Décentralisation du stockage: de la conception à l'application

Le stockage était l'un des secteurs les plus prisés de l'industrie de la blockchain. Filecoin, en tant que projet phare de la dernière bulle, a vu sa capitalisation boursière dépasser 10 milliards de dollars. Arweave, avec son argument de stockage permanent, a atteint une capitalisation maximale de 3,5 milliards de dollars. Cependant, à mesure que les limites du stockage de données froides sont révélées, la nécessité du stockage permanent est remise en question, et l'avenir du stockage décentralisé est également mis en doute.

L'apparition de Walrus a apporté une nouvelle vitalité à un secteur de stockage longtemps silencieux. Aujourd'hui, Aptos et Jump Crypto lancent Shelby, dans le but de promouvoir la décentralisation du stockage dans le domaine des données chaudes. La décentralisation du stockage peut-elle faire un retour en force et offrir des cas d'utilisation variés ? Ou s'agit-il d'un nouveau tour de spéculation conceptuelle ? Cet article partira des trajectoires de développement de quatre projets : Filecoin, Arweave, Walrus et Shelby, pour analyser l'évolution du stockage décentralisé et explorer ses perspectives de développement futures.

Filecoin : un nom pour le stockage, une réalité pour le minage

Filecoin est l'un des premiers projets de cryptomonnaie à avoir émergé, son orientation de développement tournant autour de la Décentralisation. C'est une caractéristique commune des premiers projets de cryptographie - explorer la signification de la décentralisation dans divers domaines traditionnels. Filecoin combine le stockage avec la décentralisation, soulevant les risques de confiance associés au stockage de données centralisé, et tente de passer du stockage centralisé au stockage décentralisé. Cependant, certains compromis faits pour atteindre la décentralisation sont devenus des points de douleur que des projets ultérieurs comme Arweave ou Walrus tentent de résoudre. Pour comprendre pourquoi Filecoin est essentiellement un projet de monnaie minière, il est nécessaire de comprendre les limitations objectives de sa technologie sous-jacente IPFS dans le traitement des données chaudes.

IPFS: goulots d'étranglement de transmission dans une architecture Décentralisation

Le système de fichiers interplanétaire (IPFS) ( a été lancé vers 2015, visant à remplacer le protocole HTTP traditionnel par une adresse de contenu. Le principal problème d'IPFS est que la vitesse d'accès est extrêmement lente. À une époque où les services de données traditionnels peuvent atteindre des temps de réponse en millisecondes, il faut encore plusieurs secondes pour récupérer un fichier avec IPFS, ce qui rend difficile sa promotion dans des applications pratiques et explique pourquoi, en dehors de quelques projets blockchain, il est rarement adopté par les industries traditionnelles.

Le protocole P2P sous-jacent d'IPFS est principalement adapté aux "données froides", c'est-à-dire aux contenus statiques peu susceptibles de changer, comme les vidéos, les images et les documents. Cependant, en ce qui concerne les données chaudes, telles que les pages web dynamiques, les jeux en ligne ou les applications IA, le protocole P2P n'a pas d'avantages significatifs par rapport aux CDN traditionnels.

Bien que l'IPFS ne soit pas une blockchain en soi, son design en graphe acyclique orienté )DAG( est hautement compatible avec de nombreuses chaînes publiques et protocoles Web3, ce qui le rend naturellement adapté en tant que cadre de construction sous-jacent pour les blockchains. Ainsi, même en l'absence de valeur pratique, en tant que cadre sous-jacent pour porter la narration de la blockchain, c'est déjà suffisant ; les premiers projets cryptographiques n'avaient besoin que d'un cadre fonctionnel pour réaliser de grandes visions. Cependant, lorsque Filecoin a atteint un certain stade de développement, les limitations apportées par l'IPFS ont commencé à entraver son développement ultérieur.

) Logique des pièces de monnaie sous l'enveloppe de stockage

Le design d'IPFS a été conçu pour permettre aux utilisateurs de faire partie du réseau de stockage tout en stockant des données. Cependant, en l'absence d'incitations économiques, il est difficile pour les utilisateurs d'utiliser ce système de manière volontaire, sans parler de devenir des nœuds de stockage actifs. Cela signifie que la plupart des utilisateurs ne stockeront des fichiers que sur IPFS, sans contribuer leur propre espace de stockage ni stocker les fichiers des autres. C'est dans ce contexte que Filecoin a vu le jour.

Dans le modèle économique des tokens de Filecoin, il y a principalement trois rôles : les utilisateurs sont responsables du paiement des frais de stockage des données ; les mineurs de stockage reçoivent des récompenses en tokens pour le stockage des données des utilisateurs ; les mineurs de récupération fournissent des données lorsque les utilisateurs en ont besoin et obtiennent des récompenses.

Ce modèle présente un potentiel d'espace pour les abus. Les mineurs de stockage pourraient, après avoir fourni de l'espace de stockage, remplir cet espace avec des données indésirables afin d'obtenir des récompenses. Étant donné que ces données indésirables ne seront pas récupérées, même si elles sont perdues, cela ne déclenchera pas le mécanisme de pénalité pour les mineurs de stockage. Cela permet aux mineurs de stockage de supprimer les données indésirables et de répéter ce processus. Le consensus de preuve de réplication de Filecoin ne peut garantir que les données des utilisateurs n'ont pas été supprimées illicitement, mais ne peut pas empêcher les mineurs de remplir des données indésirables.

Le fonctionnement de Filecoin dépend dans une large mesure de l'engagement continu des mineurs envers l'économie des tokens, plutôt que de la véritable demande des utilisateurs finaux pour le stockage décentralisé. Bien que le projet soit en constante itération, à ce stade, la construction de l'écosystème de Filecoin correspond davantage à une logique de "monnaie minière" qu'à un positionnement de projet de stockage "piloté par l'application".

Arweave : succès et échec du long terme

Comparé à Filecoin qui tente de construire une "cloud de données" décentralisé, incitatif et prouvable, Arweave prend une direction extrême dans un autre sens du stockage : fournir une capacité de stockage permanente pour les données. Arweave ne tente pas de construire une plateforme de calcul distribuée, tout son système repose sur une hypothèse centrale - les données importantes devraient être stockées une seule fois et conservées indéfiniment sur le réseau. Ce long-termisme extrême fait qu'Arweave diffère considérablement de Filecoin, tant en termes de mécanismes que de modèles d'incitation, des exigences matérielles à l'angle narratif.

Arweave prend le Bitcoin comme objet d'apprentissage, tentant d'optimiser continuellement son réseau de stockage permanent sur de longues périodes, mesurées en années. Arweave ne se soucie pas du marketing, ni des concurrents ou des tendances du marché. Il avance simplement sur le chemin de l'itération de l'architecture du réseau, même s'il est ignoré, car c'est l'essence même de l'équipe de développement d'Arweave : le long-termisme. Grâce à ce long-termisme, Arweave a été fortement plébiscité lors du dernier marché haussier ; et à cause de ce long-termisme, même en tombant au plus bas, Arweave pourrait encore survivre à plusieurs cycles de hausses et de baisses. Reste à savoir si le stockage décentralisé de l'avenir a une place pour Arweave. La valeur de l'existence du stockage permanent ne peut être prouvée que par le temps.

Le réseau principal d'Arweave est passé de la version 1.5 à la version 2.9 récente. Bien qu'il ait perdu l'attention du marché, il s'est toujours engagé à permettre à un plus large éventail de mineurs de participer au réseau à moindre coût, et à inciter les mineurs à stocker des données au maximum, améliorant ainsi la robustesse de l'ensemble du réseau. Arweave est bien conscient de son décalage par rapport aux préférences du marché et a adopté une approche conservatrice, ne s'alignant pas avec les communautés de mineurs, l'écosystème étant complètement stagnant, cherchant à mettre à niveau le réseau principal à moindre coût, tout en continuant à réduire le seuil matériel sans compromettre la sécurité du réseau.

Retour sur le parcours de mise à niveau de 1.5-2.9

La version 1.5 d'Arweave a révélé une vulnérabilité permettant aux mineurs de s'appuyer sur l'empilement de GPU plutôt que sur un stockage réel pour optimiser leurs chances de création de blocs. Pour freiner cette tendance, la version 1.7 introduit l'algorithme RandomX, limitant l'utilisation de puissance de calcul spécialisée et exigeant la participation de CPU génériques au minage, afin de réduire la décentralisation de la puissance de calcul.

Dans la version 2.0, Arweave utilise SPoA, transformant la preuve de données en un chemin simplifié de structure d'arbre de Merkle, et introduit le format 2 des transactions pour réduire la charge de synchronisation. Cette architecture atténue la pression sur la bande passante du réseau, rendant la capacité de collaboration des nœuds considérablement renforcée. Cependant, certains mineurs peuvent encore échapper à la responsabilité de la détention réelle des données grâce à une stratégie de pools de stockage centralisés à haute vitesse.

Pour corriger ce biais, la version 2.4 a introduit le mécanisme SPoRA, qui intègre un index global et un accès aléatoire par hachage lent, obligeant les mineurs à détenir réellement des blocs de données pour participer à des blocs valides, affaiblissant ainsi l'effet d'accumulation de puissance de calcul. En conséquence, les mineurs ont commencé à se concentrer sur la vitesse d'accès au stockage, stimulant l'application des SSD et des dispositifs à lecture/écriture rapide. La version 2.6 a introduit une chaîne de hachage pour contrôler le rythme de création des blocs, équilibrant les bénéfices marginaux des équipements haute performance et offrant un espace de participation équitable aux mineurs de petite et moyenne taille.

Les versions ultérieures renforcent davantage la capacité de collaboration en réseau et la diversité de stockage : la version 2.7 introduit le minage collaboratif et le mécanisme de pools, améliorant la compétitivité des petits mineurs ; la version 2.8 lance un mécanisme d'emballage composite, permettant aux appareils à faible vitesse et à grande capacité de participer de manière flexible ; la version 2.9 introduit un nouveau processus d'emballage au format replica_2_9, augmentant considérablement l'efficacité et réduisant la dépendance au calcul, complétant ainsi le modèle de minage orienté données.

Dans l'ensemble, la voie de mise à niveau d'Arweave présente clairement sa stratégie à long terme axée sur le stockage : tout en résistant continuellement à la tendance de concentration de la puissance de calcul, elle réduit continuellement les barrières à l'entrée, garantissant ainsi la possibilité de fonctionnement à long terme du protocole.

Walrus: Une nouvelle tentative de stockage de données chaudes

La conception de Walrus est complètement différente de celle de Filecoin et d'Arweave. Le point de départ de Filecoin est de créer un système de stockage décentralisé et vérifiable, au prix d'un stockage de données froides ; le point de départ d'Arweave est de créer une bibliothèque d'Alexandrie sur chaîne capable de stocker des données de manière permanente, au prix d'un trop faible nombre de cas d'utilisation ; le point de départ de Walrus est d'optimiser le coût de stockage du protocole de stockage de données chaudes.

RedStuff: Innovation et limites des codes de correction de données modifiés.

En matière de conception des coûts de stockage, Walrus estime que les frais de stockage de Filecoin et d'Arweave sont déraisonnables. Ces deux derniers adoptent une architecture de réplication complète, dont l'avantage principal est que chaque nœud détient une copie complète, offrant une forte capacité de tolérance aux pannes et une indépendance entre les nœuds. Ce type d'architecture garantit que même si certains nœuds sont hors ligne, le réseau reste disponible pour les données. Cependant, cela signifie également que le système nécessite une redondance de copies pour maintenir sa robustesse, ce qui augmente les coûts de stockage. En particulier, dans la conception d'Arweave, le mécanisme de consensus lui-même encourage le stockage redondant des nœuds pour améliorer la sécurité des données. En revanche, Filecoin est plus flexible en matière de contrôle des coûts, mais cela implique que certains stockages à faible coût peuvent présenter un risque de perte de données plus élevé. Walrus tente de trouver un équilibre entre les deux, son mécanisme contrôlant les coûts de réplication tout en renforçant la disponibilité par une redondance structurée, établissant ainsi un nouveau compromis entre la disponibilité des données et l'efficacité des coûts.

La technologie RedStuff, créée par Walrus, est la clé pour réduire la redondance des nœuds, elle est basée sur l'encodage Reed-Solomon ### RS (. L'encodage RS est un algorithme de code de correction d'erreurs très traditionnel, le code de correction d'erreurs est une technique qui permet de doubler un ensemble de données en ajoutant des fragments redondants, ce qui peut être utilisé pour reconstruire les données originales. Des CD-ROM aux communications par satellite en passant par les codes QR, il est fréquemment utilisé dans la vie quotidienne.

Les codes de correction d'erreur permettent aux utilisateurs d'obtenir un bloc, par exemple de 1 Mo, puis de "l'agrandir" à 2 Mo, où le Mo supplémentaire est constitué de données spéciales appelées codes de correction d'erreur. Si un quelconque octet du bloc est perdu, l'utilisateur peut facilement récupérer ces octets grâce aux codes. Même si jusqu'à 1 Mo du bloc est perdu, vous pouvez récupérer l'intégralité du bloc. La même technique permet à un ordinateur de lire toutes les données d'un CD-ROM, même s'il a été endommagé.

Actuellement, le code RS est le plus couramment utilisé. La méthode de mise en œuvre consiste à partir de k blocs d'informations, à construire des polynômes associés et à les évaluer à différentes coordonnées x pour obtenir des blocs codés. En utilisant le code de correction d'erreurs RS, la probabilité de perdre de gros blocs de données par échantillonnage aléatoire est très faible.

Quelle est la caractéristique principale de RedStuff ? Grâce à l'amélioration de l'algorithme de codage de correction d'erreurs, Walrus peut coder rapidement et de manière robuste des blocs de données non structurées en fragments plus petits, qui seront stockés de manière distribuée dans un réseau de nœuds de stockage. Même si jusqu'à deux tiers des fragments sont perdus, il est possible de reconstruire rapidement le bloc de données d'origine à partir de fragments partiels. Cela devient possible tout en maintenant un facteur de réplication de seulement 4 à 5 fois.

Il est donc raisonnable de définir Walrus comme un protocole léger de redondance et de récupération redessiné autour d'un scénario de Décentralisation. Par rapport aux codes de correction d'erreurs traditionnels ) tels que Reed-Solomon (, RedStuff ne recherche plus une cohérence mathématique stricte, mais effectue des compromis réalistes en matière de distribution des données, de vérification du stockage et de coût de calcul. Ce modèle abandonne le mécanisme de décodage instantané requis par la planification centralisée, et opte plutôt pour la vérification des nœuds via des preuves on-chain pour déterminer s'ils possèdent des copies spécifiques de données, s'adaptant ainsi à une structure de réseau plus dynamique et marginalisée.

Le cœur de la conception de RedStuff est de diviser les données en deux catégories : les tranches principales et les tranches secondaires. Les tranches principales sont utilisées pour récupérer les données d'origine, leur génération et leur distribution étant strictement contrôlées, le seuil de récupération étant de f+1, et nécessitant 2f+1 signatures comme garantie de disponibilité ; les tranches secondaires sont générées par des opérations simples telles que des combinaisons de XOR, visant à fournir une tolérance d'erreur élastique et à améliorer la robustesse globale du système. Cette structure réduit essentiellement les exigences de cohérence des données - permettant à différents nœuds de stocker temporairement différentes versions des données, en soulignant le chemin pratique de la "cohérence finale". Bien qu'elle soit similaire aux exigences assouplies concernant les blocs de retour en arrière dans des systèmes comme Arweave, obtenant un certain effet dans la réduction de la charge du réseau, elle affaiblit également la disponibilité immédiate des données et la garantie d'intégrité.

Il ne faut pas ignorer RedStuff