Descentralización del almacenamiento: de la concepción a la aplicación

El almacenamiento fue una de las pistas más populares en la industria de blockchain. Filecoin, como el proyecto líder de la última corrida alcista, llegó a tener un valor de mercado de más de 10 mil millones de dólares. Arweave, con su propuesta de almacenamiento permanente, alcanzó un valor de mercado máximo de 3.5 mil millones de dólares. Sin embargo, a medida que se revelaron las limitaciones del almacenamiento de datos fríos, se cuestionó la necesidad del almacenamiento permanente, y el futuro del almacenamiento descentralizado también quedó en duda.

La aparición de Walrus ha traído nueva vitalidad a la larga olvidada pista de almacenamiento. Ahora, Aptos y Jump Crypto han colaborado para lanzar Shelby, con el objetivo de impulsar la Descentralización del almacenamiento en el ámbito de los datos calientes. ¿Podrá el almacenamiento descentralizado regresar y ofrecer amplios escenarios de aplicación? ¿O será otra ronda de especulación de conceptos? Este artículo analizará la evolución del almacenamiento descentralizado a partir de las trayectorias de desarrollo de cuatro proyectos: Filecoin, Arweave, Walrus y Shelby, y explorará sus perspectivas futuras.

Filecoin: el nombre del almacenamiento, la realidad de la minería

Filecoin es uno de los primeros proyectos de criptomonedas que surgieron, y su dirección de desarrollo gira en torno a la Descentralización. Esta es una característica común de los proyectos de criptomonedas tempranas: explorar el significado de la Descentralización en varios campos tradicionales. Filecoin combina almacenamiento y Descentralización, planteando los riesgos de confianza del almacenamiento de datos centralizado, intentando transformar el almacenamiento centralizado en almacenamiento descentralizado. Sin embargo, ciertos compromisos realizados para lograr la Descentralización se convirtieron precisamente en los puntos críticos que proyectos posteriores como Arweave o Walrus intentaron resolver. Para entender por qué Filecoin es esencialmente un proyecto de moneda minera, es necesario comprender las limitaciones objetivas de su tecnología subyacente IPFS en el manejo de datos calientes.

IPFS: Descentralización arquitectura de los cuellos de botella en la transmisión

IPFS(, el Sistema de Archivos Interplanetario, surgió alrededor de 2015, con el objetivo de reemplazar el protocolo HTTP tradicional a través de la direccionamiento de contenido. El mayor problema de IPFS es que la velocidad de obtención es extremadamente lenta. En una era donde los servicios de datos tradicionales pueden lograr respuestas en milisegundos, obtener un archivo a través de IPFS aún puede tardar decenas de segundos, lo que dificulta su promoción en aplicaciones prácticas y explica por qué, aparte de algunos proyectos de blockchain, rara vez es adoptado por la industria tradicional.

El protocolo P2P subyacente de IPFS es principalmente adecuado para "datos fríos", es decir, contenido estático que no cambia con frecuencia, como videos, imágenes y documentos. Sin embargo, al tratar con datos calientes, como páginas web dinámicas, juegos en línea o aplicaciones de IA, el protocolo P2P no presenta ventajas significativas en comparación con el CDN tradicional.

A pesar de que IPFS en sí mismo no es una blockchain, su diseño de gráfico acíclico dirigido )DAG( se alinea estrechamente con muchas cadenas de bloques públicas y protocolos Web3, lo que lo convierte en un marco de construcción subyacente naturalmente adecuado para blockchain. Por lo tanto, incluso sin un valor práctico, como marco subyacente para la narrativa blockchain es suficiente; los primeros proyectos de criptomonedas solo necesitaban un marco funcional para iniciar grandes visiones. Pero cuando Filecoin alcanzó cierta etapa de desarrollo, las limitaciones que traía IPFS comenzaron a obstaculizar su desarrollo adicional.

) lógica de monedas mineras bajo la capa de almacenamiento

El diseño de IPFS tiene como objetivo permitir que los usuarios, al almacenar datos, también se conviertan en parte de la red de almacenamiento. Sin embargo, en ausencia de incentivos económicos, es difícil que los usuarios utilicen este sistema de manera voluntaria, y mucho menos que se conviertan en nodos de almacenamiento activos. Esto significa que la mayoría de los usuarios solo almacenarán archivos en IPFS, pero no contribuirán con su espacio de almacenamiento ni almacenarán los archivos de otros. Es en este contexto que nace Filecoin.

En el modelo económico de tokens de Filecoin, hay principalmente tres roles: los usuarios son responsables de pagar tarifas para almacenar datos; los mineros de almacenamiento reciben recompensas en tokens por almacenar los datos de los usuarios; los mineros de recuperación proporcionan datos cuando los usuarios los necesitan y obtienen recompensas.

Este modelo presenta un potencial espacio para el comportamiento malicioso. Los mineros de almacenamiento pueden, después de proporcionar espacio de almacenamiento, llenar con datos basura para obtener recompensas. Dado que estos datos basura no serán recuperados, incluso si se pierden, no activarán el mecanismo de penalización de los mineros de almacenamiento. Esto permite a los mineros de almacenamiento eliminar datos basura y repetir este proceso. El consenso de prueba de replicación de Filecoin solo puede asegurar que los datos del usuario no hayan sido eliminados de forma privada, pero no puede evitar que los mineros llenen con datos basura.

El funcionamiento de Filecoin depende en gran medida de la inversión continua de los mineros en la economía de tokens, en lugar de basarse en la demanda real de almacenamiento distribuido por parte de los usuarios finales. Aunque el proyecto sigue iterando, en la etapa actual, la construcción del ecosistema de Filecoin se ajusta más a la "lógica de la minería" que a la posición de un proyecto de almacenamiento "impulsado por aplicaciones".

Arweave: Éxito y fracaso del largo plazo

En comparación con Filecoin, que intenta construir una "nube de datos" descentralizada que sea incentivada y verificable, Arweave se dirige hacia el extremo opuesto en el almacenamiento: proporcionar capacidad de almacenamiento permanente para los datos. Arweave no intenta construir una plataforma de computación distribuida; todo su sistema se desarrolla en torno a una hipótesis central: los datos importantes deben ser almacenados de una sola vez y permanecer en la red para siempre. Este extremo enfoque a largo plazo hace que Arweave sea muy diferente de Filecoin en términos de mecanismos, modelos de incentivos, requisitos de hardware y perspectivas narrativas.

Arweave toma a Bitcoin como objeto de estudio, intentando optimizar continuamente su red de almacenamiento permanente en ciclos largos que se cuentan en años. Arweave no se preocupa por el marketing, ni le importa el desarrollo de competidores y tendencias del mercado. Solo avanza en el camino de iterar la arquitectura de la red, sin importar si nadie se interesa, porque esa es la esencia del equipo de desarrollo de Arweave: el largo plazo. Gracias al largo plazo, Arweave recibió un gran apoyo en el último mercado alcista; y también por el largo plazo, incluso si cae a fondo, Arweave podría resistir varias rondas de mercados alcistas y bajistas. Pero, ¿tendrá Arweave un lugar en el futuro almacenamiento Descentralización? El valor de existencia del almacenamiento permanente solo puede demostrarse con el tiempo.

La red principal de Arweave ha pasado de la versión 1.5 a la versión 2.9 más reciente. A pesar de haber perdido la atención del mercado, ha estado dedicada a permitir que un mayor número de mineros participen en la red con el menor costo posible, y a incentivar a los mineros a almacenar datos al máximo, mejorando continuamente la robustez de toda la red. Arweave es consciente de que no se ajusta a las preferencias del mercado, por lo que ha adoptado un enfoque conservador, no abrazando a la comunidad minera, con un ecosistema completamente estancado, actualizando la red principal con el menor costo posible, y disminuyendo continuamente el umbral de hardware sin comprometer la seguridad de la red.

Revisión del camino de actualización de 1.5 a 2.9

La versión 1.5 de Arweave expuso una vulnerabilidad que permite a los mineros confiar en el apilamiento de GPU en lugar de almacenamiento real para optimizar la probabilidad de encontrar bloques. Para frenar esta tendencia, la versión 1.7 introdujo el algoritmo RandomX, limitando el uso de potencia de cálculo especializada y exigiendo la participación de CPU genéricas en la minería, debilitando así la centralización de la potencia de cálculo.

En la versión 2.0, Arweave adopta SPoA, convirtiendo la prueba de datos en una ruta simplificada de estructura de árbol de Merkle, e introduce transacciones de formato 2 para reducir la carga de sincronización. Esta arquitectura alivia la presión sobre el ancho de banda de la red, mejorando significativamente la capacidad de cooperación de los nodos. Sin embargo, algunos mineros aún pueden eludir la responsabilidad real de poseer datos a través de estrategias de piscinas de almacenamiento centralizado de alta velocidad.

Para corregir este sesgo, se lanzó el mecanismo SPoRA en 2.4, introduciendo un índice global y acceso aleatorio de hash lento, lo que obliga a los mineros a poseer realmente bloques de datos para participar en la generación efectiva de bloques, debilitando así el efecto de apilamiento de poder de cómputo desde el mecanismo. Como resultado, los mineros comenzaron a centrarse en la velocidad de acceso a almacenamiento, promoviendo la aplicación de SSD y dispositivos de lectura/escritura de alta velocidad. La versión 2.6 introdujo una cadena de hash para controlar el ritmo de generación de bloques, equilibrando los beneficios marginales de los dispositivos de alto rendimiento y proporcionando un espacio justo para la participación de mineros pequeños y medianos.

Las versiones posteriores refuerzan aún más la capacidad de colaboración en red y la diversidad de almacenamiento: la 2.7 añade minería colaborativa y un mecanismo de pools, mejorando la competitividad de los pequeños mineros; la 2.8 introduce un mecanismo de empaquetado compuesto, permitiendo que dispositivos de gran capacidad y baja velocidad participen de manera flexible; la 2.9 introduce un nuevo proceso de empaquetado en formato replica_2_9, mejorando significativamente la eficiencia y reduciendo la dependencia computacional, completando el ciclo del modelo de minería orientado a datos.

En general, la ruta de actualización de Arweave presenta claramente su estrategia a largo plazo orientada al almacenamiento: resistiendo continuamente la tendencia a la concentración de poder de cómputo, mientras se reduce constantemente la barrera de entrada, garantizando la posibilidad de funcionamiento a largo plazo del protocolo.

Walrus: un nuevo intento de almacenamiento de datos calientes

La idea de diseño de Walrus es completamente diferente a la de Filecoin y Arweave. El punto de partida de Filecoin es crear un sistema de almacenamiento descentralizado y verificable, a costa de almacenamiento de datos fríos; el punto de partida de Arweave es crear una biblioteca de Alejandría en la cadena que pueda almacenar datos de forma permanente, a costa de tener muy pocos casos de uso; el punto de partida de Walrus es optimizar el costo de almacenamiento del protocolo de almacenamiento de datos calientes.

RedStuff: Innovación y limitaciones de la codificación de corrección de errores modificada mágicamente

En términos de diseño de costos de almacenamiento, Walrus considera que los costos de almacenamiento de Filecoin y Arweave son irracionales. Ambos utilizan una arquitectura de replicación completa, cuya principal ventaja es que cada nodo posee una copia completa, lo que proporciona una fuerte capacidad de tolerancia a fallos y una independencia entre nodos. Este tipo de arquitectura puede garantizar que, incluso si algunos nodos están desconectados, la red aún tiene disponibilidad de datos. Sin embargo, esto también significa que el sistema necesita redundancia de múltiples copias para mantener la robustez, lo que a su vez eleva los costos de almacenamiento. Especialmente en el diseño de Arweave, el mecanismo de consenso en sí mismo fomenta el almacenamiento redundante de nodos para mejorar la seguridad de los datos. En comparación, Filecoin tiene más flexibilidad en el control de costos, pero el costo es que algunos almacenamientos de bajo costo pueden tener un mayor riesgo de pérdida de datos. Walrus intenta encontrar un equilibrio entre ambos, su mecanismo controla los costos de replicación y, al mismo tiempo, mejora la disponibilidad a través de una forma estructurada de redundancia, estableciendo así una nueva ruta de compromiso entre la disponibilidad de datos y la eficiencia de costos.

La tecnología RedStuff creada por Walrus es clave para reducir la redundancia de nodos, y se origina en la codificación Reed-Solomon ### RS (. La codificación RS es un algoritmo de código de borrado muy tradicional, y el código de borrado es una técnica que permite duplicar un conjunto de datos mediante la adición de fragmentos redundantes, lo que se puede usar para reconstruir los datos originales. Desde CD-ROM hasta comunicación por satélite y códigos QR, se utiliza con frecuencia en la vida diaria.

El código de borrado permite a los usuarios obtener un bloque, por ejemplo, de 1 MB de tamaño, y luego "ampliarlo" a 2 MB de tamaño, donde el 1 MB adicional se conoce como datos especiales de código de borrado. Si se pierde algún byte en el bloque, los usuarios pueden recuperar fácilmente esos bytes mediante el código. Incluso si se pierde un bloque de hasta 1 MB, puede recuperar el bloque completo. La misma técnica permite que las computadoras lean todos los datos en un CD-ROM, incluso si ha sido dañado.

Actualmente, el más utilizado es el código RS. La forma de implementación es comenzar con k bloques de información, construir un polinomio relacionado y evaluarlo en diferentes coordenadas x para obtener bloques codificados. Al usar códigos de corrección de errores RS, la probabilidad de muestrear aleatoriamente grandes bloques de datos perdidos es muy baja.

¿Cuál es la característica más destacada de RedStuff? A través de la mejora del algoritmo de codificación de borrado, Walrus puede codificar bloques de datos no estructurados rápidamente y de manera robusta en fragmentos más pequeños, que se almacenan distribuidos en una red de nodos de almacenamiento. Incluso si se pierden hasta dos tercios de los fragmentos, es posible reconstruir rápidamente el bloque de datos original utilizando fragmentos parciales. Esto se hace posible manteniendo un factor de replicación de solo 4 a 5 veces.

Por lo tanto, es razonable definir a Walrus como un protocolo ligero de redundancia y recuperación rediseñado en torno a un escenario de Descentralización. En comparación con los códigos de borrado tradicionales ) como Reed-Solomon (, RedStuff ya no persigue una estricta consistencia matemática, sino que realiza un compromiso realista en torno a la distribución de datos, la verificación de almacenamiento y los costos de cálculo. Este modelo abandona el mecanismo de decodificación instantánea requerido por la programación centralizada y, en su lugar, verifica a través de Proof en la cadena si los nodos tienen copias específicas de datos, adaptándose así a una estructura de red más dinámica y marginalizada.

El núcleo del diseño de RedStuff es dividir los datos en dos categorías: fragmentos principales y fragmentos secundarios. Los fragmentos principales se utilizan para recuperar los datos originales, su generación y distribución están estrictamente controladas, el umbral de recuperación es f+1 y se requieren 2f+1 firmas como respaldo de disponibilidad; los fragmentos secundarios se generan mediante operaciones simples como combinaciones XOR, y su función es proporcionar tolerancia a fallos elástica, mejorando la robustez general del sistema. Esta estructura, en esencia, reduce los requisitos de consistencia de datos - permitiendo que diferentes nodos almacenen versiones de datos diferentes temporalmente, enfatizando el camino práctico de "consistencia final". Aunque es similar a los requisitos relajados para bloques de retroceso en sistemas como Arweave, ha logrado cierto efecto en la reducción de la carga de la red, pero al mismo tiempo ha debilitado la disponibilidad inmediata de los datos y la garantía de integridad.

No se puede ignorar que, RedStuff