Qu'est-ce que le stockage décentralisé? : Une plongée approfondie par Filecoin ?

Table des matières

• Définition
• Introduction au stockage décentralisé
• Caractéristiques fondamentales du stockage décentralisé
• Caractéristiques souhaitables du stockage décentralisé
• Étude de cas : comment Filecoin incarne ces caractéristiques
• Le résultat

Définition

Les systèmes de stockage décentralisés partagent les responsabilités de stockage entre de nombreux opérateurs indépendants formant un réseau de stockage unique.

Introduction au stockage décentralisé

L'informatique moderne est hautement centralisée. Au cours de la dernière décennie, quelques grandes sociétés de cloud computing ont fait d’énormes fortunes en découpant leurs systèmes informatiques traditionnels en offres compartimentées basées sur le cloud. Le Web moderne reflète cette centralisation : lorsqu'un de ces fournisseurs subit une panne, cela constitue un événement Internet majeur. (Si vous ne nous croyez pas, nous aimerions vous rappeler la panne d'Amazon Web Storage en 2017, l'interruption prolongée de Github en juin 2020 ou les problèmes de service cloud de Microsoft sur plusieurs semaines en octobre 2020.)

Le contenu que nous hébergeons sur ces services n’est pas meilleur, caché derrière des liens fragiles qui se cassent trop souvent. Cela a de profondes implications pour les systèmes informatiques que nous construisons et pour les sociétés qui en dépendent de plus en plus.

Les architectures centralisées ont connu du succès en partie parce qu’elles sont plus faciles à construire.

Afin de lutter contre la consolidation, les développeurs ont besoin de nouveaux éléments de base tout aussi faciles à composer. Le stockage décentralisé est l’une de ces pierres angulaires, servant de condition préalable à un Web plus distribué.

Caractéristiques fondamentales du stockage décentralisé

Il existe de nombreuses façons différentes de concevoir un système de stockage décentralisé . En général, ils partagent un accent commun sur la résilience et l’efficacité .

Élasticité

L’Internet moderne est terriblement fragile. Le contenu Web se trouve aujourd'hui derrière des URL, dont chacune appartient à un seul serveur définitif à un moment donné. Si ce fournisseur se déconnecte du réseau pour une raison quelconque, le contenu vers lequel il pointait devient inaccessible. La centralisation accroît cet effet, créant des points de défaillance uniques et offrant des opportunités commodes de censure.

En conséquence, dans l'Internet d'aujourd'hui, la pourriture des liens (ce qui est exactement ce à quoi cela ressemble, lorsqu'un lien est rompu ou indisponible de manière permanente) est omniprésente, la censure au niveau de l'État est simple et les attaques par déni de service distribué peuvent perturber l'accès à presque tous les sites Internet. n'importe quel fichier.

Dans un système décentralisé idéal, la perte d’un opérateur ne devrait pas empêcher l’accès au contenu précédemment stocké et servi. En répartissant les responsabilités sur de nombreux nœuds d'un réseau, les systèmes décentralisés présentent également une résistance naturelle à la censure et à d'autres tentatives de déni de service, car il n'existe pas de cible centralisée contre laquelle les attaquants peuvent masser leurs ressources.

Un exemple frappant de la façon dont les systèmes de stockage centralisés peuvent être sujets à la censure est ce qui s'est produit lorsque la Catalogne (l'une des 17 communautés autonomes d'Espagne) a organisé un référendum sur l'indépendance. Le gouvernement espagnol – qui s’est opposé aux projets d’indépendance – a bloqué les sites Web contenant des informations sur le vote au niveau des FAI. En rompant ces liens critiques, le gouvernement a effectivement empêché de nombreuses personnes d’accéder à ces informations.

Cependant, bon nombre de ces sites Web ont également été mis en miroir à l'aide du système de fichiers interplanétaire (IPFS), un réseau de stockage peer-to-peer. Toute personne exécutant un nœud IPFS pourrait télécharger les informations censurées à partir d’autres nœuds du réseau et commencer à les partager elle-même. La nature décentralisée d'IPFS a contrecarré les tentatives du gouvernement espagnol de bloquer l'accès à ces documents : dès qu'un nœud était bloqué, un autre pouvait facilement prendre sa place. En général, les systèmes de stockage décentralisés rendent le blocage au niveau du réseau beaucoup plus difficile.

Efficacité

Toutes les architectures de systèmes informatiques présentent des atouts et des faiblesses, et aucune solution unique ne convient à tous les cas d’utilisation possibles. Malheureusement, l’accent mis par le Web moderne sur la centralisation n’est pas différent.

Aujourd’hui, quelques centres de données centralisés situés dans un petit nombre de villes à travers le monde stockent la plupart des contenus. Si deux utilisateurs du même réseau souhaitent s'envoyer des messages, par exemple, ces messages seront généralement d'abord envoyés à l'un de ces centres de données. Si cent utilisateurs se trouvent dans une pièce et regardent la même vidéo sur leurs appareils, ils accéderont chacun à un serveur central et téléchargeront cent copies en parallèle, au lieu de télécharger une seule copie et de la partager sur le réseau local.

En termes simples, le stockage décentralisé facilite le partage de fichiers sans envoyer de requêtes rebondissant sur Internet vers quelques centres de données. Au lieu de cela, les nœuds établissent des connexions entre eux en utilisant le moins d’intermédiaires possible. La connexion à des nœuds dans d'autres pays, par exemple, nécessitera toujours plusieurs sauts, mais les nœuds du même réseau peuvent partager des fichiers directement. L’objectif final des systèmes de stockage décentralisés serait d’avoir autant de nœuds que chacun puisse trouver des pairs relativement locaux pour les informations qu’il recherche.

Les solutions de stockage décentralisées peuvent introduire de nouvelles efficacités fondamentales dans ces activités. En contournant les centres de données clairsemés, un système distribué peut placer les nœuds beaucoup plus près des consommateurs finaux que même les réseaux de diffusion de contenu modernes, ce qui entraîne une récupération des fichiers beaucoup plus rapide. Le partage de fichiers peer-to-peer sur les réseaux locaux peut également permettre d'économiser une bande passante précieuse, en particulier dans les zones où l'accès à l'Internet au sens large est limité.

Caractéristiques souhaitables du stockage décentralisé

Bien que la résilience et l’efficacité soient les caractéristiques du stockage décentralisé, un système de stockage idéal pourrait offrir un certain nombre de caractéristiques supplémentaires :

Accessible

Un système distribué idéal doit être accessible. La participation au réseau doit être facile, permettant au plus grand nombre de nœuds possible de stocker et de distribuer des fichiers au nom du réseau.

Si vous lisez ceci et vous demandez : puis-je être un nœud ? La réponse est : cela dépend.

Avec Filecoin , toute personne relativement avertie en technologie devrait être capable d'exécuter un nœud client pour interagir avec le réseau. Quant à l'exécution de nœuds de mineur de stockage (voir ci-dessous pour plus d'informations), ce n'est pas quelque chose que tout le monde et leur mère peuvent faire : vous devez disposer d'un matériel répondant à certaines spécifications.

Dans le cas d'IPFS, les nœuds ont des exigences matérielles inférieures, ce qui signifie qu'il est possible pour beaucoup plus d'utilisateurs de contribuer au réseau en exécutant un nœud (peut-être en exécutant un navigateur Web fourni avec un navigateur intégré).

Programmable

Les fournisseurs de services cloud ont rendu le stockage fiable et bon marché plus facile que jamais. L'un des aspects majeurs de leur succès réside dans la capacité à provisionner et à gérer le stockage via du code via des API. Tout système concurrent devrait pouvoir offrir le même niveau de commodité.

Adressage du contenu

Comme indiqué, les URL comportent certains compromis inhérents à la conception. Ils décrivent l'emplacement des données plutôt que leur contenu.

Pour expliquer comment les systèmes centralisés peuvent rendre difficile la recherche d'une donnée, imaginez que vous souhaitiez télécharger la photo d'un chaton pelucheux. Considérez ces deux URL :

https://example1.com/cat.jpeg

https://example2.com/cat.jpeg

Chacune de ces URL fait référence à un fichier appelé cat.jpeg, mais rien ne garantit que ces deux fichiers sont identiques. Si example1.com se déconnecte, vous ne pouvez pas être sûr que example2.com a ce que vous recherchez – son cat.jpeg pourrait être complètement différent. En fait, il pourrait même s’agir d’une photo d’un chien ! Il n'y a pas de relation inhérente entre une URL et le contenu auquel elle fait référence.

Par conséquent, vous n’avez aucun moyen de demander à Internet d’aujourd’hui : « Est-ce que quelqu’un possède ce fichier ? » car vous ne savez rien d'autre sur le fichier que son emplacement.

Lorsque vous partagez des fichiers à l'aide d'une URL, les choses peuvent mal tourner. Le serveur pourrait commencer à servir un fichier différent de cette URL, ou quelqu'un pourrait effectuer une attaque de l'homme du milieu (étonnamment pas si rare) et modifier le fichier. Il est très difficile de vérifier que toutes les personnes accédant à l'URL reçoivent le fichier souhaité.

L'adressage de contenu , en revanche, recherche les fichiers sur la base d'identifiants de contenu (CID), qui servent d'empreintes numériques des fichiers. L'adressage des fichiers de cette manière résout de nombreux problèmes liés à l'adressage d'emplacement. Lorsqu'un client souhaite un fichier, au lieu de demander une URL à un serveur, il demande aux nœuds du réseau un fichier avec un CID particulier. Une fois que le client télécharge le fichier, il prend lui-même son empreinte digitale.

Pour revenir à notre exemple précédent, ce serait comme si tous les sites Web avaient une compréhension commune du fichier à fournir lorsqu'on leur demande cat.jpeg. Ainsi, même si cela ne garantit pas qu'un nœud possède ce cat.jpeg particulier, les nœuds effectueront une vérification de l'empreinte digitale de ce fichier pour essayer de trouver une correspondance.

Même si une étape comme la prise d’empreintes digitales nécessiterait plus de connaissances techniques que ce que la personne moyenne voudrait gérer, les clients Filecoin et IPFS peuvent facilement automatiser ce processus. Cela permet au client de garantir qu'il a reçu le fichier qu'il a demandé. Dans ce système, il est trivial de trouver d'autres fournisseurs d'une donnée.

Le principal point à retenir : les CID signifient que vous pouvez trouver du contenu qui autrement manquerait dans un système centralisé, et les CID peuvent également empêcher les attaques de l'homme du milieu ou la modification soudaine d'un fichier par un serveur à une URL particulière.

Sans confiance

Un système sans confiance permet une coopération entre deux parties sans qu'elles aient besoin de se connaître ou de se tourner vers un tiers. Ce sont plutôt les incitations du système qui poussent les acteurs vers le comportement nécessaire au fonctionnement du réseau.

Vérifiable

Un système de stockage idéal devrait permettre de prouver facilement en permanence que les nœuds stockent exactement les données promises. Ce type d’auditabilité est essentiel pour parvenir à un manque de confiance. Si vous pouvez toujours établir que les données sont stockées correctement, vous avez moins besoin de faire confiance à la partie qui assure le stockage.

Ouvrir

Enfin, un système de stockage distribué idéal est ouvert : son code est open source et auditable. De plus, le système de stockage ne doit pas être monolithique. Au lieu de cela, il devrait exposer un protocole ouvert que n’importe qui peut mettre en œuvre et sur lequel s’appuyer, plutôt que d’encourager le verrouillage.

Étude de cas : comment Filecoin incarne ces caractéristiques

Le projet Filecoin est un système de stockage décentralisé conçu pour satisfaire ces propriétés. Décrit pour la première fois en 2014, le protocole Filecoin a été initialement développé comme couche d'incitation pour l'Interplanetary File System (IPFS), un réseau de stockage peer-to-peer. Comme IPFS, Filecoin est un protocole ouvert, et il s'appuie sur les propriétés de son aîné, en exploitant la même fonctionnalité peer-to-peer et d'adressage de contenu sous-jacente.

Un réseau de nœuds Filecoin donne naissance à un marché de stockage décentralisé pour la récupération et le stockage de fichiers. Le réseau s'appuie sur une nouvelle blockchain qui enregistre les engagements pris par les participants du réseau. Les utilisateurs effectuent des transactions sur le réseau en utilisant la cryptomonnaie native de la blockchain, FIL (⨎).

Marché de récupération

Sur le marché de la récupération, des nœuds appelés mineurs de récupération se font concurrence pour servir les fichiers aux clients le plus rapidement possible. Les mineurs de récupération gagnent des récompenses grâce à de petits frais FIL. Cela incite les nœuds situés dans des emplacements clés pour la diffusion de contenu à rejoindre le réseau et favorise la distribution rapide des fichiers. Il encourage également un réseau robuste qui réplique et préserve les fichiers très demandés.

Marché du stockage

Sur le marché du stockage de Filecoin, les nœuds appelés mineurs de stockage sont habilités à rivaliser sur diverses caractéristiques, telles que le prix et l'emplacement, pour des contrats garantissant la garde des fichiers des clients pour une durée spécifiée. Avant d'accepter un contrat, les mineurs de stockage doivent fournir des garanties FIL ; ceci est utilisé pour rembourser automatiquement un client dans le cas où un mineur de stockage ne respecte pas ses obligations envers le client.

Lorsqu'un mineur de stockage et son client parviennent à un accord, le client transfère ses données au mineur de stockage. Le mineur de stockage ajoute ses données à un secteur , l'unité de stockage fondamentale dans Filecoin. Le mineur effectue ensuite une opération informatique intensive appelée scellement pour créer une copie unique des données de ce secteur.

Si un client souhaite stocker plusieurs copies uniques de ses données, le processus de scellement garantit que chaque copie aura une empreinte digitale unique, et l'effort de calcul nécessaire pour la dériver empêchera un nœud de tricher en le régénérant à partir des données de base. Les données scellées sont finalement utilisées pour publier une preuve de réplication sur la blockchain Filecoin.

Pendant la durée de l'accord de stockage, le mineur de stockage est périodiquement tenu de soumettre ce qu'on appelle une preuve d'espace-temps à la blockchain. Le mineur obtient ces preuves en utilisant le caractère aléatoire (fourni par la blockchain elle-même), le secteur scellé et la preuve de réplication publiée sur la blockchain. Les preuves fournissent au client un argument probabiliste fort selon lequel le mineur de stockage possédait une copie complète et unique des données. Il s'agit d'une garantie très solide, que même les fournisseurs de stockage cloud modernes n'offrent pas à leurs clients.

Les clients récompensent les mineurs de stockage Filecoin avec FIL payé sous forme de frais de transaction . Les mineurs de stockage sont également récompensés par la possibilité d'exploiter des blocs pour la blockchain, ce qui implique à la fois une récompense FIL et la possibilité de percevoir des frais de transaction auprès d'autres personnes souhaitant inclure un message dans les blocs extraits.

Le système de preuve de Filecoin signifie que les mineurs ont besoin de matériel supplémentaire, mais les exigences sont encore suffisamment faibles pour que les individus férus de technologie puissent y adhérer. La configuration matérielle requise pour participer au réseau en tant que client est modeste. Les nœuds Filecoin exposent également une API pour l'interaction programmatique avec le réseau, permettant aux services tiers de s'appuyer sur les fonctionnalités du réseau principal.

Le résultat

Le stockage décentralisé offre une alternative intéressante à son homologue traditionnel et centralisé. Il donne aux développeurs la possibilité d'explorer de nouvelles régions entières de l'espace de compromis de conception, en mettant l'accent sur la robustesse et l'efficacité du stockage et de la diffusion de contenu. Filecoin montre que ces systèmes sont capables de fournir un produit de stockage compétitif doté de plusieurs propriétés hautement souhaitables, offrant à plus de personnes que jamais la possibilité de servir de gardiens de notre patrimoine numérique, tout en rendant le Web plus résilient et accessible aux personnes du monde entier.

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Mitch Wagner

Je suis développeur de logiciels à temps plein et écrivain à temps partiel, passionné par la diffusion de nouvelles et de connaissances sur le Web3.