一文了解CESS：第一个满足商业存储需求的去中心化存储网络

互联网巨头们的集体断网，再次为中心化网络敲响“丧钟”。

2022年6月21日，全球性的网络基础设施服务提供商Cloudflare发生故障，导致数百个大型网站出现断网，其中包括Discord、Medium、Coinbase、NordVPN和Feedly等巨头均受到影响。这种由“单点故障”导致的大面积断网让更多人再次考虑去中心化存储网络的必要性。

区块链倡导去中心化，但到目前为止，存储一直是去中心化的短板。一方面，区块链项目的前端和中间件部署在中心化的服务器上，容易受到攻击；另一方面，NFT、Gamefi等数据并没有实现去中心化存储。那么为这些存在的问题提供一个有效的解决方案就会产生一个新的商业模式——如何实现区块链网络的节点、NFT、GameFi的去中心化存储并实现流媒体或社交媒体在去中心化网络上的部署。

CESS的Web3之路

Web 3一词被Gavin wood在2014年解读为区块链技术带来的新一代互联网，当时Gavin还只是以太坊联合创始人兼CTO，尚未建立Parity和Polkadot（波卡）。2016年，Polkadot启动，以实现Web3的多链愿景，解决区块链之间的“孤岛”问题，让链上的应用程序和服务可以安全地跨链通信。CESS是Cumulus Encrypted Storage System的缩写，它作为一个基于substrate框架开发的去中心化基础设施，不仅能够为整个Polkadot 生态提供通用存储模块（指波卡生态项目通过在 CESS 的存储模块上集成即可把数据存在 CESS 存储系统，也可以调用这些数据上链），而且能为整个 Web3 世界及部分 Web2.0 企业提供去中心化数据云存储解决方案。

与其它去中心化存储项目相比，CESS通过随机选取轮值共识节点机制、多副本可恢复存储证明、多类型数据确权机制、代理重加密技术等创新，解决了去中心存储应用过程中费用高、检索慢、上传下载慢等问题，使去中心化存储能够满足流媒体这类需要高并发和传播及时性的商业应用需求。CESS也可以支持类似于去中心化的百度云盘和去中心化谷歌云盘这样的常见应用，更能支持GameFi、元宇宙等对链上数据交互有高需求的新一代应用。

在Polkadot生态中CESS是个“优等生”。Polkadot 2021年的亚太地区黑客松中，CESS LAB获得了“Build a Blockchain”的一等奖；2022年1月25日，CESS完成了Web3基金会（W3F） Grant需要交付的所有内容；2022年3月7日，W3F再次批准了CESS为Substrate提供存储模块的赠款提案。2022年6月29日，完成了关于《CESS为Substrate提供存储》的全部交付，通过了SBP（Substrate Builders Program）里程碑1。

今年波卡最大的全球性活动Polkadot Decoded期间，CESS中国社区经理Andy Zou在杭州的分享中指出了当前去中心化存储赛道的痛点，并提出了CESS的解决方案，如用多副本可恢复存储证明机制来解决传统存储的单点故障，CESS是第一个提供空间存储服务的去中心化存储网络。CESS全球市场运营经理John Humphreys-Ramos则在布宜诺斯艾利斯会场上介绍了CESS的随机选取轮值共识节点（R²S）机制，它解决了“矿工困境”，保证了对于区块历史的存储更加去中心化，也防止大矿工的过于集权而对网络整体的发展不利。全球商业开发主管 Louis Albuerne 在纽约会场提到CESS 在去中心化存储中使用了代理重加密技术和多类型数据确权机制（MDRC）。前者是一种密钥转换算法，可以将数据拥有者（授权人）公钥加密的密文转换为另一种密文，被转换后的密文可以由数据使用者（被授权人）的私钥进行解密，且不泄露数据所有者的私钥和明文信息，实现数据在 CESS 生态用户之间进行自由交易和分享。后者是指在用户上传数据至 CESS 存储系统时，网络会对数据进行数字指纹提取、指纹上链及指纹比对，进而对 CESS 网络中的数据进行追踪和溯源。

CESS的测试网已于7月5日上线，测试网将分几个阶段推出，并继续增加新的模块和功能。

CESS的技术创新

随机选取轮值共识节点机制R²S

CESS虽然主要用于存储，但它作为一条公链也需要就如何打包交易形成共识，它的共识层也需要考虑网络的安全性、性能、去中心化等问题。一个区块链网络中有很多节点，CESS从这些节点中随机选择一部分节点来维护共识，这种机制被称为随机选取轮值共识节点机制（R²S）。

R²S的逻辑在于兼顾网络安全性的同时，还能实现低Gas费和高TPS。网络从所有符合条件的候选节点中随机选择11个正式的轮值节点，也就是当值共识节点，来完成某段时间内的出块等维护共识的工作。候选节点也需要保持对网络的持续贡献，完成数据分片、加密、冗余等工作，这决定了它们是否能够参与下一个时间窗口的轮值节点竞争，网络也会在此期间为下一个时间窗口挑选出轮值节点。

为了在提高链上事务处理效率的同时又能保证节点的去中心化，CESS采用了创新的随机选取轮值共识节点机制（R²S）来实现区块打包以及其他链上事务。这套机制的重点在于“随机”与“共识”，即在一个时间窗口内会由一定数量的轮值节点负责共识的维护，并通过选取的随机性保证完全地去中心化。共识机制是去中心化存储网络中的核心，CESS团队在设计改机制时，有针对存储公链做特别的考量。

R²S的机制一方面实现了共识与存储的分离，即防止出现“矿工困境”与垄断。另一方面，通过可信执行环境（TEE）技术定期检查共识节点的诚实性和调度功能，来保证节点之间通过公平竞争来为网络提供高效率的服务。 

多副本可恢复存储证明PoDR²

多副本可恢复存储证明（PoDR²）机制确保CESS存储网络有效的存储了用户上传数据时定制的副本，即任意一份数据上传网络后，将会自动复制成若干个数据副本，为每个数据副本生成可恢复证明所需要辅助验证的元数据，并将这些元数据保存到网络中。

PoDR²存储机制作为CESS存储网络中的核心机制，最大的优点就在于：CESS在底层设计中就实现了对数据的加密、冗余等保护策略，存储矿工只需要将处理好的数据段进行存储并保证存储的有效性。即使部分矿工丢失了数据，网络也可以通过其他的数据段实现对原始数据的还原。此机制会以组成单个文件的所有数据段为整体进行统计与监测。一但某个数据段被认定为损坏时，CESS会自动生成新的数据段作为补充，并发送至新的存储矿工，保证副本的可恢复性，提升整体存储网络的鲁棒性。此机制大大降低了单点故障的可能性，提高了CESS整体存储网络中数据的安全性。

多类型数据确权机制MDRC

Web3让数据所有权回归用户本身，去中心化存储也已经有了用户“确权”的案例。CESS的多类型数据确权机制，从每个数据中提取数据指纹文件以生成数据证书ID。任何个人和企业都可以注册自己的创造成果，这益于区块链不可篡改的特性。

代理重加密技术

中心化存储不可避免地存在着数据泄露的可能，并导致人们对互联网和云技术的信任危机。

为了确保用户数据安全，CESS设计了一种去中心化的代理重加密机制，让数据所有者在不泄露数据内容的情况下，实现数据在数据所有者之间的转换。即用户上传至CESS存储网络的数据都会默认标记为公开或私有两种状态，如果用户选择私有状态，网络将对每个分段数据进行加密，然后再发送到全球存储矿工节点上进行存储。若用户选择将数据授权给其他人，此机制会对存储矿工节点上的数据进行授权加密，让指定对象可以利用数据私钥进行解密，达到访问数据安全的目的。

多层网络设计

“模块化”是区块链未来的一个发展趋势，模块化区块链只需要专注于区块链的少数功能，而不需要实现全部功能。如专注于扩容的Arbitrum、Optimism等Rollups，以及用于共识和数据可用性的Celestia等，都是模块化区块链的代表。

事实上，很多公链项目也采用了多层的模块化设计，以实现完整的区块链功能。如未来以太坊的执行层和共识层，Polkadot的中继链、平行链等。

CESS之所以决定自行架构完整的区块链，而不是只设计成某个模块，是因为它的区块中除了交易和存储证明外，还需要包括全网存储空间和存储内容元数据的记录。CESS的网络架构可以分为四层：区块链服务层、分布式存储资源层、分布式内容分发层以及应用层。

1. 区块链服务层处理所有交易和合约，包含了共识算法、存储证明、支付及激励等方面的功能。具体的共识算法已在上文中介绍，参与共识的节点也被称为共识矿工。

2. 分布式存储资源层是用于存储用户上传的文件、数据等信息的网络。存储矿工可以提交存储证明来获得奖励。在对存储空间进行规划时，CESS的共识矿工通过“池化”技术对所有的存储空间进行智能管理，形成去中心化的云存储池，再将切片后的数据段随机分发给满足要求的矿工，从而最大限度地有效利用分散的存储空间，避免大矿工的垄断，实现智能云空间管理。

3. 分布式内容分发层相当于去中心化的内容分发网络（CDN），以分布式的方式协同完成内容的快速交付，CESS的内容分发层包括检索矿工和缓存矿工。

4. 应用层之上则可以构建各种应用，相比于其它去中心化存储服务提供商，CESS除了提供分布式存储服务外，还有志于构建一个真正的云存储生态系统。CESS是使用Substrate开发的公链，在支持WASM的同时，也将兼容EVM，为项目迁移和开发提供便利性。

整个架构的设计中包含了四种矿工：存储矿工、共识矿工、检索矿工和缓存矿工，他们彼此独立又通力合作，保证网络的正常运行。在此基础上，开发人员即可在CESS上构建各类应用。

因为各类矿工可以各司其职，专注于自己的工作，参与到CESS中的存储硬件门槛也得到降低，只需1 TB的存储空间即可成为存储矿工。矿工会随机接收数据段，并不取决于矿工本身的规模。内容分发层的检索矿工和缓存矿工也因为不需要从事存储相关的事务，使CESS的检索、上传下载速度能够满足商业应用的需求。

应用

除了以上的各种技术以外，在用户层面，CESS与其它去中心化存储项目最大的不同就是它能提供动态数据存储服务。

这意味着CESS在去中心化商业存储赛道中首次开创了提供空间存储的服务，用户可以对数据随时进行修改和删除，快速的检索和数据返回非常满足于商业存储的高频快速、低成本的需求。

因此，CESS可以满足流媒体、社交应用、NFT、GameFi、医疗/科研交易分享平台等各种应用场景。CESS还计划采用预言机追踪其它去中心化存储项目的价格， 让CESS客户的存储成本不高于其他项目。

通证经济

CESS代币可以用于购买资源服务、支付网络Gas费、节点质押挖矿、激励DApp开发、激励矿工维护CESS网络的正常运行等。CESS代币发行总量为100亿，具体代币分配如下：

• 15%分配给早期贡献者，分配数量15亿，在6年内线性释放；

• 55%分配给矿工，分配数量55亿，线性释放，每4年减半一次；

• 10%分配给社区和DAO，分配数量10亿；

• 5%分配给商业合作伙伴，分配数量5亿；

• 5%作为储备金，分配数量5亿，用于紧急情况和未来生态发展；

• 10%作为融资，分配数量10亿，用于公众投资和战略投资。

小结

作为第一个致力于建立满足商业存储用途的去中心化存储网络，CESS通过技术上的创新，如多副本可恢复存储证明机制实现了对数据隐私和安全的保护，对数据资源“池化”实现了存储资源利用率最大化，为当前去中心化存储项目和商业存储服务设计理念上的创新和进步做出了卓越的贡献。除此以外，CESS能满足各种场景下的去中心化存储应用。CESS网络以Substrate框架为基础，以波卡生态为起点，打造CESS生态宏图，为各类去中心化应用程序的基础设施提供解决方案，不仅支持WASM，还将兼容EVM智能合约。这为全球开发者提供了高效的去中心化应用开发模式，也为CESS的快速发展铺平了道路。