Від Filecoin до Shelby: еволюція децентралізованого зберігання

Зберігання колись було однією з популярних галузей у світі блокчейну. Filecoin, як провідний проект минулого бичачого ринку, вартість якого колись перевищувала 10 мільярдів доларів. Arweave пропонує постійне зберігання як свою основну перевагу, досягаючи максимальної вартості в 3,5 мільярда доларів. З огляду на те, що доступність холодного зберігання даних викликає сумніви, необхідність децентралізованого зберігання також стає предметом суперечок. Поява Walrus вносить нову енергію в давно затихлу наратив про зберігання, тоді як проект Shelby, запущений Aptos і Jump Crypto, має на меті підняти децентралізоване зберігання на новий рівень у сфері гарячих даних. Отже, чи може децентралізоване зберігання знову відродитися та запропонувати широкий спектр застосувань? Чи це просто ще один раунд спекуляцій? У цій статті ми проаналізуємо розвиток чотирьох проектів: Filecoin, Arweave, Walrus та Shelby, досліджуючи еволюцію наративу децентралізованого зберігання, і спробуємо відповісти на питання: як далеко ще до популяризації децентралізованого зберігання?

FIL: назва зберігання, сутність видобутку

Filecoin є одним з ранніх криптовалютних проектів, що виникли, і його розвиток зосереджений на Децентралізації. Це загальна риса ранніх альткоїнів - шукати значення децентралізації у різних традиційних сферах. Filecoin пов'язує зберігання з децентралізацією, підкреслюючи ризики довіри, пов'язані з централізованими постачальниками послуг зберігання даних. Однак певні аспекти, які були пожертвувані заради досягнення децентралізації, стали болючими точками, які згодом намагалися вирішити такі проекти, як Arweave чи Walrus. Щоб зрозуміти, що Filecoin по суті є лише майнінговою монетою, потрібно усвідомити об'єктивні обмеження його базової технології IPFS, яка не підходить для обробки гарячих даних.

IPFS: Децентралізація архітектурні вузькі місця передачі

IPFS (Інтерпланетна файлова система) з'явився приблизно в 2015 році з метою революціонізувати традиційний протокол HTTP через адресацію вмісту. Найбільшим недоліком IPFS є надзвичайно повільна швидкість отримання. У часи, коли традиційні постачальники послуг даних можуть досягати мілісекундних відповідей, отримання файлу з IPFS все ще займає десятки секунд, що ускладнює його впровадження в реальних застосунках і пояснює, чому, окрім кількох блокчейн-проєктів, він рідко використовується в традиційних галузях.

Основний P2P протокол IPFS в основному підходить для "холодних даних", тобто для статичного контенту, який рідко змінюється, наприклад, відео, зображення та документи. Однак при обробці гарячих даних, таких як динамічні веб-сторінки, онлайн-ігри або додатки штучного інтелекту, P2P протокол не має суттєвих переваг порівняно з традиційними CDN.

Хоча IPFS сам по собі не є блокчейном, його концепція спрямованого ациклічного графа (DAG) високо узгоджується з багатьма публічними блокчейнами та протоколами Web3, що робить його природно придатним для використання як базової конструкційної рамки для блокчейну. Тому, хоча йому не вистачає практичної цінності, як базової рамки для розповіді про блокчейн він вже достатній; раннім альтернативним проектам монет потрібно лише працююча рамка, щоб реалізувати грандіозні бачення. Але коли Filecoin розвивався до певного етапу, обмеження, які приносив IPFS, почали заважати його просуванню.

Логіка монет для видобутку під зовнішнім накопичувачем

Дизайн IPFS був створений для того, щоб користувачі могли не лише зберігати дані, але й бути частиною мережі зберігання. Однак 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, не вносячи свій простір для зберігання або не зберігаючи файли інших. Саме на цьому фоні з'явився FIL.

В економічній моделі токенів Filecoin основними є три ролі: користувачі відповідають за оплату витрат на зберігання даних; майнери зберігання отримують токенне заохочення за зберігання даних користувачів; майнери пошуку надають дані, коли це потрібно користувачеві, і отримують заохочення.

Ця модель має потенційний простір для зловживань. Майнери сховищ можуть після надання сховищ заповнювати сміттєвими даними для отримання винагороди. Оскільки ці сміттєві дані не підлягають вилученню, навіть якщо вони втрачені, це не активує механізм покарання для майнера сховища. Це дозволяє майнерам сховищ видаляти сміттєві дані та повторювати цей процес. Консенсус на основі доказу копії у Filecoin може лише гарантувати, що дані користувача не були видалені без відома, але не може запобігти заповненню сміттєвими даними.

Запуск Filecoin в значній мірі залежить від безперервних інвестицій майнерів у токеноміку, а не від реального попиту кінцевих користувачів на розподілене зберігання. Хоча проект продовжує ітерації, на даному етапі екосистема Filecoin більше відповідає визначенню "логіки майнінгу" замість "додаток-орієнтованого" проекту зберігання.

Arweave: двосічний меч довгострокового мислення

Якщо дизайн Filecoin полягає у створенні стимульованої, підтверджуваної децентралізованої "хмари даних", то Arweave йде в іншому напрямку зберігання до крайнощів: надання можливості для постійного зберігання даних. Arweave не намагається побудувати розподілену обчислювальну платформу, вся його система розгортається навколо одного основного припущення - важливі дані повинні зберігатися одноразово і залишатися в мережі назавжди. Цей екстремальний довгостроковий підхід призводить до того, що Arweave в механізмах, моделі стимулювання, вимогах до апаратного забезпечення та наративних аспектах суттєво відрізняється від Filecoin.

Arweave, орієнтуючись на Bitcoin, намагається постійно оптимізувати свою мережу постійного зберігання в довгостроковій перспективі, вимірюючи її роками. Arweave не цікавить маркетинг, також не цікавлять конкуренти та тенденції розвитку ринку. Це просто продовжує рухатися вперед на шляху ітерації архітектури мережі, навіть якщо ніхто не звертає на це уваги, адже саме це і є сутність команди розробників Arweave: довгостроковість. Завдяки довгостроковості Arweave отримала гарячий прийом під час останнього бика; і через довгостроковість, навіть потрапивши на дно, Arweave може витримати ще кілька циклів биків і ведмедів. Але чи буде місце для Arweave у майбутньому децентралізованому зберіганні? Цінність постійного зберігання може бути доведена лише часом.

Головна мережа Arweave з версії 1.5 до останньої версії 2.9, незважаючи на те, що втратила увагу ринку, продовжує прагнути до того, щоб більша кількість майнерів могла брати участь у мережі з найменшими витратами та стимулює майнерів максимально зберігати дані, що постійно підвищує стійкість усієї мережі. Arweave добре розуміє, що не відповідає перевагам ринку, обирає консервативний шлях, не підтримує спільноти майнерів, екосистема повністю застигла, оновлюючи головну мережу з найменшими витратами, зменшуючи апаратні бар'єри без шкоди для безпеки мережі.

Огляд шляху оновлення 1.5-2.9

Версія Arweave 1.5 виявила вразливість, за якою майнери можуть покладатися на стек GPU, а не на реальне зберігання для оптимізації шансів на видобуток блоків. Щоб стримати цю тенденцію, версія 1.7 впроваджує алгоритм RandomX, обмежуючи використання спеціалізованих обчислювальних потужностей і вимагаючи, щоб універсальні CPU брали участь у майнінгу, що послаблює централізацію обчислювальних потужностей.

У версії 2.0 Arweave впроваджує SPoA, перетворюючи докази даних на компактні шляхи структури дерев Меркла, та вводить транзакції формату 2 для зменшення навантаження на синхронізацію. Ця архітектура зменшує тиск на пропускну здатність мережі, значно покращуючи здатність вузлів до співпраці. Однак деякі майнери все ще можуть уникати реальної відповідальності за зберігання даних за допомогою стратегій централізованих швидкісних сховищ.

Щоб виправити цю схильність, у версії 2.4 було представлено механізм SPoRA, який вводить глобальний індекс та повільний хеш-рандомний доступ, що змушує майнерів дійсно володіти блоками даних для участі в ефективному видобутку, що механічно зменшує ефект накопичення обчислювальної потужності. В результаті, майнери почали звертати увагу на швидкість доступу до зберігання, що сприяло застосуванню SSD та пристроїв з високою швидкістю читання/запису. У версії 2.6 було введено управління ритмом видобутку за допомогою хеш-ланцюга, що збалансувало граничну вигоду високопродуктивних пристроїв, надаючи справедливий простір для участі середніх та малих майнерів.

Подальші версії подальшого зміцнення можливостей мережевої співпраці та різноманітності зберігання: 2.7 додано механізм спільного майнінгу та пулів, що підвищує конкурентоспроможність малих майнерів; 2.8 впроваджено механізм складної упаковки, що дозволяє об'ємним, повільним пристроям гнучко брати участь; 2.9 вводить новий процес упаковки у форматі replica_2_9, що значно підвищує ефективність та знижує залежність від обчислень, завершуючи замкнене коло моделі орієнтованого на дані майнінгу.

В цілому, шлях оновлення Arweave чітко демонструє його довгострокову стратегію, орієнтовану на зберігання: постійно протистояти тенденції до концентрації обчислювальної потужності, одночасно знижуючи бар'єри для участі, щоб забезпечити можливість тривалої роботи протоколу.

Walrus: Інноваційна спроба обійняти гарячі дані

Дизайн Walrus кардинально відрізняється від Filecoin та Arweave. Filecoin виходить з метою створення децентралізованої та перевірної системи зберігання, ціною якої є зберігання холодних даних; Arweave виходить з метою створення онлайнової бібліотеки Олександра, яка може назавжди зберігати дані, ціною якої є недостатня кількість сценаріїв; Walrus виходить з метою оптимізації витрат на зберігання для протоколу зберігання гарячих даних.

Магічно змінений код корекції та знищення: інновація вартості чи нова тара для старого вина?

У дизайні витрат на зберігання Walrus вважає, що витрати на зберігання Filecoin і Arweave є нерозумними, оскільки обидва ці проекти використовують архітектуру повного копіювання, основна перевага якої полягає в тому, що кожен вузол має повну копію, що забезпечує високу стійкість до відмов і незалежність між вузлами. Така архітектура гарантує, що навіть якщо частина вузлів вийде з ладу, мережа все ще матиме доступність даних. Проте це також означає, що системі потрібна багатократна надмірність для підтримки надійності, що підвищує витрати на зберігання. Особливо в дизайні Arweave механізм консенсусу сам по собі заохочує надмірне зберігання вузлів для підвищення безпеки даних. У порівнянні з цим, Filecoin має вищу гнучкість у контролі витрат, але ціною цього є те, що частина дешевшого зберігання може мати вищий ризик втрати даних. Walrus намагається знайти баланс між двома, його механізм контролює витрати на копіювання, водночас підвищуючи доступність через структуровану надмірність, що дозволяє встановити 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). Кодування RS є дуже традиційним алгоритмом кодування з виправленням помилок, а кодування з виправленням помилок – це технологія, яка дозволяє подвоїти набір даних, додаючи надмірні фрагменти, що може бути використано для відновлення вихідних даних. Від CD-ROM до супутникового зв'язку і до QR-кодів, воно часто використовується у повсякденному житті.

Кодування з виправленням помилок дозволяє користувачам отримати блок, наприклад, розміром 1 МБ, а потім "збільшити" його до 2 МБ, де додатковий 1 МБ є спеціальними даними, які називаються кодами виправлення помилок. Якщо будь-який байт у блоці буде втрачено, користувач може легко відновити ці байти за допомогою коду. Навіть якщо втрачається до 1 МБ блоку, можна відновити цілий блок. Така ж технологія дозволяє комп'ютерам зчитувати всі дані з CD-ROM, навіть якщо він пошкоджений.

Наразі найчастіше використовують коди РС. Спосіб реалізації полягає в тому, щоб почати з k інформаційних блоків, побудувати відповідний многочлен і оцінити його в різних x-координатах, щоб отримати закодовані блоки. Використовуючи коди РС, ймовірність випадкової вибірки втрати великих обсягів даних є дуже малою.

Наприклад: розділіть файл на 6 даних блоків і 4 контрольних блоки, всього 10 частин. Досить зберегти будь-які 6 частин, щоб повністю відновити вихідні дані.

Переваги: висока стійкість до помилок, широко використовується в CD/DVD, системах захисту від збою дисків (RAID) та у системах хмарного зберігання (таких як Azure Storage, Facebook F4).

Недоліки: складність декодування, високі витрати; не підходить для сцен з частими змінами даних. Тому зазвичай використовується для відновлення та планування даних у централізованому середовищі поза блокчейном.

У рамках Децентралізації архітектури, Storj та Sia адаптували традиційне RS кодування для задоволення реальних потреб розподіленої мережі. Walrus також на основі цього представив свій варіант - алгоритм кодування RedStuff, щоб забезпечити більш низькі витрати та більш гнучкий механізм резервного зберігання.

Яка основна особливість Redstuff? Завдяки вдосконаленому алгоритму кодування з виправленням помилок, Walrus може швидко та надійно кодувати неструктуровані блоки даних у менші фрагменти, які розподіляються для зберігання в мережі вузлів зберігання. Навіть якщо втрачається до двох третіх фрагментів, оригінальний блок даних можна швидко реконструювати за допомогою частини фрагментів. Це стало можливим при збереженні фактора копіювання лише в 4-5 разів.

Отже, визначити Walrus як легкий протокол надмірності та відновлення, перероблений навколо Децентралізація-сценарію, є доцільним. На відміну від традиційних кодів корекції помилок (як-от Reed-Solomon), RedStuff більше не прагне до суворої математичної узгодженості, а натомість здійснює реалістичні компроміси щодо розподілу даних, верифікації зберігання та обчислювальних витрат. Ця модель відмовляється від миттєвих механізмів декодування, необхідних для централізованого планування, і переходить до використання на ланцюгу.