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