前　　言
回望過去80年，計算機改變了人類的生活方式，網(wǎng)絡(luò)承載了人類的大部分活動。如今，我們正在快速邁進數(shù)據(jù)時代的新紀(jì)元。從自動駕駛汽車到人形機器人，從智能個人助理到智能家居設(shè)備，我們周圍的世界正在發(fā)生根本的變化，改變著我們的生活、工作和娛樂方式。希捷在《數(shù)據(jù)時代2025》中將上述人類的數(shù)字化進程描述為全球數(shù)據(jù)圈（global datasphere）。數(shù)據(jù)存儲是數(shù)字化最重要的基礎(chǔ)，也是發(fā)展得非常快的領(lǐng)域。據(jù)IDC預(yù)測，到2025年，全球數(shù)據(jù)圈將擴展至163ZB（1ZB等于1萬億GB），相當(dāng)于2016年所產(chǎn)生的16.1ZB數(shù)據(jù)的10倍。這種超速增長是過去數(shù)十年計算技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。計算能力、數(shù)據(jù)存儲和可用性的巨大進步催生了數(shù)字技術(shù)與服務(wù)的全新應(yīng)用類型和場景。由此產(chǎn)生的需求反過來又推動著我們收集、管理、處理和交付數(shù)據(jù)的能力得到進一步發(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 />本書介紹分布式存儲網(wǎng)絡(luò)Filecoin是如何從數(shù)據(jù)出發(fā)來構(gòu)建Web 3.0的。Filecoin是一個使用區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、點對點的數(shù)字存儲市場，屬于計算第一性原理中的存儲部分。Filecoin構(gòu)建在星際文件系統(tǒng)（IPFS）之上，并設(shè)計了具備強大可組合性的存儲單元扇區(qū)來實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的通用磁盤，允許用戶出租這些未使用的硬盤空間并獲得通證回報，其主要目的是為世界各地的組織和個人提供一種新的數(shù)據(jù)存儲方式。本書不僅介紹Filecoin的演進歷程、設(shè)計細(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、Actor行為人模型、Gas資源定價模型、DAG鏈、通用虛擬機等。本書是Web 3.0工程師、科研工作者、分布式存儲從業(yè)者、區(qū)塊鏈愛好者不可多得的學(xué)習(xí)材料和案頭參考書。
寫作概述
焜耀研究院誕生于原力區(qū)。自2017年開始，原力區(qū)作為一個分布式存儲的技術(shù)社區(qū)涉足分布式存儲技術(shù)IPFS/Filecoin的推廣、研究和開發(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和檢索市場，也是一套完整的協(xié)議。
作為一個區(qū)塊鏈項目，F(xiàn)ilecoin融合了大量的區(qū)塊鏈相關(guān)的最新發(fā)展，以及在存儲證明、共識機制和經(jīng)濟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是一個完全開源的項目，其原理、設(shè)計和實現(xiàn)都是公開的，但是對于一般讀者而言，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，對于中國讀者，這相當(dāng)于又多了一道門檻。
幸運的是，在Filecoin協(xié)議、設(shè)計和實現(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)客戶端Venus的開發(fā)者和維護者。在充分理解Filecoin的原理和實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，焜耀研究院致力于將Filecoin這個最新的分布式存儲技術(shù)介紹給更多的技術(shù)人員和區(qū)塊鏈愛好者，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，按照從原理到實現(xiàn)的邏輯對內(nèi)容進行組織整理。由于Filecoin一直處于發(fā)展過程中，所以我們對書稿不斷修訂，并終于在Filecoin主網(wǎng)上線一年之后完成此書。從開始籌劃到完成書稿，歷時16個月。
讀者對象
本書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原理和實現(xiàn)的技術(shù)人員，也適合希望了解區(qū)塊鏈技術(shù)原理和實踐的讀者。主要讀者對象包括：
IPFS/Filecoin技術(shù)愛好者和生態(tài)從業(yè)者。
分布式系統(tǒng)的技術(shù)人員和開發(fā)者。
區(qū)塊鏈技術(shù)愛好者。
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)愛好者。
大型系統(tǒng)高效設(shè)計的技術(shù)人員。
Web 3.0愛好者和從業(yè)者。
開設(shè)相關(guān)課程的大專院校師生。
如何閱讀本書
本書分為三篇：原理篇、實現(xiàn)篇和拓展篇。
原理篇講述Filecoin的原理與設(shè)計，包括第1～7章。這一篇在簡單介紹Filecoin基礎(chǔ)知識和技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，著重對Filecoin的設(shè)計和原理進行比較詳細(xì)的闡述，包括證明系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、共識算法以及存儲和檢索市場的設(shè)計等，旨在幫助讀者由淺入深地了解Filecoin的設(shè)計和創(chuàng)新。
實現(xiàn)篇講述Filecoin的基礎(chǔ)技術(shù)和實現(xiàn)，包括第8～14章。這一篇的重點在于Filecoin的工程實現(xiàn)，即Filecoin的大量創(chuàng)新如何落實到代碼上，構(gòu)建可以運行的系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，包括Filecoin的節(jié)點實現(xiàn)、區(qū)塊鏈的基本構(gòu)建方法、虛擬機及相關(guān)角色的構(gòu)建，以及存儲和檢索服務(wù)的保障等。本篇主要以流行的Filecoin實現(xiàn)Lotus和Venus為基礎(chǔ)進行介紹。
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)新對區(qū)塊鏈?zhǔn)澜绲挠绊�，F(xiàn)ilecoin未來的可能發(fā)展方向，并對Filecoin生態(tài)發(fā)展之路進行初步探索。希望這些內(nèi)容對讀者有一些啟發(fā)，并激勵讀者參與到分布式存儲的建設(shè)中。
本書涵蓋技術(shù)介紹和探討，讀者可以選擇感興趣的部分進行精讀。原理篇提供了大量的基礎(chǔ)介紹和設(shè)計背景知識，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的實現(xiàn)以及進行Filecoin開發(fā)的讀者閱讀。
素材、勘誤和支持
Filecoin是一個開源項目，大多數(shù)設(shè)計和代碼都遵循MIT Apache 2.0的開源協(xié)議，可以免費使用。Filecoin也是一個社區(qū)廣泛參與的項目，此項目的貢獻(xiàn)者達(dá)數(shù)千人之多。我們在Filecoin的設(shè)計和建設(shè)過程中一直積極參與，是核心開發(fā)者之一。
本書的素材大多來源于Filecoin的設(shè)計和研究文檔，以及對Filecoin的實現(xiàn)代碼的分析。同時，我們在參與Filecoin建設(shè)的過程中，也產(chǎn)出過不少技術(shù)分析成果，其中有少量的在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表過，大多數(shù)沒有發(fā)表。這些技術(shù)分析成果被包含在本書中，以構(gòu)建完整的知識體系。
Filecoin是一個新生事物，去中心化存儲技術(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)計和建設(shè)，但由于水平有限，書中難免會出現(xiàn)一些錯誤或者不準(zhǔn)確的地方，懇請讀者批評指正。為此，我們創(chuàng)建了GitHub倉庫用于存放相關(guān)資料。如果大家在閱讀本書的過程中有任何意見或建議，歡迎通過GitHub以Issue的方式提出來，以便我們進一步改進。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，本書不可能面面俱到，F(xiàn)ilecoin的持續(xù)更新也不可能及時反映在本書之中，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），其中有大量的項目在持續(xù)開發(fā)中。

致　　謝Acknowledgements
首先要感謝這個時代，正如在本書第2章中所描述的，技術(shù)的進步是一個長期的過程，很多前輩做出了諸多貢獻(xiàn)來推動社會文明的進步。感謝協(xié)議實驗室開創(chuàng)了IPFS和Filecoin這些跨時代的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和區(qū)塊鏈項目，為Web 3.0奠定了基石。
其次要感謝機械工業(yè)出版社的老師們，他們花了大量時間審閱書稿并提出了非常專業(yè)和寶貴的意見，沒有他們的支持，本書無法如期順利完成。
本書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，從編碼實現(xiàn)到生態(tài)建設(shè)，焜耀研究院全體同人親歷和見證了Filecoin和Web 3.0的發(fā)軔和發(fā)展，并取得了不錯的成績。本書的作者團隊熔理論與實踐于一爐，集理解與創(chuàng)造于一體，歷時16個月，終成此書。特別感謝石濤聲研究員在本書的素材收集和整理上所做的大量工作，本書的大部分內(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)全書的技術(shù)架構(gòu)、章節(jié)組織、評審和全書的校訂工作。本書的作者團隊還包括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的核心開發(fā)者，主要負(fù)責(zé)實現(xiàn)篇的修訂和審閱；王麟負(fù)責(zé)拓展篇的編寫和審閱。本書的許多工作是大家在業(yè)余時間完成的，是大家通力協(xié)作、反復(fù)討論、仔細(xì)校對的成果。感謝大家的協(xié)作精神和奉獻(xiàn)精神。
在本書的發(fā)起和寫作過程中，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值、共建、共享、榮耀文化理念，引導(dǎo)大家在本書的編寫過程中從價值出發(fā)，共同努力，推出一本與大家共享知識和理念的書籍，實現(xiàn)彼此的榮耀。感謝張成龍先生的指導(dǎo)和指引。另外，郝梓言女士在本書的寫作過程中做了很多認(rèn)真細(xì)致的協(xié)調(diào)和推進工作，感謝她一貫的支持和保障。
Web 3.0的知識體系浩如煙海，區(qū)塊鏈和分布式存儲的發(fā)展也日新月異。謹(jǐn)以此書獻(xiàn)給我們最親愛的家人，以及中國眾多熱愛新技術(shù)、追求Web 3.0和區(qū)塊鏈技術(shù)的朋友們。