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[tahoe-lafs/tahoe-lafs.git] / docs / architecture.rst
1 =======================
2 Tahoe-LAFS Architecture
3 =======================
4
5 1.  `Overview`_
6 2.  `The Key-Value Store`_
7 3.  `File Encoding`_
8 4.  `Capabilities`_
9 5.  `Server Selection`_
10 6.  `Swarming Download, Trickling Upload`_
11 7.  `The Filesystem Layer`_
12 8.  `Leases, Refreshing, Garbage Collection`_
13 9.  `File Repairer`_
14 10. `Security`_
15 11. `Reliability`_
16
17
18 Overview
19 ========
20
21 (See the `docs/specifications directory <specifications>`_ for more details.)
22
23 There are three layers: the key-value store, the filesystem, and the
24 application.
25
26 The lowest layer is the key-value store. The keys are "capabilities" -- short
27 ASCII strings -- and the values are sequences of data bytes. This data is
28 encrypted and distributed across a number of nodes, such that it will survive
29 the loss of most of the nodes. There are no hard limits on the size of the
30 values, but there may be performance issues with extremely large values (just
31 due to the limitation of network bandwidth). In practice, values as small as
32 a few bytes and as large as tens of gigabytes are in common use.
33
34 The middle layer is the decentralized filesystem: a directed graph in which
35 the intermediate nodes are directories and the leaf nodes are files. The leaf
36 nodes contain only the data -- they contain no metadata other than the length
37 in bytes. The edges leading to leaf nodes have metadata attached to them
38 about the file they point to. Therefore, the same file may be associated with
39 different metadata if it is referred to through different edges.
40
41 The top layer consists of the applications using the filesystem.
42 Allmydata.com used it for a backup service: the application periodically
43 copies files from the local disk onto the decentralized filesystem. We later
44 provide read-only access to those files, allowing users to recover them.
45 There are several other applications built on top of the Tahoe-LAFS
46 filesystem (see the `RelatedProjects
47 <https://tahoe-lafs.org/trac/tahoe-lafs/wiki/RelatedProjects>`_ page of the
48 wiki for a list).
49
50
51 The Key-Value Store
52 ===================
53
54 The key-value store is implemented by a grid of Tahoe-LAFS storage servers --
55 user-space processes. Tahoe-LAFS storage clients communicate with the storage
56 servers over TCP.
57
58 Storage servers hold data in the form of "shares". Shares are encoded pieces
59 of files. There are a configurable number of shares for each file, 10 by
60 default. Normally, each share is stored on a separate server, but in some
61 cases a single server can hold multiple shares of a file.
62
63 Nodes learn about each other through an "introducer". Each server connects to
64 the introducer at startup and announces its presence. Each client connects to
65 the introducer at startup, and receives a list of all servers from it. Each
66 client then connects to every server, creating a "bi-clique" topology. In the
67 current release, nodes behind NAT boxes will connect to all nodes that they
68 can open connections to, but they cannot open connections to other nodes
69 behind NAT boxes. Therefore, the more nodes behind NAT boxes, the less the
70 topology resembles the intended bi-clique topology.
71
72 The introducer is a Single Point of Failure ("SPoF"), in that clients who
73 never connect to the introducer will be unable to connect to any storage
74 servers, but once a client has been introduced to everybody, it does not need
75 the introducer again until it is restarted. The danger of a SPoF is further
76 reduced in two ways. First, the introducer is defined by a hostname and a
77 private key, which are easy to move to a new host in case the original one
78 suffers an unrecoverable hardware problem. Second, even if the private key is
79 lost, clients can be reconfigured to use a new introducer.
80
81 For future releases, we have plans to decentralize introduction, allowing any
82 server to tell a new client about all the others.
83
84
85 File Encoding
86 =============
87
88 When a client stores a file on the grid, it first encrypts the file. It then
89 breaks the encrypted file into small segments, in order to reduce the memory
90 footprint, and to decrease the lag between initiating a download and
91 receiving the first part of the file; for example the lag between hitting
92 "play" and a movie actually starting.
93
94 The client then erasure-codes each segment, producing blocks of which only a
95 subset are needed to reconstruct the segment (3 out of 10, with the default
96 settings).
97
98 It sends one block from each segment to a given server. The set of blocks on
99 a given server constitutes a "share". Therefore a subset f the shares (3 out
100 of 10, by default) are needed to reconstruct the file.
101
102 A hash of the encryption key is used to form the "storage index", which is
103 used for both server selection (described below) and to index shares within
104 the Storage Servers on the selected nodes.
105
106 The client computes secure hashes of the ciphertext and of the shares. It
107 uses `Merkle Trees`_ so that it is possible to verify the correctness of a
108 subset of the data without requiring all of the data. For example, this
109 allows you to verify the correctness of the first segment of a movie file and
110 then begin playing the movie file in your movie viewer before the entire
111 movie file has been downloaded.
112
113 These hashes are stored in a small datastructure named the Capability
114 Extension Block which is stored on the storage servers alongside each share.
115
116 The capability contains the encryption key, the hash of the Capability
117 Extension Block, and any encoding parameters necessary to perform the
118 eventual decoding process. For convenience, it also contains the size of the
119 file being stored.
120
121 To download, the client that wishes to turn a capability into a sequence of
122 bytes will obtain the blocks from storage servers, use erasure-decoding to
123 turn them into segments of ciphertext, use the decryption key to convert that
124 into plaintext, then emit the plaintext bytes to the output target.
125
126 .. _`Merkle Trees`: http://systems.cs.colorado.edu/grunwald/Classes/Fall2003-InformationStorage/Papers/merkle-tree.pdf
127
128
129 Capabilities
130 ============
131
132 Capabilities to immutable files represent a specific set of bytes. Think of
133 it like a hash function: you feed in a bunch of bytes, and you get out a
134 capability, which is deterministically derived from the input data: changing
135 even one bit of the input data will result in a completely different
136 capability.
137
138 Read-only capabilities to mutable files represent the ability to get a set of
139 bytes representing some version of the file, most likely the latest version.
140 Each read-only capability is unique. In fact, each mutable file has a unique
141 public/private key pair created when the mutable file is created, and the
142 read-only capability to that file includes a secure hash of the public key.
143
144 Read-write capabilities to mutable files represent the ability to read the
145 file (just like a read-only capability) and also to write a new version of
146 the file, overwriting any extant version. Read-write capabilities are unique
147 -- each one includes the secure hash of the private key associated with that
148 mutable file.
149
150 The capability provides both "location" and "identification": you can use it
151 to retrieve a set of bytes, and then you can use it to validate ("identify")
152 that these potential bytes are indeed the ones that you were looking for.
153
154 The "key-value store" layer doesn't include human-meaningful names.
155 Capabilities sit on the "global+secure" edge of `Zooko's Triangle`_. They are
156 self-authenticating, meaning that nobody can trick you into accepting a file
157 that doesn't match the capability you used to refer to that file. The
158 filesystem layer (described below) adds human-meaningful names atop the
159 key-value layer.
160
161 .. _`Zooko's Triangle`: https://en.wikipedia.org/wiki/Zooko%27s_triangle
162
163
164 Server Selection
165 ================
166
167 When a file is uploaded, the encoded shares are sent to some servers. But to
168 which ones? The "server selection" algorithm is used to make this choice.
169
170 The storage index is used to consistently-permute the set of all servers nodes
171 (by sorting them by ``HASH(storage_index+nodeid)``). Each file gets a different
172 permutation, which (on average) will evenly distribute shares among the grid
173 and avoid hotspots. Each server has announced its available space when it
174 connected to the introducer, and we use that available space information to
175 remove any servers that cannot hold an encoded share for our file. Then we ask
176 some of the servers thus removed if they are already holding any encoded shares
177 for our file; we use this information later. (We ask any servers which are in
178 the first 2*``N`` elements of the permuted list.)
179
180 We then use the permuted list of servers to ask each server, in turn, if it
181 will hold a share for us (a share that was not reported as being already
182 present when we talked to the full servers earlier, and that we have not
183 already planned to upload to a different server). We plan to send a share to a
184 server by sending an 'allocate_buckets() query' to the server with the number
185 of that share. Some will say yes they can hold that share, others (those who
186 have become full since they announced their available space) will say no; when
187 a server refuses our request, we take that share to the next server on the
188 list. In the response to allocate_buckets() the server will also inform us of
189 any shares of that file that it already has. We keep going until we run out of
190 shares that need to be stored. At the end of the process, we'll have a table
191 that maps each share number to a server, and then we can begin the encode and
192 push phase, using the table to decide where each share should be sent.
193
194 Most of the time, this will result in one share per server, which gives us
195 maximum reliability.  If there are fewer writable servers than there are
196 unstored shares, we'll be forced to loop around, eventually giving multiple
197 shares to a single server.
198
199 If we have to loop through the node list a second time, we accelerate the query
200 process, by asking each node to hold multiple shares on the second pass. In
201 most cases, this means we'll never send more than two queries to any given
202 node.
203
204 If a server is unreachable, or has an error, or refuses to accept any of our
205 shares, we remove it from the permuted list, so we won't query it again for
206 this file. If a server already has shares for the file we're uploading, we add
207 that information to the share-to-server table. This lets us do less work for
208 files which have been uploaded once before, while making sure we still wind up
209 with as many shares as we desire.
210
211 Before a file upload is called successful, it has to pass an upload health
212 check. For immutable files, we check to see that a condition called
213 'servers-of-happiness' is satisfied. When satisfied, 'servers-of-happiness'
214 assures us that enough pieces of the file are distributed across enough
215 servers on the grid to ensure that the availability of the file will not be
216 affected if a few of those servers later fail. For mutable files and
217 directories, we check to see that all of the encoded shares generated during
218 the upload process were successfully placed on the grid. This is a weaker
219 check than 'servers-of-happiness'; it does not consider any information about
220 how the encoded shares are placed on the grid, and cannot detect situations in
221 which all or a majority of the encoded shares generated during the upload
222 process reside on only one storage server. We hope to extend
223 'servers-of-happiness' to mutable files in a future release of Tahoe-LAFS. If,
224 at the end of the upload process, the appropriate upload health check fails,
225 the upload is considered a failure.
226
227 The current defaults use ``k`` = 3, ``servers_of_happiness`` = 7, and ``N`` = 10.
228 ``N`` = 10 means that we'll try to place 10 shares. ``k`` = 3 means that we need
229 any three shares to recover the file. ``servers_of_happiness`` = 7 means that
230 we'll consider an immutable file upload to be successful if we can place shares
231 on enough servers that there are 7 different servers, the correct functioning
232 of any ``k`` of which guarantee the availability of the immutable file.
233
234 ``N`` = 10 and ``k`` = 3 means there is a 3.3x expansion factor. On a small grid, you
235 should set ``N`` about equal to the number of storage servers in your grid; on a
236 large grid, you might set it to something smaller to avoid the overhead of
237 contacting every server to place a file. In either case, you should then set ``k``
238 such that ``N``/``k`` reflects your desired availability goals. The best value for
239 ``servers_of_happiness`` will depend on how you use Tahoe-LAFS. In a friendnet
240 with a variable number of servers, it might make sense to set it to the smallest
241 number of servers that you expect to have online and accepting shares at any
242 given time. In a stable environment without much server churn, it may make
243 sense to set ``servers_of_happiness`` = ``N``.
244
245 When downloading a file, the current version just asks all known servers for
246 any shares they might have. Once it has received enough responses that it
247 knows where to find the needed k shares, it downloads at least the first
248 segment from those servers. This means that it tends to download shares from
249 the fastest servers. If some servers had more than one share, it will continue
250 sending "Do You Have Block" requests to other servers, so that it can download
251 subsequent segments from distinct servers (sorted by their DYHB round-trip
252 times), if possible.
253
254   *future work*
255
256   A future release will use the server selection algorithm to reduce the
257   number of queries that must be sent out.
258
259   Other peer-node selection algorithms are possible. One earlier version
260   (known as "Tahoe 3") used the permutation to place the nodes around a large
261   ring, distributed the shares evenly around the same ring, then walked
262   clockwise from 0 with a basket. Each time it encountered a share, it put it
263   in the basket, each time it encountered a server, give it as many shares
264   from the basket as they'd accept. This reduced the number of queries
265   (usually to 1) for small grids (where ``N`` is larger than the number of
266   nodes), but resulted in extremely non-uniform share distribution, which
267   significantly hurt reliability (sometimes the permutation resulted in most
268   of the shares being dumped on a single node).
269
270   Another algorithm (known as "denver airport" [#naming]_) uses the permuted hash to
271   decide on an approximate target for each share, then sends lease requests
272   via Chord routing. The request includes the contact information of the
273   uploading node, and asks that the node which eventually accepts the lease
274   should contact the uploader directly. The shares are then transferred over
275   direct connections rather than through multiple Chord hops. Download uses
276   the same approach. This allows nodes to avoid maintaining a large number of
277   long-term connections, at the expense of complexity and latency.
278
279 .. [#naming]  all of these names are derived from the location where they were
280         concocted, in this case in a car ride from Boulder to DEN. To be
281         precise, "Tahoe 1" was an unworkable scheme in which everyone who holds
282         shares for a given file would form a sort of cabal which kept track of
283         all the others, "Tahoe 2" is the first-100-nodes in the permuted hash
284         described in this document, and "Tahoe 3" (or perhaps "Potrero hill 1")
285         was the abandoned ring-with-many-hands approach.
286
287
288 Swarming Download, Trickling Upload
289 ===================================
290
291 Because the shares being downloaded are distributed across a large number of
292 nodes, the download process will pull from many of them at the same time. The
293 current encoding parameters require 3 shares to be retrieved for each
294 segment, which means that up to 3 nodes will be used simultaneously. For
295 larger networks, 8-of-22 encoding could be used, meaning 8 nodes can be used
296 simultaneously. This allows the download process to use the sum of the
297 available nodes' upload bandwidths, resulting in downloads that take full
298 advantage of the common 8x disparity between download and upload bandwith on
299 modern ADSL lines.
300
301 On the other hand, uploads are hampered by the need to upload encoded shares
302 that are larger than the original data (3.3x larger with the current default
303 encoding parameters), through the slow end of the asymmetric connection. This
304 means that on a typical 8x ADSL line, uploading a file will take about 32
305 times longer than downloading it again later.
306
307 Smaller expansion ratios can reduce this upload penalty, at the expense of
308 reliability (see `Reliability`_, below). By using an "upload helper", this
309 penalty is eliminated: the client does a 1x upload of encrypted data to the
310 helper, then the helper performs encoding and pushes the shares to the
311 storage servers. This is an improvement if the helper has significantly
312 higher upload bandwidth than the client, so it makes the most sense for a
313 commercially-run grid for which all of the storage servers are in a colo
314 facility with high interconnect bandwidth. In this case, the helper is placed
315 in the same facility, so the helper-to-storage-server bandwidth is huge.
316
317 See `<helper.rst>`_ for details about the upload helper.
318
319
320 The Filesystem Layer
321 ====================
322
323 The "filesystem" layer is responsible for mapping human-meaningful pathnames
324 (directories and filenames) to pieces of data. The actual bytes inside these
325 files are referenced by capability, but the filesystem layer is where the
326 directory names, file names, and metadata are kept.
327
328 The filesystem layer is a graph of directories. Each directory contains a
329 table of named children. These children are either other directories or
330 files. All children are referenced by their capability.
331
332 A directory has two forms of capability: read-write caps and read-only caps.
333 The table of children inside the directory has a read-write and read-only
334 capability for each child. If you have a read-only capability for a given
335 directory, you will not be able to access the read-write capability of its
336 children. This results in "transitively read-only" directory access.
337
338 By having two different capabilities, you can choose which you want to share
339 with someone else. If you create a new directory and share the read-write
340 capability for it with a friend, then you will both be able to modify its
341 contents. If instead you give them the read-only capability, then they will
342 *not* be able to modify the contents. Any capability that you receive can be
343 linked in to any directory that you can modify, so very powerful
344 shared+published directory structures can be built from these components.
345
346 This structure enable individual users to have their own personal space, with
347 links to spaces that are shared with specific other users, and other spaces
348 that are globally visible.
349
350
351 Leases, Refreshing, Garbage Collection
352 ======================================
353
354 When a file or directory in the virtual filesystem is no longer referenced,
355 the space that its shares occupied on each storage server can be freed,
356 making room for other shares. Tahoe-LAFS uses a garbage collection ("GC")
357 mechanism to implement this space-reclamation process. Each share has one or
358 more "leases", which are managed by clients who want the file/directory to be
359 retained. The storage server accepts each share for a pre-defined period of
360 time, and is allowed to delete the share if all of the leases are cancelled
361 or allowed to expire.
362
363 Garbage collection is not enabled by default: storage servers will not delete
364 shares without being explicitly configured to do so. When GC is enabled,
365 clients are responsible for renewing their leases on a periodic basis at
366 least frequently enough to prevent any of the leases from expiring before the
367 next renewal pass.
368
369 See `<garbage-collection.rst>`_ for further information, and for how to
370 configure garbage collection.
371
372
373 File Repairer
374 =============
375
376 Shares may go away because the storage server hosting them has suffered a
377 failure: either temporary downtime (affecting availability of the file), or a
378 permanent data loss (affecting the preservation of the file). Hard drives
379 crash, power supplies explode, coffee spills, and asteroids strike. The goal
380 of a robust distributed filesystem is to survive these setbacks.
381
382 To work against this slow, continual loss of shares, a File Checker is used
383 to periodically count the number of shares still available for any given
384 file. A more extensive form of checking known as the File Verifier can
385 download the ciphertext of the target file and perform integrity checks
386 (using strong hashes) to make sure the data is stil intact. When the file is
387 found to have decayed below some threshold, the File Repairer can be used to
388 regenerate and re-upload the missing shares. These processes are conceptually
389 distinct (the repairer is only run if the checker/verifier decides it is
390 necessary), but in practice they will be closely related, and may run in the
391 same process.
392
393 The repairer process does not get the full capability of the file to be
394 maintained: it merely gets the "repairer capability" subset, which does not
395 include the decryption key. The File Verifier uses that data to find out
396 which nodes ought to hold shares for this file, and to see if those nodes are
397 still around and willing to provide the data. If the file is not healthy
398 enough, the File Repairer is invoked to download the ciphertext, regenerate
399 any missing shares, and upload them to new nodes. The goal of the File
400 Repairer is to finish up with a full set of ``N`` shares.
401
402 There are a number of engineering issues to be resolved here. The bandwidth,
403 disk IO, and CPU time consumed by the verification/repair process must be
404 balanced against the robustness that it provides to the grid. The nodes
405 involved in repair will have very different access patterns than normal
406 nodes, such that these processes may need to be run on hosts with more memory
407 or network connectivity than usual. The frequency of repair will directly
408 affect the resources consumed. In some cases, verification of multiple files
409 can be performed at the same time, and repair of files can be delegated off
410 to other nodes.
411
412   *future work*
413
414   Currently there are two modes of checking on the health of your file:
415   "Checker" simply asks storage servers which shares they have and does
416   nothing to try to verify that they aren't lying. "Verifier" downloads and
417   cryptographically verifies every bit of every share of the file from every
418   server, which costs a lot of network and CPU. A future improvement would be
419   to make a random-sampling verifier which downloads and cryptographically
420   verifies only a few randomly-chosen blocks from each server. This would
421   require much less network and CPU but it could make it extremely unlikely
422   that any sort of corruption -- even malicious corruption intended to evade
423   detection -- would evade detection. This would be an instance of a
424   cryptographic notion called "Proof of Retrievability". Note that to implement
425   this requires no change to the server or to the cryptographic data structure
426   -- with the current data structure and the current protocol it is up to the
427   client which blocks they choose to download, so this would be solely a change
428   in client behavior.
429
430
431 Security
432 ========
433
434 The design goal for this project is that an attacker may be able to deny
435 service (i.e. prevent you from recovering a file that was uploaded earlier)
436 but can accomplish none of the following three attacks:
437
438 1) violate confidentiality: the attacker gets to view data to which you have
439    not granted them access
440 2) violate integrity: the attacker convinces you that the wrong data is
441    actually the data you were intending to retrieve
442 3) violate unforgeability: the attacker gets to modify a mutable file or
443    directory (either the pathnames or the file contents) to which you have
444    not given them write permission
445
446 Integrity (the promise that the downloaded data will match the uploaded data)
447 is provided by the hashes embedded in the capability (for immutable files) or
448 the digital signature (for mutable files). Confidentiality (the promise that
449 the data is only readable by people with the capability) is provided by the
450 encryption key embedded in the capability (for both immutable and mutable
451 files). Data availability (the hope that data which has been uploaded in the
452 past will be downloadable in the future) is provided by the grid, which
453 distributes failures in a way that reduces the correlation between individual
454 node failure and overall file recovery failure, and by the erasure-coding
455 technique used to generate shares.
456
457 Many of these security properties depend upon the usual cryptographic
458 assumptions: the resistance of AES and RSA to attack, the resistance of
459 SHA-256 to collision attacks and pre-image attacks, and upon the proximity of
460 2^-128 and 2^-256 to zero. A break in AES would allow a confidentiality
461 violation, a collision break in SHA-256 would allow a consistency violation,
462 and a break in RSA would allow a mutability violation.
463
464 There is no attempt made to provide anonymity, neither of the origin of a
465 piece of data nor the identity of the subsequent downloaders. In general,
466 anyone who already knows the contents of a file will be in a strong position
467 to determine who else is uploading or downloading it. Also, it is quite easy
468 for a sufficiently large coalition of nodes to correlate the set of nodes who
469 are all uploading or downloading the same file, even if the attacker does not
470 know the contents of the file in question.
471
472 Also note that the file size and (when convergence is being used) a keyed
473 hash of the plaintext are not protected. Many people can determine the size
474 of the file you are accessing, and if they already know the contents of a
475 given file, they will be able to determine that you are uploading or
476 downloading the same one.
477
478 The capability-based security model is used throughout this project.
479 Directory operations are expressed in terms of distinct read- and write-
480 capabilities. Knowing the read-capability of a file is equivalent to the
481 ability to read the corresponding data. The capability to validate the
482 correctness of a file is strictly weaker than the read-capability (possession
483 of read-capability automatically grants you possession of
484 validate-capability, but not vice versa). These capabilities may be expressly
485 delegated (irrevocably) by simply transferring the relevant secrets.
486
487 The application layer can provide whatever access model is desired, built on
488 top of this capability access model. The first big user of this system so far
489 is allmydata.com. The allmydata.com access model currently works like a
490 normal web site, using username and password to give a user access to her
491 "virtual drive". In addition, allmydata.com users can share individual files
492 (using a file sharing interface built on top of the immutable file read
493 capabilities).
494
495
496 Reliability
497 ===========
498
499 File encoding and peer-node selection parameters can be adjusted to achieve
500 different goals. Each choice results in a number of properties; there are
501 many tradeoffs.
502
503 First, some terms: the erasure-coding algorithm is described as ``k``-out-of-``N``
504 (for this release, the default values are ``k`` = 3 and ``N`` = 10). Each grid will
505 have some number of nodes; this number will rise and fall over time as nodes
506 join, drop out, come back, and leave forever. Files are of various sizes, some
507 are popular, others are unpopular. Nodes have various capacities, variable
508 upload/download bandwidths, and network latency. Most of the mathematical
509 models that look at node failure assume some average (and independent)
510 probability 'P' of a given node being available: this can be high (servers
511 tend to be online and available >90% of the time) or low (laptops tend to be
512 turned on for an hour then disappear for several days). Files are encoded in
513 segments of a given maximum size, which affects memory usage.
514
515 The ratio of ``N``/``k`` is the "expansion factor". Higher expansion factors
516 improve reliability very quickly (the binomial distribution curve is very sharp),
517 but consumes much more grid capacity. When P=50%, the absolute value of ``k``
518 affects the granularity of the binomial curve (1-out-of-2 is much worse than
519 50-out-of-100), but high values asymptotically approach a constant (i.e.
520 500-of-1000 is not much better than 50-of-100). When P is high and the
521 expansion factor is held at a constant, higher values of ``k`` and ``N`` give
522 much better reliability (for P=99%, 50-out-of-100 is much much better than
523 5-of-10, roughly 10^50 times better), because there are more shares that can
524 be lost without losing the file.
525
526 Likewise, the total number of nodes in the network affects the same
527 granularity: having only one node means a single point of failure, no matter
528 how many copies of the file you make. Independent nodes (with uncorrelated
529 failures) are necessary to hit the mathematical ideals: if you have 100 nodes
530 but they are all in the same office building, then a single power failure
531 will take out all of them at once. Pseudospoofing, also called a "Sybil Attack",
532 is where a single attacker convinces you that they are actually multiple
533 servers, so that you think you are using a large number of independent nodes,
534 but in fact you have a single point of failure (where the attacker turns off
535 all their machines at once). Large grids, with lots of truly independent nodes,
536 will enable the use of lower expansion factors to achieve the same reliability,
537 but will increase overhead because each node needs to know something about
538 every other, and the rate at which nodes come and go will be higher (requiring
539 network maintenance traffic). Also, the File Repairer work will increase with
540 larger grids, although then the job can be distributed out to more nodes.
541
542 Higher values of ``N`` increase overhead: more shares means more Merkle hashes
543 that must be included with the data, and more nodes to contact to retrieve
544 the shares. Smaller segment sizes reduce memory usage (since each segment
545 must be held in memory while erasure coding runs) and improves "alacrity"
546 (since downloading can validate a smaller piece of data faster, delivering it
547 to the target sooner), but also increase overhead (because more blocks means
548 more Merkle hashes to validate them).
549
550 In general, small private grids should work well, but the participants will
551 have to decide between storage overhead and reliability. Large stable grids
552 will be able to reduce the expansion factor down to a bare minimum while
553 still retaining high reliability, but large unstable grids (where nodes are
554 coming and going very quickly) may require more repair/verification bandwidth
555 than actual upload/download traffic.