The problem of repairing linear codes and, in particular, Reed Solomon (RS) codes has attracted a lot of attention in recent years due to their extreme importance to distributed storage systems. In this problem, a failed code symbol (node) needs to be repaired by downloading as little information as possible from a subset of the remaining nodes. By now, there are examples of RS codes that have efficient repair schemes, and some even attain the cut-set bound. However, these schemes fall short in several aspects; they require a considerable field extension degree. They do not provide any nontrivial repair scheme over prime fields. Lastly, they are all linear repairs, i.e., the computed functions are linear over the base field. Motivated by these and by a question raised in [GW17] on the power of nonlinear repair schemes, we study the problem of nonlinear repair schemes of RS codes. Our main results are the first nonlinear repair scheme of RS codes with asymptotically optimal repair bandwidth (asymptotically matching the cut-set bound). This is the first example of a nonlinear repair scheme of any code and also the first example that a nonlinear repair scheme can outperform all linear ones. Lastly, we show that the cut-set bound for RS codes is not tight over prime fields by proving a tighter bound, using additive combinatorics ideas.


翻译:修复线性代码的问题,特别是Reed Solomon(RS)代码的问题,近年来由于对分布式存储系统的极端重要性,已经引起人们的极大关注。在这个问题中,一个失败的代码符号(节点)需要通过从剩余节点的一个子上尽可能少地下载信息来修复。到现在,我们研究的是具有有效修理办法的RS代码问题,有些甚至达到剪裁界限。然而,这些计划在许多方面都存在缺陷;它们需要相当的实地扩展程度。它们并不为主要字段提供任何非边际的修复计划。最后,它们都是线性修复计划,即计算功能是直线性修复的。由于这些问题和在[GW17]中就非线性修复计划的力量提出的问题,我们研究的是RS代码的非线性修复计划问题。我们的主要结果就是RS代码的第一个非线性修复计划,具有同样最优化的补救带宽度的频谱。这是第一个非线性修复计划的例子,即计算功能是基础字段的线性修复计划,不是线性修复计划,任何线性线性修计划,而是任何线性线性修正的线性修正计划。通过任何直线性规则的线性修正计划,也可以展示任何直线性修正计划。

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