Децентралізація зберігання: шлях від ідеї до реальності

Зберігання колись було одним з популярних напрямків у блокчейн-індустрії. Filecoin, як провідний проєкт попереднього бика, мав капіталізацію, що перевищувала 10 мільярдів доларів. Arweave пропонує постійне зберігання як свою основну перевагу, досягаючи максимальної капіталізації в 3,5 мільярда доларів. Проте, з огляду на обмеження зберігання холодних даних, необхідність у постійному зберіганні піддається сумніву, а перспективи децентралізованого зберігання також викликають питання.

Поява Walrus принесла нову енергію у давно затихлу область зберігання. Сьогодні Aptos разом з Jump Crypto запускають Shelby, мета якого – підняти децентралізоване зберігання в області гарячих даних на новий рівень. Чи зможе децентралізоване зберігання повернутися, щоб надати рішення для широких сфер застосування? Чи це всього лише ще один раунд спекуляцій? У цій статті ми розглянемо розвиток чотирьох проектів: Filecoin, Arweave, Walrus і Shelby, проаналізуємо еволюцію наративу децентралізованого зберігання та обговоримо майбутні перспективи його популяризації.

Filecoin: Ім'я зберігання, суть видобутку

Filecoin є одним із ранніх криптовалютних проектів, що виникли, і його напрямок розвитку, природно, зосереджений на Децентралізації. Це загальна характеристика ранніх криптопроектів - пошук значення Децентралізації у різних традиційних сферах. Filecoin не є винятком, він пов'язує зберігання з Децентралізацією, вказуючи на недоліки централізованого зберігання даних: припущення довіри до централізованих постачальників послуг зберігання. Отже, мета Filecoin полягає в тому, щоб перетворити централізоване зберігання на Децентралізоване зберігання. Однак деякі аспекти, які були принесені в жертву для досягнення Децентралізації, згодом стали болючими точками, які намагалися вирішити такі проекти, як Arweave або Walrus. Щоб зрозуміти, чому 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 архітектура, проте обмежена вузьким місцем передачі

IPFS(Міжзоряна файлова система)була представлена ще в 2015 році з метою революціонізувати традиційний протокол HTTP через адресацію за вмістом. Найбільшим недоліком IPFS є надзвичайно повільна швидкість отримання. У часи, коли традиційні постачальники даних можуть досягати мілісекундної відповіді, для отримання файлу в IPFS все ще потрібно кілька секунд, що ускладнює його впровадження в практику та пояснює, чому, крім кількох блокчейн-проектів, він рідко використовується в традиційних галузях.

IPFS базовий P2P протокол 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 застосування штучного інтелекту, P2P протокол не має очевидних переваг у порівнянні з традиційними CDN.

Хоча IPFS сам по собі не є блокчейном, але концепція спрямованого ациклічного графа (DAG), що використовується в ньому, тісно пов'язана з багатьма публічними блокчейнами та протоколами Web3, що робить його природно придатним для використання як базової конструкційної рамки для блокчейну. Тому, навіть якщо він не має практичної цінності, як базова рамка для наративу блокчейну він вже достатній. Ранні криптопроекти потребували лише працюючої рамки, щоб реалізувати великі амбіції, але коли Filecoin досяг певного етапу, обмеження, які приносить IPFS, почали заважати його розвитку.

Логіка монет, що зберігаються під зовнішнім покриттям

Дизайн IPFS був задуманий так, щоб дозволити користувачам зберігати дані, водночас будучи частиною мережі зберігання. Однак 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 вкладатимуть своє місце для зберігання та не зберігатимуть файли інших. Саме в такому контексті з'явився Filecoin.

У 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 вони потрібні користувачам, і отримують заохочення.

Ця модель має потенційний простір для зловживань. Майнери зберігання можуть заповнити сміттєвими даними після надання простору для зберігання, щоб отримати винагороду. Оскільки ці сміттєві дані не підлягають запиту, навіть якщо вони втрачені, це не викличе механізм покарання для майнерів зберігання. Це дозволяє майнерам зберігання видаляти сміттєві дані та повторювати цей процес. Консенсусна модель доказу копії Filecoin може лише забезпечити, щоб дані користувача не були видалені без дозволу, але не може запобігти заповненню сміттєвими даними.

Запуск Filecoin в значній мірі залежить від постійних інвестицій майнерів у токеноміку, а не від реального попиту кінцевих користувачів на розподілене зберігання. Хоча проект продовжує ітеруватися, на даному етапі будівництво екосистеми Filecoin більше відповідає визначенню "логіки майнінгу", а не "додатків" для проектів зберігання.

Arweave: народжений довгостроковою політикою, зруйнований довгостроковою політикою

Якщо сказати, що дизайн-мета Filecoin полягає в створенні стимулюючої, доведеної Децентралізації "хмари даних", то Arweave, навпаки, йде в крайність в іншому напрямку зберігання: забезпечуючи можливість постійного зберігання даних. Arweave не намагається побудувати розподілену обчислювальну платформу, вся її система базується на одному ключовому припущенні - важливі дані повинні зберігатися один раз і назавжди залишатися в мережі. Цей крайній довгостроковий підхід робить Arweave абсолютно відмінним від Filecoin у всіх аспектах: від механізмів до моделей стимулювання, від вимог до апаратного забезпечення до наративних аспектів.

Arweave використовує біткойн як об'єкт навчання, намагаючись постійно оптимізувати свою мережу постійного зберігання протягом тривалих періодів, що вимірюються роками. Arweave не турбує маркетинг, не турбує конкуренти та тенденції розвитку ринку. Вона просто продовжує рухатися вперед на шляху до ітерації архітектури мережі, навіть якщо ніхто не звертає на це уваги, адже це і є суть команди розробників Arweave: довгостроковість. Завдяки довгостроковості, Arweave отримала гарячий прийом під час попереднього бичачого ринку; також через довгостроковість, навіть впавши до дна, Arweave може пережити ще кілька раундів бичачого та ведмежого ринку. Але чи буде у майбутньому місце для Arweave в децентралізованому зберіганні? Цінність існування постійного зберігання може бути доведена лише часом.

Головна мережа Arweave з версії 1.5 до останньої версії 2.9, незважаючи на втрату ринкової уваги, продовжує працювати над тим, щоб дати можливість більшій кількості майнерів брати участь у мережі з мінімальними витратами, та заохочувати майнерів максимально зберігати дані, щоб постійно підвищувати міцність усієї мережі. Arweave, знаючи, що не відповідає ринковим уподобанням, обрала консервативний шлях, не об'єднуючись з майнерськими групами, екосистема повністю застигла, оновлюючи головну мережу з мінімальними витратами, без шкоди для безпеки мережі, постійно знижуючи апаратні бар'єри.

Огляд шляху оновлення 1.5-2.9

Версія Arweave 1.5 виявила уразливість, через яку майнери можуть покладатися на стек GPU замість реального зберігання для оптимізації ймовірності блокування. Щоб стримати цю тенденцію, версія 1.7 вводить алгоритм RandomX, обмежуючи використання спеціалізованих обчислювальних потужностей, і вимагає участі універсальних ЦП у майнінгу, що послаблює централізацію обчислювальної потужності.

У версії 2.0 Arweave використовує SPoA, перетворюючи доказ даних на простий шлях структури Меркла, та впроваджує транзакції формату 2 для зменшення навантаження під час синхронізації. Ця архітектура зменшує тиск на мережеву пропускну здатність, значно підвищуючи здатність вузлів до співпраці. Однак деякі майнери все ще можуть уникати відповідальності за реальне зберігання даних за допомогою стратегії централізованого швидкого сховища.

Для виправлення цього упередження, 2.4 запроваджує механізм SPoRA, який вводить глобальний індекс та повільний хеш для випадкового доступу, змушуючи майнерів дійсно володіти блоками даних для участі в ефективному видобутку, що механічно послаблює ефект накопичення обчислювальної потужності. Внаслідок цього майнери почали звертати увагу на швидкість доступу до зберігання, що сприяло використанню SSD та пристроїв з високошвидкісним читанням і записом. 2.6 запроваджує контроль хеш-ланцюга для регулювання темпу видобутку, що збалансовує граничну вигоду високопродуктивних пристроїв і надає справедливий простір для участі середніх і малих майнерів.

Подальші версії ще більше зміцнюють мережеву співпрацю та різноманітність зберігання: 2.7 додає механізм спільного видобутку та пулів, підвищуючи конкурентоспроможність малих майнерів; 2.8 представляє механізм композитної упаковки, дозволяючи великим обсягам повільних пристроїв гнучко брати участь; 2.9 вводить новий процес упаковки у форматі replica_2_9, значно підвищуючи ефективність та знижуючи обчислювальні залежності, завершуючи замкнуту петлю моделі видобутку, орієнтованої на дані.

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

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

Walrus з точки зору дизайну, повністю відрізняється від Filecoin та Arweave. Вихідна точка Filecoin - створити децентралізовану перевірену систему зберігання, ціною якої є зберігання холодних даних; вихідна точка Arweave - створити блокчейн-бібліотеку Олександра, яка може постійно зберігати дані, ціною якої є надто мало сцен; вихідна точка Walrus - оптимізувати витрати на зберігання протоколу зберігання гарячих даних.

Магічна модифікація коду виправлення: інновація витрат чи нова пляшка для старого вина?

У дизайні витрат на зберігання Walrus вважає, що витрати на зберігання Filecoin і Arweave є нерозумними, оскільки обидва використовують архітектуру повного копіювання, основна перевага якої полягає в тому, що кожен вузол має повну копію, що забезпечує високу стійкість до помилок і незалежність між вузлами. Така архітектура може гарантувати, що навіть якщо частина вузлів офлайн, мережа все ще має доступність даних. Однак це також означає, що системі потрібна багатокопійна надмірність для підтримки надійності, що підвищує витрати на зберігання. Особливо в дизайні Arweave механізм консенсусу сам по собі заохочує вузли до надмірного зберігання, щоб підвищити безпеку даних. У порівнянні з цим, Filecoin є більш гнучким у контролі витрат, але ціною цього є те, що частина низьковартісного зберігання може мати вищий ризик втрати даних. Walrus намагається знайти баланс між обома, його механізм контролює витрати на копіювання, одночасно підвищуючи доступність через структуровану надмірність, встановлюючи новий компроміс між доступністю даних і ефективністю витрат.

Redstuff, створений Walrus, є ключовою технологією для зменшення надмірності вузлів, яка походить від кодування Reed-Solomon(RS). Код RS є дуже традиційним алгоритмом кодування з виправленням помилок, який дозволяє подвоїти набір даних шляхом додавання надмірних фрагментів(erasure code) для відновлення оригінальних даних. Від CD-ROM до супутникового зв'язку і до QR-кодів, він часто використовується в повсякденному житті.

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

Наразі найбільш поширеним є код RS. Спосіб реалізації полягає в тому, щоб почати з k інформаційних блоків, побудувати відповідний多项式 і оцінити його в різних координатах x, щоб отримати закодовані блоки. Використовуючи код корекції RS, 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 відмовостійкість, широко використовується в CD/DVD, системах RAID( з захистом від відмов, а також в системах хмарного зберігання), таких як Azure Storage, Facebook F4(.

Недоліки: складність обчислення декодування, висока вартість; не підходить для сценаріїв з частими змінами даних. Тому зазвичай використовується для відновлення даних та планування в централізованому середовищі поза блокчейном.

У децентралізованій архітектурі Storj і Sia адаптували традиційне кодування RS відповідно до реальних потреб розподіленої мережі. Walrus також на цій основі запропонував свій варіант - алгоритм кодування RedStuff, щоб досягти меншої вартості та більшої гнучкості механізму надлишкового зберігання.

Яка основна особливість Redstuff? Завдяки вдосконаленню алгоритму кодування з корекцією помилок, Walrus може швидко і надійно кодувати неструктуровані блоки даних у менші фрагменти, які зберігаються в мережі зберігання вузлів. Навіть якщо втрачається до двох третин фрагментів, можна швидко реконструювати оригінальний блок даних, використовуючи частину фрагментів. Це стало можливим при збереженні фактора копіювання лише 4-5 разів.

Отже, визначення Walrus як оточення