Децентралізація зберігання: від концепції до застосування

Зберігання колись було одним з популярних напрямків у блокчейн-індустрії. Filecoin, як провідний проект попереднього бичачого ринку, на деякий час мав капіталізацію понад 10 мільярдів доларів. Arweave пропонує постійне зберігання як свою перевагу, досягаючи максимальної капіталізації в 3,5 мільярди доларів. Однак, з розкриттям обмежень зберігання холодних даних, необхідність постійного зберігання піддається сумніву, а перспективи децентралізованого зберігання також ставляться під питання.

Поява Walrus принесла нову енергію у давно затишний сектор зберігання. Сьогодні Aptos разом з Jump Crypto запустили Shelby, з метою сприяти прориву децентралізованого зберігання в сфері гарячих даних. Чи зможе децентралізоване зберігання повернутися, пропонуючи широкий спектр застосувань? Чи це лише ще один раунд концептуальної спекуляції? У цій статті ми розглянемо еволюцію децентралізованого зберігання, виходячи з шляхів розвитку чотирьох проектів: Filecoin, Arweave, Walrus та Shelby, і обговоримо їхні перспективи розвитку.

Filecoin: Ім'я зберігання, суть видобутку

Filecoin є одним з перших криптовалютних проектів, які виникли, і його розвиток зосереджений на Децентралізації. Це спільна риса ранніх крипто проектів - дослідження значення Децентралізації в різних традиційних сферах. Filecoin поєднує зберігання з Децентралізацією, вказуючи на ризики довіри централізованого зберігання даних, намагаючись перевести централізоване зберігання в Децентралізоване. Однак деякі компроміси, зроблені для досягнення Децентралізації, стали болючими точками, які пізніше намагалися вирішити проекти, такі як Arweave або Walrus. Щоб зрозуміти, чому Filecoin фактично є проектом монет видобутку, потрібно усвідомити об'єктивні обмеження його базової технології IPFS в обробці гарячих даних.

IPFS:Децентралізація архітектури передачі

IPFS(Міжгалактична файлова система) з'явилася приблизно в 2015 році, з метою замінити традиційний протокол HTTP через адресацію за вмістом. Найбільшою проблемою IPFS є надзвичайно повільна швидкість отримання. У той час як традиційні сервіси даних можуть забезпечувати мілісекундну реакцію, для отримання файлу через IPFS все ще потрібно кілька секунд, що ускладнює його впровадження в практичному застосуванні, а також пояснює, чому, крім кількох блокчейн-проектів, він рідко використовується традиційними галузями.

Основний P2P протокол IPFS в основному підходить для "холодних даних", тобто для статичного контенту, який рідко змінюється, такого як відео, зображення та документи. Однак при обробці гарячих даних, таких як динамічні веб-сторінки, онлайн-ігри чи AI-додатки, P2P протокол не має очевидних переваг у порівнянні з традиційними CDN.

Хоча IPFS сам по собі не є блокчейном, але його дизайн спрямованого ациклічного графу (DAG) добре поєднується з багатьма публічними блокчейнами та протоколами Web3, що робить його природно придатним як основну конструкцію для блокчейна. Тому, навіть якщо бракує практичної цінності, як основна конструкція для наративу блокчейну, цього вже достатньо, раннім крипто-проектам потрібен лише працездатний каркас, щоб розпочати великі плани. Але коли Filecoin розвивається до певного етапу, обмеження, які приносить IPFS, починають заважати його подальшому розвитку.

Логіка монет, що зберігаються під зовнішнім покриттям

Дизайн IPFS спочатку передбачав, що користувачі, зберігаючи дані, також стануть частиною мережі зберігання. Проте, за відсутності економічних стимулів, користувачам важко добровільно використовувати цю систему, не кажучи вже про те, щоб стати активними вузлами зберігання. Це означає, що більшість користувачів лише зберігатимуть файли в IPFS, але не будуть вносити свій простір для зберігання і не будуть зберігати файли інших. Саме в такому контексті з'явився Filecoin.

У економічній моделі токенів Filecoin основними є три ролі: користувачі відповідають за оплату зборів за зберігання даних; майнери зберігання отримують токенні винагороди за зберігання даних користувачів; майнери пошуку надають дані, коли користувачі їх потребують, і отримують винагороду.

Ця модель має потенційний простір для зловживань. Майнеры зберігання можуть заповнити сміттєвими даними після надання зберігання, щоб отримати винагороду. Оскільки ці сміттєві дані не будуть витягнуті, навіть якщо вони будуть втрачені, це не спровокує механізм покарання для майнерів зберігання. Це дозволяє майнерам зберігання видаляти сміттєві дані та повторювати цей процес. Консенсус доказу копії Filecoin може лише гарантувати, що дані користувача не були видалені без дозволу, але не може запобігти заповненню сміттєвими даними.

Функціонування Filecoin в значній мірі залежить від постійних інвестицій майнерів в токенну економіку, а не на основі реального попиту кінцевих користувачів на розподілене зберігання. Незважаючи на те, що проект постійно ітерується, на даному етапі екосистема Filecoin більше відповідає "логіці майнінгу" замість "додатків" як позиціюванню зберігання.

Arweave: успіх і невдача довгострокового підходу

У порівнянні з тим, що Filecoin намагається створити стимульовану, доведену децентралізовану "хмару даних", Arweave йде в іншому напрямку зберігання до крайнощів: надаючи даним можливість постійного зберігання. Arweave не намагається створити розподілену обчислювальну платформу, вся її система розгортається навколо однієї ключової гіпотези - важливі дані повинні зберігатись один раз і залишатись в мережі назавжди. Цей крайній довгостроковий підхід робить Arweave від механізмів до стимулюючих моделей, від вимог до апаратного забезпечення до наративного боку абсолютно відмінним від Filecoin.

Arweave використовує біткоїн як об'єкт навчання, намагаючись постійно оптимізувати свою мережу постійного зберігання в довгостроковій перспективі, що вимірюється роками. Arweave не зосереджується на маркетингу, і не турбується про конкурентів та тенденції розвитку ринку. Воно просто продовжує рухатись вперед на шляху ітерації архітектури мережі, навіть якщо ніхто не звертає на це уваги, адже це і є суть команди розробників Arweave: довгостроковість. Завдяки довгостроковості, Arweave отримала величезну популярність під час минулого бичачого ринку; також через довгостроковість, навіть впавши до дна, Arweave все ще може пережити кілька раундів бичачих і ведмежих ринків. Лише чи є у майбутньому місце для Arweave в децентралізованому зберіганні? Значення постійного зберігання можна довести тільки часом.

Основна мережа Arweave з версії 1.5 до останньої версії 2.9, незважаючи на те, що втратила ринкову увагу, завжди прагнула дозволити більшій кількості майнерів брати участь у мережі з мінімальними витратами та стимулювати майнерів максимально зберігати дані, постійно підвищуючи загальну міцність мережі. Arweave добре розуміє, що не відповідає ринковим уподобанням, обрала обережний шлях, не підтримуючи майнерські спільноти, екосистема повністю застигла, з мінімальними витратами оновлюючи основну мережу, постійно знижуючи апаратні бар'єри без шкоди для безпеки мережі.

Огляд шляху оновлення 1.5-2.9

Версія Arweave 1.5 виявила вразливість, яка дозволяє майнерам покладатися на стекування GPU замість реального зберігання для оптимізації ймовірності видобутку блоків. Щоб стримати цю тенденцію, версія 1.7 впроваджує алгоритм RandomX, обмежуючи використання спеціалізованих обчислювальних потужностей, натомість вимагаючи участі універсальних ЦП у видобутку, що послаблює централізацію обчислювальних потужностей.

У версії 2.0 Arweave використовує SPoA, перетворюючи доказ даних на компактний шлях у структурі дерева Меркла та впроваджуючи трансакції формату 2 для зменшення навантаження на синхронізацію. Ця архітектура зменшує тиск на пропускну здатність мережі, значно підвищуючи здатність вузлів до співпраці. Проте деякі майнери все ще можуть уникати відповідальності за реальне зберігання даних через стратегію централізованих швидкосховищ.

Для виправлення цієї упередженості, 2.4 запускає механізм SPoRA, вводячи глобальний індекс та повільний хеш випадкового доступу, змушуючи майнерів дійсно володіти блоками даних для участі в ефективному видобутку, що з механізму послаблює ефект накопичення обчислювальної потужності. Результатом стало те, що майнери почали звертати увагу на швидкість доступу до зберігання, що сприяло впровадженню SSD та високошвидкісних пристроїв читання/запису. 2.6 вводить контроль хеш-ланцюга для регулювання темпу видобутку, збалансувавши граничну вигоду високопродуктивних пристроїв, надаючи середнім і малим майнерам справедливий простір для участі.

Подальші версії ще більше посилюють мережеву співпрацю та різноманітність зберігання: 2.7 додає механізми кооперативного видобутку та майнінгових пулів, підвищуючи конкурентоспроможність малих майнерів; 2.8 запускає механізм композитної упаковки, що дозволяє великим об'ємам низькошвидкісних пристроїв гнучко брати участь; 2.9 вводить новий процес упаковки у форматі replica_2_9, що суттєво підвищує ефективність і знижує залежність від обчислень, завершуючи замкнуту модель видобутку, орієнтовану на дані.

В цілому, шлях оновлення Arweave чітко демонструє його довгострокову стратегію, орієнтовану на зберігання: постійно протистоячи тенденції до концентрації обчислювальної потужності, продовжувати знижувати бар'єри для участі, забезпечуючи можливість тривалої роботи протоколу.

Walrus: нова спроба зберігання гарячих даних

Дизайн Walrus абсолютно відрізняється від Filecoin та Arweave. Початковою ідеєю Filecoin є створення децентралізованої верифікованої системи зберігання, ціною якої є зберігання холодних даних; початкова ідея Arweave полягає у створенні онлайнової бібліотеки Олександра, яка може постійно зберігати дані, ціною якої є занадто мала кількість сценаріїв застосування; початкова ідея Walrus полягає в оптимізації витрат на зберігання протоколу зберігання гарячих даних.

RedStuff: Інновації та обмеження магічно змінених кодів корекції помилок

У дизайні витрат на зберігання Walrus вважає, що витрати на зберігання Filecoin і Arweave є нерозумними. Обидва останні використовують повністю репліковану архітектуру, основною перевагою якої є те, що кожен вузол має повну копію, що забезпечує високу стійкість до збоїв і незалежність між вузлами. Така архітектура гарантує, що навіть якщо частина вузлів офлайн, мережа все ще має доступність даних. Однак це також означає, що системі потрібні множинні резервні копії для підтримки стійкості, що підвищує витрати на зберігання. Особливо у дизайні Arweave механізм консенсусу сам по собі заохочує вузли до резервного зберігання, щоб підвищити безпеку даних. У порівнянні, Filecoin має більшу гнучкість у контролі витрат, але ціною цього є те, що частина недорогих зберігань може мати вищий ризик втрати даних. Walrus намагається знайти баланс між обома, його механізм контролює витрати на реплікацію, одночасно підвищуючи доступність за рахунок структурованого резервування, тим самим створюючи новий компроміс між доступністю даних і ефективністю витрат.

RedStuff, створений Walrus, є ключовою технологією для зменшення надмірності вузлів, він походить з кодування Ріда-Соломона ( RS ). RS-кодування є дуже традиційним алгоритмом для кодування з виправленням помилок, кодування з виправленням помилок - це технологія, яка дозволяє подвоїти набір даних шляхом додавання надмірних фрагментів, що може бути використано для відновлення оригінальних даних. Від CD-ROM до супутникового зв'язку і до QR-кодів, він часто використовується в повсякденному житті.

Код корекції дозволяє користувачам отримати блок, наприклад, 1 МБ, а потім "збільшити" його до 2 МБ, де додатковий 1 МБ є спеціальними даними, які називаються кодом корекції. Якщо будь-який байт у блоці втрачається, користувач може легко відновити ці байти за допомогою коду. Навіть якщо втрачається до 1 МБ блоку, ви все ще можете відновити весь блок. Така ж технологія дозволяє комп'ютерам зчитувати всі дані з CD-ROM, навіть якщо він пошкоджений.

Наразі найпоширенішим є кодування RS. Спосіб реалізації полягає в тому, щоб почати з k інформаційних блоків, побудувати відповідний багаточлен і оцінити його в різних координатах x, щоб отримати коди блоків. Використовуючи коди виправлення RS, ймовірність випадкового втраченого великого обсягу даних є дуже малою.

Яка найбільша характеристика RedStuff? Завдяки вдосконаленому алгоритму кодування з корекцією помилок, Walrus може швидко та надійно кодувати неструктуровані блоки даних у менші фрагменти, які зберігаються у мережі зберігання вузлів. Навіть якщо втрачається до двох третин фрагментів, оригінальний блок даних може бути швидко реконструйований за допомогою частини фрагментів. Це стає можливим при збереженні коефіцієнта реплікації лише від 4 до 5 разів.

Отже, визначення Walrus як легкого протоколу надмірності та відновлення, переосмисленого для децентралізованої сцени, є розумним. На відміну від традиційних кодів корекції помилок (, таких як Reed-Solomon ), RedStuff більше не прагне до суворої математичної узгодженості, а натомість здійснює реалізовані компроміси щодо розподілу даних, перевірки зберігання та витрат на обчислення. Ця модель відмовляється від миттєвих механізмів декодування, необхідних для централізованого планування, і натомість адаптується до більш динамічної, маргіналізованої мережевої структури через перевірку Proof в ланцюгу, щоб підтвердити, чи має вузол певну копію даних.

Ядром дизайну RedStuff є розділення даних на два типи: основні шматки та вторинні шматки: основні шматки використовуються для відновлення оригінальних даних, їх генерація та розподіл підлягають суворому контролю, поріг відновлення становить f+1, і необхідно 2f+1 підписів як підтвердження доступності; вторинні шматки генеруються шляхом простих операцій, таких як XOR, їхня роль полягає в забезпеченні еластичної стійкості до помилок, підвищуючи загальну робустність системи. Ця структура в основному знижує вимоги до узгодженості даних - дозволяє різним вузлам тимчасово зберігати різні версії даних, акцентуючи увагу на практичному шляху "кінцевої узгодженості". Хоча це схоже на м’які вимоги до зворотних блоків у системах, таких як Arweave, що забезпечує певний ефект зниження навантаження на мережу, це також послаблює гарантії миттєвої доступності та цілісності даних.

Не можна ігнорувати RedStuff