性的抽象，在任何全节点内用于存储与给定的矿工地址和不同的worker相关联的公私钥对。“节点安全”大部分建立在保持这些公私钥对安全的基础之上。为了达到这个目标，Filecoin协议规范建议保持公私钥与任何指定的子系统间相分离，并使用独立的keystore来签名子系统的请求，且保持这些keys不被作为“冷存储”的一部分使用。

Filecoin存储矿工依赖于三个主要组件：

矿工地址：

在“算力一致性”子系统中通过函数registerMiner()分配给指定的存储矿工角色，对于指定的存储矿工，地址是一个拥有唯一性的标识符，矿工的算力和其它的key都会与之关联。

属主键值对

由矿工在注册和其公钥被关联到矿工地址前提供。区块奖励和其它的支付都会发送到这个属主地址。

worker键值对

矿工可选择和改变worker键值对，其公钥也被关联到矿工地址。用来对交易、签名进行签名等等。

因为矿工地址是唯一的，多个存储矿工角色就可以共享一个属主公钥或类似的worker公钥。

通过上面的介绍，可以看出“Filecoin节点系统”主要负责链上数据交互、公钥钥维护、网络与时钟管理等基础功能。是Filecoin整体系统中非常重要的核心部分。

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