簡介

隨著當今科技的迅速發展，區塊鏈技術被當作是解決包括云存儲問題在內的許多現有系統問題的熱門方法。云存儲是一種運用了分布式數據中心和虛擬技術的數據存儲系統。因為自身的便利性和高效性，云存儲收到了大量個人和商業組織的關注：用戶可以在任何時間，任何地點，通過網絡去訪問存儲在云端的數據。然而，云存儲的某些弱點，例如數據安全性和數據隱私性，一直未得到有效解決。

當用戶上傳數據到云端時，數據會首先被系統的“大腦”（主控數據服務器）接收。然后，數據會被備份存儲在不同的數據中心，以防止源數據損壞后數據無法訪問的現象。當數據上傳完成后，其安全性就完全取決于數據中心的可靠性。如果數據中心因為自然災害或人為因素導致損壞，那么數據就有可能完全丟失。近年來，數據損壞和丟失的問題在包括谷歌在內的科技公司層出不窮。例如2015年，谷歌位于比利時的數據中心被閃電擊中4次，導致部分數據的永久性丟失。

除了對數據安全的擔憂之外，中心化的存儲方式及數據加密的缺乏，也是目前云存儲技術難以解決的問題。大多數云存儲服務只提供數據傳輸之間的加密方法，例如，SSL/TLS。 然而，這種加密方法是很容易被攻擊的。除此之外，因為中心化，服務器管理員有權限直接訪問用戶上傳的數據。即使大部分公司對保護用戶隱私有著很嚴格的條例，但是只要有人為的干預，就永遠有信息泄露的風險。

為了解決上述問題，我們設計了DxChain，并研發實現了一款基于DxChain Testnet的區塊鏈存儲應用 - DxBox。

架構設計

DxBox是一款運行于DxChain Testnet v0.3.6的演示應用，為用戶提供簡單明了的文件上傳下載功能。這款應用運用了委托方和供應商的模型來進行文件的傳輸。更詳細來說，委托方是一個節點，它會消耗基于DxChain的原生通證（DX Token），來獲取數據的傳輸以及存儲服務。而供應商則是用閑置的磁盤存儲空間來提供數據存儲服務的節點，并以此來賺取傭金（DX Token）。要成為一個供應商，節點必須要進行廣播，廣播的內容會存儲在區塊鏈上。委托方會從區塊鏈上得到廣播信息，存入自身的數據庫中。

在進行文件上傳之前，委托方必須要找到符合條件的供應商，與他們簽訂合約。委托方會不間斷的向每一個存入數據庫的供應商詢問他們的參數，例如合約生成，文件上傳、下載及存儲的費用。根據這些信息，委托方會自動選取排名靠前的供應商與之簽訂合約。每一個合約中都包含了合約截止的區塊高度，存儲文件的大小等信息。當合約成功簽訂后，用戶就可以通過委托方上傳和下載文件了。為了簡化體驗過程，目前DxBox應用中的所有供應商參數都已提前設置完畢。

如圖一所示，當用戶開始上傳文件時，文件會被分成不同的數據塊。每一個數據塊會通過委托方節點產生的私鑰進行加密，然后通過糾刪碼算法進行分片。糾刪碼算法通過擴展和編碼原有數據來進行數據保護，能有效提升存儲系統的可靠性。當供應商節點下線或者一些數據片發生損壞時，原文件只需要通過部分數據片就可以被還原。

對于DxBox應用來說，每個數據塊會被分成10個數據片。其中，一個數據塊只需要5個數據片就可以進行還原，剩余的5個作為備份。一個文件被分成數據塊的個數，取決于文件大小、恢復數據塊所需數據片的個數和數據片的大小（默認為 4 MB）。他們之間的關系可以用下面的公式來表示：

比如，當用戶通過DxBox上傳一個大小為10MB的文件時，文件會被分成3個數據塊，30個數據片。當數據塊的每一個數據片都上傳成功后，文件的上傳過程便完成了。在此過程中，數據塊加密和糾刪碼算法的應用，確保了文件存儲系統的安全性和可靠性。由于每一個供應商只能拿到數據片，對他們來說，拿到所有需要的數據片并還原數據基本是一項不可能的任務。即使在最壞的情況下，攻擊者拿到了所有的數據片以用來還原數據塊，但數據塊已被委托方進行私鑰加密，原文件的內容仍舊無法被讀取。

文件下載與文件上傳是完全相反的過程。如圖二所示，當用戶發送了下載請求后，委托方節點會從隨機挑選的五個供應商那里拿到數據片。文件下載時，所需的供應商數量是根據以下公式來計算的：

當所需數據片都成功從供應商處下載后，數據片會被轉換成為加密過后的數據塊。當數據塊被成功解密并還原成原文件后，用戶便可以從委托方節點下載到本地設備。

經濟模型

在生成新的存儲合約的時候，供應商和委托方都需要存放一定數量的金額（DX通證）到合約中。其中：

1）委托方放入合約中的金額將用于所有文件存儲、合約生成、文件上傳以及文件下載所需要的費用；

2）供應商放入合約中的金額為押金。

當簽訂合約的時候，委托方需支付一筆手續費，此后，每次的文件上傳、下載及文件存儲，委托方都要支付給供應商一筆費用。這些費用都將取決于供應商的設置。委托方每一次的花費，都會被記錄在存儲合約中，也就是修訂存儲合約。然而，為了存儲合約的不可抵賴性以及不在區塊鏈上存入過多的數據，只有最新的一個修訂存儲合約才會被供應商提交并記錄在區塊鏈上。

在合約截止時供應商會自動提交存儲證明，并得到合約收益和返還的押金。委托方放入合約的存款中，未被使用的部分將被返還給委托方。若供應商無法證明其為委托方存儲了有效文件，那么押金中的一部分通證會被扣除。

DxBox采用了自動續約機制，即在合約截止前委托方會嘗試與每一個供應商建立一份新的合約。當新合約生效后，即使舊合約還沒有截止，所有文件的存儲、上傳以及下載的花費，都會被記錄在新合約中。

結論

如今，云存儲因為其便利性和高效性變得越來越受歡迎。然而，人們在使用它的同時，對它的安全性和隱私性問題的擔憂也在日益增長。隨著區塊鏈技術的發展，像DxBox這樣基于區塊鏈技術的存儲產品的誕生，可以為存儲的安全和隱私問題提供更好的解決方案：文件被分塊、加密，并通過糾刪碼算法進一步編碼及分片，確保了存儲系統的安全性與可靠性。再加上DxBox使用了DxChain的原生通證及經濟模型，能夠鼓勵更多存儲供應商和個人用戶共享他們的閑置硬盤空間，在獲得有效經濟收益的同時也提高了整體生態的資源利用率。

DxBox只是基于DxChain Testnet研發的一款Demo Dapp，它仍不完美，還存在很多可提升的空間和可增加的功能，例如優化注冊系統，允許有區塊鏈經驗的用戶能夠手動調試委托方的節點設置等。