Децентралізація зберігання: довгий шлях від концепції до практичного використання

Децентралізоване зберігання колись було однією з популярних ніш у сфері блокчейну. Filecoin, як провідний проект попереднього бика, на деякий час перевищував у своїй ринковій капіталізації 10 мільярдів доларів. Arweave, завдяки концепції постійного зберігання, також досягав ринкової капіталізації у 3,5 мільярда доларів. Проте, у зв'язку з поставленими під сумнів можливостями зберігання холодних даних, необхідність постійного зберігання також викликала питання, чи може децентралізоване зберігання дійсно стати реальністю.

Нещодавно поява Walrus принесла нову енергію в давно затихлу область зберігання. А проект Shelby, запущений у співпраці Aptos та Jump Crypto, намагається досягти прориву в сфері зберігання гарячих даних. Отже, чи можлива децентралізація зберігання знову стати на ноги, забезпечуючи рішення для широкого спектра застосувань? Чи це лише ще один раунд спекуляцій на концепціях? У цій статті ми проаналізуємо розвиток чотирьох проектів: Filecoin, Arweave, Walrus і Shelby, досліджуючи зміни наративу децентралізованого зберігання, і спробуємо відповісти на це питання: наскільки далека дорога до популяризації децентралізованого зберігання?

Filecoin: Зберігання лише зовнішній вигляд, майнінг - це суть

Filecoin є однією з ранніх криптовалют, що виникли, і його напрямок розвитку, природно, обертається навколо Децентралізації. Це загальна характеристика ранніх криптовалют - шукати значення Децентралізації в різних традиційних галузях. Filecoin не є винятком: він пов'язує зберігання з Децентралізацією, вказуючи на проблеми довіри централізованих постачальників послуг зберігання даних. Тому мета Filecoin полягає в тому, щоб перевести централізоване зберігання в Децентралізоване. Однак, деякі аспекти, які жертвуються в процесі досягнення Децентралізації, виявляються болючими точками, які пізніше намагаються вирішити проекти Arweave або Walrus. Щоб зрозуміти, чому Filecoin насправді є лише майнінговою монетою, потрібно зрозуміти об'єктивні обмеження його базової технології IPFS, що не підходить для обробки гарячих даних.

IPFS:Децентралізація архітектури передачі

IPFS(Міжзоряна файлова система)з'явилася ще в 2015 році, з метою революціонізувати традиційний протокол HTTP через адресацію вмісту. Найбільшим недоліком IPFS є надзвичайно повільна швидкість отримання. У епоху, коли традиційні постачальники послуг даних можуть досягати мілісекундної реакції, для отримання файлу за допомогою IPFS потрібно все ще кілька секунд, що ускладнює його впровадження в реальних умовах і пояснює, чому, крім кількох блокчейн-проектів, він рідко використовується в традиційних галузях.

IPFS базовий P2P протокол в основному підходить для "холодних даних", тобто нечасто змінюваного статичного контенту, такого як відео, зображення та документи. Однак, при обробці гарячих даних, таких як динамічні веб-сторінки, онлайн-ігри або додатки штучного інтелекту, P2P протокол не має очевидних переваг у порівнянні з традиційними CDN.

Хоча IPFS сам по собі не є блокчейном, але концепція дизайну, що використовує орієнтований ациклічний граф (DAG), у якій він реалізований, має високу відповідність з багатьма публічними блокчейнами та протоколами Web3, що робить його природно придатним як базову будівельну структуру для блокчейну. Тому, навіть якщо він не має практичної цінності, його достатньо як основної структури, що несе наратив блокчейну, раннім проектам-клонам потрібна лише функціонуюча структура, щоб розпочати подорож у безкрайній всесвіт. Але коли Filecoin досягає певного етапу розвитку, серйозні недоліки IPFS починають заважати його просуванню.

Логіка монет для зберігання під зовнішньою оболонкою

Дизайн IPFS мав на меті дозволити користувачам зберігати дані, а також бути частиною мережі зберігання. Проте без економічних стимулів користувачам важко добровільно використовувати цю систему, не кажучи вже про те, щоб стати активними вузлами зберігання. Це означає, що більшість користувачів просто зберігатимуть файли в IPFS, але не будуть вносити свій обсяг пам'яті, а також не зберігатимуть файли інших. Саме в такому контексті з'явився Filecoin.

У модель економіки токенів Filecoin основними є три ролі: користувачі відповідають за сплату зборів за зберігання даних; майнери зберігання отримують токенне заохочення за зберігання даних користувачів; майнери пошуку надають дані за запитом користувачів і отримують заохочення.

Ця модель має потенційний простір для зловживань. Зберігаючі майнери можуть після надання місця для зберігання заповнити його сміттєвими даними, щоб отримати винагороду. Оскільки ці сміттєві дані не будуть вилучені, навіть якщо вони втрачені, це не спровокує механізм конфіскації зберігаючих майнерів. Це дозволяє зберігаючим майнерам видаляти сміттєві дані та повторювати цей процес. Консенсус доказу копіювання Filecoin може лише забезпечити, що дані користувача не були видалені без дозволу, але не може запобігти заповненню майнерами сміттєвими даними.

Функціонування Filecoin в значній мірі залежить від постійних інвестицій майнерів у токеноміку, а не від реального попиту кінцевих користувачів на розподілене зберігання. Незважаючи на те, що проект все ще продовжує ітерації, на даному етапі побудова екосистеми Filecoin більше відповідає "логіці майнінгу" ніж "додаткова логіка" визначенню проектів зберігання.

Arweave: народжений довгостроковістю, загиблий довгостроковістю

Якщо говорити, що ціль проекту Filecoin полягає в створенні заохочувальної, доведеної Децентралізації "хмари даних", то Arweave пересувається в іншому напрямку з точки зору зберігання: забезпечення можливості постійного зберігання даних. Arweave не намагається створити розподілену обчислювальну платформу, вся її система будується навколо одного основного припущення - важливі дані повинні зберігатися одноразово і назавжди залишатися в мережі. Такий екстремальний довгостроковий підхід робить Arweave абсолютно відмінним від Filecoin з точки зору механізмів, моделей стимулювання, апаратних вимог та наративів.

Arweave використовує біткойн як об'єкт навчання, намагаючись постійно оптимізувати свою мережу постійного зберігання на довгих періодах, вимірюваних роками. Arweave не переймається маркетингом, а також не турбується про конкурентів і тенденції ринку. Вона просто продовжує рухатися вперед у процесі 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 останнього бичачого ринку; і через довгостроковість, навіть впавши на дно, Arweave може пережити ще кілька раундів бичачого та ведмежого ринків. Але чи знайдеться місце для Arweave в майбутньому децентралізованому зберіганні? Існування постійного зберігання може бути доведено лише часом.

Основна мережа Arweave з версії 1.5 до останньої версії 2.9, хоча і втратила популярність на ринку, продовжує працювати над тим, щоб залучити якомога більше майнерів до мережі з мінімальними витратами та стимулювати майнерів максимально зберігати дані, що постійно підвищує стійкість всієї мережі. Arweave добре усвідомлює, що не відповідає ринковим уподобанням, тому обрала консервативний шлях, не підтримуючи майнінгові групи, екосистема повністю застигла, з мінімальними витратами оновлюючи основну мережу, постійно знижуючи апаратні бар'єри без шкоди для безпеки мережі.

Огляд шляху модернізації 1.5-2.9

Версія Arweave 1.5 виявила вразливість, що дозволяє майнерам покладатися на стек GPU, а не на реальне зберігання, щоб оптимізувати ймовірність створення блоку. Щоб стримати цю тенденцію, версія 1.7 впроваджує алгоритм RandomX, обмежуючи використання спеціалізованих обчислювальних потужностей, натомість вимагаючи участі універсальних ЦП у майнінгу, що послаблює централізацію обчислювальних потужностей.

У версії 2.0 Arweave використовує SPoA, перетворюючи доказ даних у компактний шлях структури дерева Меркла, та впроваджує транзакції формату 2 для зменшення навантаження на синхронізацію. Ця архітектура зменшує тиск на пропускну здатність мережі, що значно підвищує здатність вузлів до співпраці. Однак деякі майнери все ще можуть уникати відповідальності за реальне зберігання даних за допомогою стратегій централізованих високошвидкісних сховищ.

Щоб виправити цей ухил, у 2.4 був введений механізм SPoRA, що залучає глобальний індекс та повільний хеш-рандомний доступ, змушуючи майнерів дійсно володіти блоками даних для участі у ефективному видобутку, що механічно послаблює ефект накопичення обчислювальної потужності. Внаслідок цього майнери почали звертати увагу на швидкість доступу до зберігання, що сприяло застосуванню SSD та пристроїв з високою швидкістю читання та запису. У 2.6 був введений контроль над ритмом видобутку через хеш-ланцюг, що збалансувало граничну вигоду від високопродуктивних пристроїв, надаючи середнім та малим майнерам справедливий простір для участі.

Подальші версії ще більше посилять мережеву співпрацю та різноманітність зберігання: 2.7 додає механізми спільного видобутку та майнінгових пулів, підвищуючи конкурентоспроможність малих майнерів; 2.8 впроваджує механізм комплексної упаковки, що дозволяє великим обсягам низькошвидкісних пристроїв гнучко брати участь; 2.9 вводить новий процес упаковки у форматі replica_2_9, значно підвищуючи ефективність та знижуючи залежність від обчислень, завершуючи замкнуте коло моделі видобутку, орієнтованої на дані.

Загалом, шлях оновлення Arweave чітко демонструє його довгострокову стратегію, орієнтовану на зберігання: постійно протистоячи тенденції концентрації обчислювальної потужності, він знижує бар'єри для участі, забезпечуючи можливість тривалого функціонування протоколу.

Walrus: Обіймаючи гарячі дані, це спекуляція чи прихована мудрість?

Дизайнерська концепція Walrus кардинально відрізняється від Filecoin та Arweave. Вихідна точка Filecoin полягає в створенні децентралізованої верифікованої системи зберігання, вартістю холодного зберігання даних; вихідна точка Arweave полягає в створенні онлайнової бібліотеки Олександра, яка може зберігати дані назавжди, вартістю недостатньої кількості сценаріїв; вихідна точка Walrus полягає в оптимізації витрат на зберігання протоколу гарячого зберігання даних.

Магічно змінений код корекції: інновація витрат чи нове у старій пляшці?

У дизайні витрат на зберігання Walrus вважає, що витрати на зберігання Filecoin та Arweave є нерозумними, оскільки обидва використовують повністю репліковану архітектуру, основна перевага якої полягає в тому, що кожен вузол має повну копію, що забезпечує високу стійкість до помилок та незалежність між вузлами. Така архітектура гарантує, що навіть якщо частина вузлів буде офлайн, мережа все ще матиме доступність даних. Однак це також означає, що системі потрібно багаторазове резервування для підтримки надійності, що, в свою чергу, підвищує витрати на зберігання. Особливо в дизайні Arweave механізм консенсусу сам по собі заохочує надмірне зберігання вузлів для посилення безпеки даних. У порівнянні з цим, Filecoin має більшу гнучкість у контролі витрат, але вартістю є те, що деякі варіанти зберігання з низькою вартістю можуть мати вищий ризик втрати даних. Walrus намагається знайти баланс між обома, його механізм контролює витрати на реплікацію, одночасно підвищуючи доступність через структуроване резервування, таким чином, встановлюючи новий компроміс між доступністю даних і ефективністю витрат.

Redstuff, створений Walrus, є ключовою технологією для зниження надмірності вузлів, він походить з кодування Reed-Solomon ( RS ). RS-кодування є дуже традиційним алгоритмом кодування з виправленням помилок; код з виправленням помилок – це технологія, що дозволяє подвоїти набір даних, додаючи надмірні фрагменти ( erasure code ), які можуть бути використані для відновлення оригінальних даних. Від CD-ROM до супутникового зв'язку та QR-кодів, він часто використовується в повсякденному житті.

Код для виправлення помилок дозволяє користувачам отримувати блок, наприклад, розміром 1 МБ, а потім «збільшувати» його до 2 МБ, де додатковий 1 МБ є спеціальними даними, які називаються кодом для виправлення помилок. Якщо будь-який байт у блоці втрачається, користувач може легко відновити ці байти за допомогою коду. Навіть якщо втрачається блок розміром до 1 МБ, 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. Метод реалізації полягає в тому, щоб почати з k інформаційних блоків, побудувати відповідний багаторазовий поліном і оцінити його в різних координатах x для отримання закодованого блоку. Використовуючи коди виправлення помилок RS, ймовірність випадкової вибірки втрати великих обсягів даних є дуже низькою.

Яка основна особливість RedStuff? Завдяки вдосконаленню 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 відновлений за допомогою частини фрагментів. Це стало можливим при збереженні фактора копіювання лише на рівні від 4 до 5.

Отже, визначення Walrus як легкого протоколу надмірності та відновлення, переосмисленого навколо децентралізаційного сценарію, є доцільним. На відміну від традиційних кодів корекції помилок (, таких як Reed-Solomon ), RedStuff більше не прагне до суворої математичної узгодженості, а натомість реалізує реалістичні компроміси щодо розподілу даних, верифікації зберігання та витрат на обчислення. Ця модель відмовляється від механізму миттєвого декодування, необхідного для централізованого планування, натомість переходить до верифікації даних на основі Proof в блокчейні, щоб адаптуватися до більш динамічної, маргіналізованої мережевої структури.

Основою дизайну RedStuff є розподіл даних на два типи: основні шматки та вторинні шматки. Основні шматки використовуються для відновлення оригінальних даних, їхнє створення та розподіл підлягають суворим обмеженням, поріг відновлення становить f+1, і необхідно 2f+1 підписів як підтвердження доступності; вторинні шматки ж створюються через