前　　言
回望過(guò)去80年，計(jì)算機(jī)改變了人類(lèi)的生活方式，網(wǎng)絡(luò)承載了人類(lèi)的大部分活動(dòng)。如今，我們正在快速邁進(jìn)數(shù)據(jù)時(shí)代的新紀(jì)元。從自動(dòng)駕駛汽車(chē)到人形機(jī)器人，從智能個(gè)人助理到智能家居設(shè)備，我們周?chē)�的世界正在發(fā)生根本的變化，改變著我們的生活、工作和娛樂(lè)方式。希捷在《數(shù)據(jù)時(shí)代2025》中將上述人類(lèi)的數(shù)字化進(jìn)程描述為全球數(shù)據(jù)圈（global datasphere）。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是數(shù)字化最重要的基礎(chǔ)，也是發(fā)展得非�？斓念I(lǐng)域。據(jù)IDC預(yù)測(cè)，到2025年，全球數(shù)據(jù)圈將擴(kuò)展至163ZB（1ZB等于1萬(wàn)億GB），相當(dāng)于2016年所產(chǎn)生的16.1ZB數(shù)據(jù)的10倍。這種超速增長(zhǎng)是過(guò)去數(shù)十年計(jì)算技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。計(jì)算能力、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和可用性的巨大進(jìn)步催生了數(shù)字技術(shù)與服務(wù)的全新應(yīng)用類(lèi)型和場(chǎng)景。由此產(chǎn)生的需求反過(guò)來(lái)又推動(dòng)著我們收集、管理、處理和交付數(shù)據(jù)的能力得到進(jìn)一步發(fā)展，從而順應(yīng)企業(yè)工作流程和人們?nèi)粘Ｉ�活的需求�?br />本書(shū)介紹分布式存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)Filecoin是如何從數(shù)據(jù)出發(fā)來(lái)構(gòu)建Web 3.0的。Filecoin是一個(gè)使用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)字存儲(chǔ)市場(chǎng)，屬于計(jì)算第一性原理中的存儲(chǔ)部分。Filecoin構(gòu)建在星際文件系統(tǒng)（IPFS）之上，并設(shè)計(jì)了具備強(qiáng)大可組合性的存儲(chǔ)單元扇區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的通用磁盤(pán)，允許用戶(hù)出租這些未使用的硬盤(pán)空間并獲得通證回報(bào)，其主要目的是為世界各地的組織和個(gè)人提供一種新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。本書(shū)不僅介紹Filecoin的演進(jìn)歷程、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和最新發(fā)展，還介紹第三代區(qū)塊鏈的核心技術(shù)，比如信標(biāo)鏈、PoW PoS的融合共識(shí)、Actor行為人模型、Gas資源定價(jià)模型、DAG鏈、通用虛擬機(jī)等。本書(shū)是Web 3.0工程師、科研工作者、分布式存儲(chǔ)從業(yè)者、區(qū)塊鏈愛(ài)好者不可多得的學(xué)習(xí)材料和案頭參考書(shū)。
寫(xiě)作概述
焜耀研究院誕生于原力區(qū)。自2017年開(kāi)始，原力區(qū)作為一個(gè)分布式存儲(chǔ)的技術(shù)社區(qū)涉足分布式存儲(chǔ)技術(shù)IPFS/Filecoin的推廣、研究和開(kāi)發(fā)工作。Filecoin是在IPFS之上建立的以區(qū)塊鏈為技術(shù)底層的去中心化存儲(chǔ)和檢索市場(chǎng)，也是一套完整的協(xié)議。
作為一個(gè)區(qū)塊鏈項(xiàng)目，F(xiàn)ilecoin融合了大量的區(qū)塊鏈相關(guān)的最新發(fā)展，以及在存儲(chǔ)證明、共識(shí)機(jī)制和經(jīng)濟(jì)模型等方面的大量創(chuàng)新。這就使得Filecoin技術(shù)兼容并蓄，底層技術(shù)需求廣泛而且比較復(fù)雜。盡管Filecoin是一個(gè)完全開(kāi)源的項(xiàng)目，其原理、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)都是公開(kāi)的，但是對(duì)于一般讀者而言，要理解Filecoin技術(shù)仍然比較困難，尤其在大多數(shù)技術(shù)資料都是英文論著的情況下，對(duì)于中國(guó)讀者，這相當(dāng)于又多了一道門(mén)檻。
幸運(yùn)的是，在Filecoin協(xié)議、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)發(fā)展的數(shù)年內(nèi)，焜耀研究院全程參與，并作為重要的社區(qū)成員持續(xù)貢獻(xiàn)設(shè)計(jì)和代碼。焜耀研究院不僅是Filecoin技術(shù)的推廣者，還是Filecoin集群架構(gòu)客戶(hù)端Venus的開(kāi)發(fā)者和維護(hù)者。在充分理解Filecoin的原理和實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，焜耀研究院致力于將Filecoin這個(gè)最新的分布式存儲(chǔ)技術(shù)介紹給更多的技術(shù)人員和區(qū)塊鏈愛(ài)好者，為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展盡一份綿薄之力。
焜耀研究院在前期研究的基礎(chǔ)上，按照從原理到實(shí)現(xiàn)的邏輯對(duì)內(nèi)容進(jìn)行組織整理。由于Filecoin一直處于發(fā)展過(guò)程中，所以我們對(duì)書(shū)稿不斷修訂，并終于在Filecoin主網(wǎng)上線一年之后完成此書(shū)。從開(kāi)始籌劃到完成書(shū)稿，歷時(shí)16個(gè)月。
讀者對(duì)象
本書(shū)所面向的讀者群比較廣泛，不僅適合那些希望了解分布式存儲(chǔ)原理和實(shí)現(xiàn)的技術(shù)人員，也適合希望了解區(qū)塊鏈技術(shù)原理和實(shí)踐的讀者。主要讀者對(duì)象包括：
IPFS/Filecoin技術(shù)愛(ài)好者和生態(tài)從業(yè)者。
分布式系統(tǒng)的技術(shù)人員和開(kāi)發(fā)者。
區(qū)塊鏈技術(shù)愛(ài)好者。
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)愛(ài)好者。
大型系統(tǒng)高效設(shè)計(jì)的技術(shù)人員。
Web 3.0愛(ài)好者和從業(yè)者。
開(kāi)設(shè)相關(guān)課程的大專(zhuān)院校師生。
如何閱讀本書(shū)
本書(shū)分為三篇：原理篇、實(shí)現(xiàn)篇和拓展篇。
原理篇講述Filecoin的原理與設(shè)計(jì)，包括第1～7章。這一篇在簡(jiǎn)單介紹Filecoin基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，著重對(duì)Filecoin的設(shè)計(jì)和原理進(jìn)行比較詳細(xì)的闡述，包括證明系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、共識(shí)算法以及存儲(chǔ)和檢索市場(chǎng)的設(shè)計(jì)等，旨在幫助讀者由淺入深地了解Filecoin的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。
實(shí)現(xiàn)篇講述Filecoin的基礎(chǔ)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)，包括第8～14章。這一篇的重點(diǎn)在于Filecoin的工程實(shí)現(xiàn)，即Filecoin的大量創(chuàng)新如何落實(shí)到代碼上，構(gòu)建可以運(yùn)行的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，包括Filecoin的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)、區(qū)塊鏈的基本構(gòu)建方法、虛擬機(jī)及相關(guān)角色的構(gòu)建，以及存儲(chǔ)和檢索服務(wù)的保障等。本篇主要以流行的Filecoin實(shí)現(xiàn)Lotus和Venus為基礎(chǔ)進(jìn)行介紹。
拓展篇講述Filecoin的技術(shù)創(chuàng)新和生態(tài)探索，包括第15～17章。這一篇主要介紹Filecoin的發(fā)展創(chuàng)新對(duì)區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绲挠绊�，F(xiàn)ilecoin未來(lái)的可能發(fā)展方向，并對(duì)Filecoin生態(tài)發(fā)展之路進(jìn)行初步探索。希望這些內(nèi)容對(duì)讀者有一些啟發(fā)，并激勵(lì)讀者參與到分布式存儲(chǔ)的建設(shè)中。
本書(shū)涵蓋技術(shù)介紹和探討，讀者可以選擇感興趣的部分進(jìn)行精讀。原理篇提供了大量的基礎(chǔ)介紹和設(shè)計(jì)背景知識(shí)，拓展篇關(guān)注Filecoin的發(fā)展和生態(tài)，這兩篇適合所有讀者閱讀。實(shí)現(xiàn)篇包含更多的技術(shù)細(xì)節(jié)和代碼，適合希望了解Filecoin的實(shí)現(xiàn)以及進(jìn)行Filecoin開(kāi)發(fā)的讀者閱讀。
素材、勘誤和支持
Filecoin是一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目，大多數(shù)設(shè)計(jì)和代碼都遵循MIT Apache 2.0的開(kāi)源協(xié)議，可以免費(fèi)使用。Filecoin也是一個(gè)社區(qū)廣泛參與的項(xiàng)目，此項(xiàng)目的貢獻(xiàn)者達(dá)數(shù)千人之多。我們?cè)贔ilecoin的設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中一直積極參與，是核心開(kāi)發(fā)者之一。
本書(shū)的素材大多來(lái)源于Filecoin的設(shè)計(jì)和研究文檔，以及對(duì)Filecoin的實(shí)現(xiàn)代碼的分析。同時(shí)，我們?cè)趨⑴cFilecoin建設(shè)的過(guò)程中，也產(chǎn)出過(guò)不少技術(shù)分析成果，其中有少量的在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表過(guò)，大多數(shù)沒(méi)有發(fā)表。這些技術(shù)分析成果被包含在本書(shū)中，以構(gòu)建完整的知識(shí)體系。
Filecoin是一個(gè)新生事物，去中心化存儲(chǔ)技術(shù)也處于發(fā)展初期。雖然我們一直參與Filecoin網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和建設(shè)，但由于水平有限，書(shū)中難免會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤或者不準(zhǔn)確的地方，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。為此，我們創(chuàng)建了GitHub倉(cāng)庫(kù)用于存放相關(guān)資料。如果大家在閱讀本書(shū)的過(guò)程中有任何意見(jiàn)或建議，歡迎通過(guò)GitHub以Issue的方式提出來(lái)，以便我們進(jìn)一步改進(jìn)。期待得到你們的反饋和支持。
另外，F(xiàn)ilecoin技術(shù)非常復(fù)雜，本書(shū)不可能面面俱到，F(xiàn)ilecoin的持續(xù)更新也不可能及時(shí)反映在本書(shū)之中，建議大家經(jīng)常瀏覽Filecoin的網(wǎng)站（https://f?ilecoin.io），以及Filecoin在GitHub上的代碼（https://github.com/f?ilecoin-project），其中有大量的項(xiàng)目在持續(xù)開(kāi)發(fā)中。

致　　謝Acknowledgements
首先要感謝這個(gè)時(shí)代，正如在本書(shū)第2章中所描述的，技術(shù)的進(jìn)步是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，很多前輩做出了諸多貢獻(xiàn)來(lái)推動(dòng)社會(huì)文明的進(jìn)步。感謝協(xié)議實(shí)驗(yàn)室開(kāi)創(chuàng)了IPFS和Filecoin這些跨時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和區(qū)塊鏈項(xiàng)目，為Web 3.0奠定了基石。
其次要感謝機(jī)械工業(yè)出版社的老師們，他們花了大量時(shí)間審閱書(shū)稿并提出了非常專(zhuān)業(yè)和寶貴的意見(jiàn)，沒(méi)有他們的支持，本書(shū)無(wú)法如期順利完成。
本書(shū)是焜耀研究院全體同人數(shù)年共同研究和通力合作的成果。從研究員到工程師，從論文到設(shè)計(jì)，從編碼實(shí)現(xiàn)到生態(tài)建設(shè)，焜耀研究院全體同人親歷和見(jiàn)證了Filecoin和Web 3.0的發(fā)軔和發(fā)展，并取得了不錯(cuò)的成績(jī)。本書(shū)的作者團(tuán)隊(duì)熔理論與實(shí)踐于一爐，集理解與創(chuàng)造于一體，歷時(shí)16個(gè)月，終成此書(shū)。特別感謝石濤聲研究員在本書(shū)的素材收集和整理上所做的大量工作，本書(shū)的大部分內(nèi)容都是在石濤聲所整理的素材基礎(chǔ)上完成的。李昕負(fù)責(zé)全書(shū)的技術(shù)架構(gòu)、章節(jié)組織、評(píng)審和全書(shū)的校訂工作。本書(shū)的作者團(tuán)隊(duì)還包括Filecoin資深工程師王麟、王鈔、李濤、李君龍等。王鈔修訂和審閱了原理篇的大部分章節(jié)；李濤和李君龍作為Venus的核心開(kāi)發(fā)者，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)篇的修訂和審閱；王麟負(fù)責(zé)拓展篇的編寫(xiě)和審閱。本書(shū)的許多工作是大家在業(yè)余時(shí)間完成的，是大家通力協(xié)作、反復(fù)討論、仔細(xì)校對(duì)的成果。感謝大家的協(xié)作精神和奉獻(xiàn)精神。
在本書(shū)的發(fā)起和寫(xiě)作過(guò)程中，得到了焜耀研究院主任張成龍先生的大力支持。正是張成龍先生建立和推崇的價(jià)值、共建、共享、榮耀文化理念，引導(dǎo)大家在本書(shū)的編寫(xiě)過(guò)程中從價(jià)值出發(fā)，共同努力，推出一本與大家共享知識(shí)和理念的書(shū)籍，實(shí)現(xiàn)彼此的榮耀。感謝張成龍先生的指導(dǎo)和指引。另外，郝梓言女士在本書(shū)的寫(xiě)作過(guò)程中做了很多認(rèn)真細(xì)致的協(xié)調(diào)和推進(jìn)工作，感謝她一貫的支持和保障。
Web 3.0的知識(shí)體系浩如煙海，區(qū)塊鏈和分布式存儲(chǔ)的發(fā)展也日新月異。謹(jǐn)以此書(shū)獻(xiàn)給我們最親愛(ài)的家人，以及中國(guó)眾多熱愛(ài)新技術(shù)、追求Web 3.0和區(qū)塊鏈技術(shù)的朋友們。