分散化ストレージの発展の歴史と未来の展望

分散化ストレージは、ブロックチェーン業界の人気のあるトラックの1つでした。Filecoinは前回の牛市のリーダープロジェクトとして、時価総額が一時100億ドルを超えました。Arweaveは永久ストレージの概念により、最高時価総額が35億ドルに達しました。しかし、コールドデータストレージの可用性が疑問視される中、永久ストレージの必要性も挑戦を受け、分散化ストレージの将来には疑問符が付けられています。

最近、Walrusの登場は、長い間静寂を保っていたストレージ分野に新たな注目をもたらしました。そして、AptosとJump Cryptoが共同で立ち上げたShelbyプロジェクトは、ホットデータストレージ分野で分散化ストレージのさらなる発展を促進しようとしています。では、分散化ストレージは再び台頭し、より広範なアプリケーションシナリオに解決策を提供できるのでしょうか？それともまた短期間の概念の投機に過ぎないのでしょうか？この記事では、Filecoin、Arweave、Walrus、Shelbyの4つのプロジェクトの発展経路から出発し、分散化ストレージの物語の変遷を分析し、その普及の道の展望と課題を探ります。

! FilecoinとArweaveからWalrusとShelbyへ:分散型ストレージの人気からどれくらい離れていますか?

Filecoin:表面的ストレージ、実質的なマイニング

Filecoinは初期に登場したアルトコインプロジェクトの一つであり、その発展方向は分散化を中心に展開されています。これは初期のアルトコインの一般的な特徴であり、さまざまな伝統的な分野で分散化の意義を探求しています。Filecoinはストレージと分散化を結びつけ、中央集権的なデータストレージサービスプロバイダーには信頼リスクが存在することを指摘し、分散ストレージのソリューションを提案しています。

しかし、Filecoinが分散化を実現するために犠牲にしたいくつかの側面は、後にArweaveやWalrusなどのプロジェクトが解決しようとした痛点となりました。Filecoinが実質的に単なるマイニングコインプロジェクトである理由を理解するには、その基盤技術であるIPFSがホットデータを処理する際の客観的な限界を理解する必要があります。

IPFS:分散化アーキテクチャは伝送ボトルネックに制約されています

IPFS(インターステラーファイルシステム)は2015年頃に登場し、コンテンツアドレッシングを通じて従来のHTTPプロトコルを覆すことを目的としています。IPFSの最大の欠点は取得速度が非常に遅いことです。従来のデータサービスがミリ秒単位の応答を実現している時代において、IPFSでファイルを取得するには十数秒かかるため、実際のアプリケーションでの普及が難しく、少数のブロックチェーンプロジェクトを除いて、従来の業界での採用が非常に少ない理由を説明しています。

IPFSの基礎となるP2Pプロトコルは、主に「コールドデータ」に適しており、あまり変更されない静的なコンテンツ、例えば動画、画像、文書などです。しかし、動的なウェブページ、オンラインゲーム、または人工知能アプリケーションなどの「ホットデータ」を処理する際には、P2Pプロトコルは従来のCDNに対して明確な利点はありません。

IPFS自体はブロックチェーンではありませんが、その採用された有向非循環グラフ(DAG)の設計理念は、多くのパブリックチェーンやWeb3プロトコルと高度に適合しており、ブロックチェーンの基盤となる構築フレームワークとして自然に適しています。したがって、実用的な価値が欠如していても、ブロックチェーンの物語を支える基盤フレームワークとしては十分です。初期のクローンプロジェクトは、実行可能なフレームワークがあれば壮大なビジョンを描くことができましたが、Filecoinが一定の段階に進むと、IPFSがもたらす制約がその前進を妨げ始めました。

ストレージの外衣下のマイニングコインロジック

IPFSの設計の初衷は、ユーザーがデータを保存する際に、ストレージネットワークの一部にもなることです。しかし、経済的インセンティブが不足している場合、ユーザーがこのシステムを積極的に使用することは難しく、活発なストレージノードになることはなおさらです。これは、ほとんどのユーザーがファイルをIPFSに保存するだけで、自分のストレージスペースを提供したり、他の人のファイルを保存したりしないことを意味します。このような背景の中で、Filecoinが登場しました。

Filecoinのトークン経済モデルには主に3つの役割があります: ユーザーはデータを保存するための費用を支払い; ストレージマイナーはユーザーのデータを保存することでトークンのインセンティブを得; リトリーバーマイナーはユーザーが必要とする際にデータを提供し、インセンティブを得ます。

このモデルには潜在的な悪用の余地があります。ストレージマイナーはストレージスペースを提供した後、報酬を得るためにゴミデータを埋め込む可能性があります。これらのゴミデータは検索されないため、失われてもストレージマイナーのペナルティメカニズムは発動しません。これにより、ストレージマイナーはゴミデータを削除し、このプロセスを繰り返すことができます。Filecoinの複製証明コンセンサスはユーザーデータが不正に削除されていないことを確保することしかできず、マイナーがゴミデータを埋め込むことを防ぐことはできません。

Filecoinの運用は、主にマイナーがトークン経済に持続的に投資することに依存しており、エンドユーザーの分散ストレージに対する実際の需要に基づいていません。プロジェクトはまだ継続的に進化していますが、現段階では、Filecoinのエコシステム構築は「マイニングコインのロジック」により、「アプリケーション駆動型」のストレージプロジェクトの定義には合致していません。

アーウィーヴ:長期主義の利益と損失

もしFilecoinの設計目標が、報酬が得られ、証明可能な分散化された「データクラウド」シェルを構築することであるならば、Arweaveはストレージの別の方向で極端に進んでいます: データに永久的な保存能力を提供します。Arweaveは分散型計算プラットフォームを構築しようとはしておらず、その全システムは一つの核心的な仮定に基づいて展開されています - 重要なデータは一度だけ保存され、ネットワーク上に永遠に留まるべきであるということです。この極端な長期的視点は、Arweaveをメカニズムから報酬モデル、ハードウェア要件から物語の視点に至るまで、Filecoinとは大きく異なるものにしています。

Arweaveはビットコインを学習対象とし、年単位の長期にわたって永続的なストレージネットワークを最適化し続けようとしています。Arweaveはマーケティングに関心を持たず、競合他社や市場の発展動向を気にしません。ただネットワークアーキテクチャの反復を進めていくことに専念しており、誰にも注目されなくても気にしません。なぜなら、それがArweave開発チームの本質だからです：長期主義。長期主義のおかげで、Arweaveは前回の牛市で熱烈に支持されました。また、長期主義のおかげで、たとえ底に落ちても、Arweaveは数回の牛と熊を乗り越える可能性があります。ただし、未来の分散化ストレージにArweaveの居場所があるのかどうかは疑問です。永続的なストレージの存在価値は時間によって証明されるしかありません。

Arweaveのメインネットは1.5バージョンから最近の2.9バージョンにかけて、市場の注目を失っているにもかかわらず、より多くのマイナーが最小コストでネットワークに参加できるよう努力し、マイナーがデータを最大限に保存するよう奨励し、ネットワーク全体の強靭性を向上させ続けています。Arweaveは自社が市場の好みに合わないことを深く理解しており、保守的な路線を採り、マイナーコミュニティを取り込まず、エコシステムは完全に停滞し、最小コストでメインネットをアップグレードし、ネットワークの安全性を損なわずにハードウェアの敷居を継続的に低下させています。

1.5-2.9のアップグレードの道のりの振り返り

Arweave 1.5バージョンでは、マイナーが実際のストレージではなくGPUスタッキングに依存してブロック生成の確率を最適化できる脆弱性が明らかになりました。この傾向を抑制するために、1.7バージョンではRandomXアルゴリズムが導入され、専門化された計算能力の使用が制限され、一般的なCPUによるマイニングが求められるようになり、計算能力の分散化が進められました。

2.0バージョンでは、ArweaveはSPoAを採用し、データ証明をマークルツリー構造の簡潔なパスに変換し、フォーマット2の取引を導入して同期負担を軽減しました。このアーキテクチャはネットワーク帯域幅の圧力を緩和し、ノードの協調能力を著しく強化しました。しかし、一部のマイナーは依然として集中型の高速ストレージプール戦略を通じて、実際のデータ保有責任を回避することができます。

この偏りを修正するために、2.4はSPoRAメカニズムを導入し、グローバルインデックスとスローハッシュのランダムアクセスを導入しました。これにより、マイナーは有効なブロックを生成するためにデータブロックを実際に保有する必要があります。メカニズム上、計算能力の積み重ね効果を弱めます。その結果、マイナーはストレージアクセス速度に注目し、SSDや高速読み書きデバイスの利用が促進されました。2.6では、ハッシュチェーンを導入してブロック生成のリズムを制御し、高性能デバイスの限界的利益のバランスを取り、中小マイナーに公平な参加の余地を提供しました。

次のバージョンでは、ネットワーク協力能力とストレージの多様性をさらに強化します: 2.7では協力型マイニングとマイニングプールのメカニズムが追加され、小規模マイナーの競争力が向上します; 2.8ではコンパウンドパッキングメカニズムが導入され、大容量の低速デバイスが柔軟に参加できるようになります; 2.9ではreplica_2_9形式を用いて新しいパッキングプロセスが導入され、効率が大幅に向上し、計算依存が低減され、データ指向のマイニングモデルのクローズドループが完成します。

全体として、Arweaveのアップグレードパスは、ストレージを重視した長期戦略を明確に示しています: 計算力の集中傾向に抵抗し続けながら、参加のハードルを引き下げ、プロトコルの長期的な運用の可能性を保証します。

ウォルラス:ホットデータを受け入れることは、ただの仕掛けなのか、それとも深い意味があるのか?

Walrusの設計思想はFilecoinやArweaveとは全く異なります。Filecoinの出発点は分散化可能な検証可能なストレージシステムを構築することであり、その代償としてコールドデータストレージがあります; Arweaveの出発点はデータを永久に保存できるチェーン上のアレクサンドリア図書館を構築することであり、その代償はシーンが少なすぎることです; Walrusの出発点はストレージコストを最適化するためのホットデータストレージプロトコルです。

魔改纠删码:コスト革新それとも新瓶に旧酒?

ストレージコストの設計に関して、WalrusはFilecoinとArweaveのストレージオーバーヘッドが不合理であると考えています。後者の2つは完全複製アーキテクチャを採用しており、その主な利点は各ノードが完全なコピーを保持しているため、強力なフォールトトレランスとノード間の独立性を備えていることです。このようなアーキテクチャは、部分的なノードがオフラインになってもネットワークがデータの可用性を維持できることを保証します。しかし、これはシステムが堅牢性を維持するために複数のコピーの冗長性を必要とし、結果としてストレージコストを押し上げることも意味します。特にArweaveの設計では、コンセンサス機構自体がノードの冗長ストレージを奨励し、データの安全性を向上させています。それに対してFilecoinはコスト管理においてより柔軟性がありますが、その代償として一部の低コストストレージにはより高いデータ損失リスクが存在する可能性があります。Walrusは両者の間でバランスを取ろうとしており、そのメカニズムはコピーコストを制御しながら、構造化された冗長性の方法で可用性を強化し、データの可用性とコスト効率の間に新しい妥協の道を築くことを目指しています。

Walrusが独自に開発したRedstuffは、ノードの冗長性を低減するための重要な技術であり、Reed-Solomon(RS)エンコーディングに基づいています。RSエンコーディングは非常に伝統的なエラーハンドリングコードアルゴリズムであり、エラーハンドリングコードは冗長なセグメント(erasure code)を追加することによってデータセットを倍増させる技術で、元のデータを再構築するために使用されます。CD-ROMから衛星通信、さらにはQRコードまで、日常生活の中で頻繁に使用されています。

エラー訂正符号は、ユーザーが1MBのブロックを取得し、それを2MBに「拡張」することを可能にします。この追加の1MBは、エラー訂正符号と呼ばれる特別なデータです。ブロック内のバイトが失われると、ユーザーはコードを通じてこれらのバイトを簡単に復元できます。最大1MBのブロックが失われても、全体のブロックを復元できます。同じ技術は、コンピュータがCD-ROM内のすべてのデータを読み取ることを可能にし、たとえそれが損傷していてもです。

現在最も一般的に使用されているのはRS符号です。実現方法は、k個の情報ブロックから始め、関連する多項式を構築し、異なるx座標で評価して符号化ブロックを取得することです。RS誤り訂正符号を使用することで、大量のデータをランダムにサンプリングして失われる可能性は非常に低くなります。

Redstuffの最大の特徴は何ですか？改良された誤り訂正符号化アルゴリズムを通じて、Walrusは非構造化データブロックを迅速かつ堅牢に小さなフラグメントに符号化し、これらのフラグメントはストレージノードネットワーク内に分散して保存されます。最大で3分の2のフラグメントが失われても、一部のフラグメントを使用して元のデータブロックを迅速に再構築することができます。これは、複製係数が4倍から5倍のままで実現可能です。

したがって、Walrusを分散化シーンに再設計された軽量な冗長性と回復プロトコルとして定義することは合理的です。従来の誤り訂正符号(であるReed-Solomon)と比較して、RedStuffは厳密な数学的一貫性を追求するのではなく、データ分布、ストレージ検証、計算コストに対して現実的なトレードオフを行いました。このモデルは、集中型スケジューリングに必要な即時デコードメカニズムを放棄し、オンチェーンのProofを通じてノードが特定のデータのコピーを保持しているかどうかを検証することにより、より動的で周辺化されたネットワーク構造に適応しています。

RedStuffの設計の核心は、データを主スライスと副スライスの2種類に分割することです：主スライスは元のデータを復元するために使用され、その生成と分布は厳格に制約されており、復元のハードルはf+1で、2f+1の署名が可用性の裏付けとして必要です；副スライスは、排他的論理和（XOR）などの単純な演算方式を通じて生成され、弾力的なフォールトトレランスを提供し、全体のシステムの堅牢性を向上させる役割を果たします。この構造は本質的にデータの整合性に対する要求を低下させます - 異なるノードが短期間に異なるバージョンのデータを保存することを許可します、