Децентралізація зберігання: довгий шлях від концепції до застосування

Зберігання колись було однією з популярних нішей у блокчейн-індустрії. Filecoin, як провідний проект минулого бичачого ринку, мав ринкову капіталізацію, що перевищувала 10 мільярдів доларів. У той же час Arweave з його пропозицією постійного зберігання досягав максимальної ринкової капіталізації в 3,5 мільярда доларів. Однак, з огляду на сумніви щодо практичності холодного зберігання даних, децентралізація зберігання стає під питанням, чи зможе вона справді реалізуватися.

Нещодавнє з'явлення Walrus привнесло нову увагу в давно тиху сферу зберігання. Проект Shelby, запущений у співпраці Aptos та Jump Crypto, має на меті вивести децентралізоване зберігання на новий рівень у сфері «гарячих» даних. Чи зможе децентралізоване зберігання знову відродитися, чи це лише ще один виток спекуляцій? У цій статті ми розглянемо еволюцію децентралізованого зберігання, проаналізувавши розвивальні траєкторії чотирьох проектів: Filecoin, Arweave, Walrus та Shelby, а також обговоримо його перспективи розвитку.

Filecoin: Ім'я зберігання, суть видобутку

Filecoin є одним із представницьких проектів, що виникли на ранніх стадіях, його розвиток зосереджений на Децентралізації. Це відповідає загальній характеристиці ранніх альткоїнів — пошук застосунків Децентралізації в різних традиційних сферах. Filecoin поєднує зберігання з Децентралізацією, зосереджуючи увагу на вирішенні проблеми довіри централізованих сервісів зберігання. Проте певні компроміси, зроблені для досягнення Децентралізації, стали болючими точками, які пізніше намагалися вирішити інші проекти.

Щоб зрозуміти, що Filecoin насправді є лише майнінговою монетою, потрібно усвідомити об'єктивні обмеження його базової технології IPFS у застосуваннях гарячих даних.

IPFS:Децентралізація архітектури трансферних вузьких місць

IPFS(Міжзоряна файлова система) з'явилася близько 2015 року, метою якої є заміна традиційного протоколу HTTP через адресацію вмісту. Але найбільшим недоліком IPFS є дуже повільна швидкість отримання. У той час як традиційні служби даних досягають мілісекундної реакції, для отримання файлу через IPFS все ще потрібно кілька секунд, що ускладнює його впровадження в практичне застосування і пояснює, чому, окрім кількох блокчейн-проєктів, він рідко використовується традиційними галузями.

IPFS нижнього рівня P2P протокол в основному підходить для "холодних даних", тобто незмінного статичного контенту, такого як відео, зображення та документи. Але при обробці гарячих даних, таких як динамічні веб-сторінки, онлайн-ігри або AI-додатки, P2P протокол не має явних переваг у порівнянні з традиційними CDN.

Хоча IPFS сам по собі не є блокчейном, його концепція дизайну на основі орієнтованого ациклічного графа (DAG) сильно співвідноситься з багатьма публічними блокчейнами та протоколами Web3, що робить його природно придатним як базову конструкцію для блокчейну. Тому, навіть якщо йому бракує практичної цінності, як базовій конструкції для блокчейн-оповідей цього вже достатньо. Ранні проекти потребували лише працюючої конструкції, щоб розпочати грандіозні бачення, але коли Filecoin досягає певного етапу розвитку, обмеження, які несе IPFS, починають заважати його просуванню.

Логіка монеток під оболонкою зберігання

Дизайн IPFS був задуманий так, щоб користувачі могли зберігати дані, а також бути 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 будуть вносити свій обсяг пам'яті та не зберігатимуть файли інших. Саме в такому контексті виник Filecoin.

В економічній моделі токенів Filecoin основними є три ролі: користувачі відповідають за оплату витрат на зберігання даних; майнери зберігання отримують токенну винагороду за зберігання даних користувачів; майнери пошуку надають дані за запитом користувача та отримують винагороду.

Ця модель має потенційний простір для зловживань. Майнери зберігання можуть заповнювати сміттєвими даними після надання простору для зберігання, щоб отримати винагороду. Оскільки ці сміттєві дані не підлягають пошуку, навіть якщо їх втрачають, це не активує механізм конфіскації майнерів зберігання. Це дозволяє майнерам зберігання видаляти сміттєві дані і повторювати цей процес. Консенсус на основі доказу копіювання Filecoin може лише забезпечити, що 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 дистрибутивне зберігання. Хоча проєкт продовжує ітерацію, на даному етапі екосистема Filecoin більше відповідає визначенню "логіки майнінгу", а не "додаток, що керує" зберіганням.

Arweave: двосічний меч довгострокового мислення

Якщо сказати, що метою дизайну Filecoin є побудова стимулюючої, підтверджуваної Децентралізації "хмари даних", то Arweave рухається в іншому напрямку зберігання в крайнощі: надаючи можливість постійного зберігання даних. Arweave не намагається побудувати розподілену обчислювальну платформу, вся її система розгортається навколо одного основного припущення – важливі дані повинні зберігатися один раз і назавжди залишатися в мережі. Цей екстремальний довгостроковий підхід робить Arweave радикально відмінним від Filecoin у механізмах, моделях стимулювання, вимогах до апаратного забезпечення та наративних аспектах.

Arweave, вивчаючи біткойн, намагається постійно оптимізувати свою мережу постійного зберігання протягом тривалих періодів, вимірюваних роками. Arweave не турбує маркетинг, не турбує конкуренти та розвиток ринку. Він просто продовжує йти вперед на шляху ітерації архітектури мережі, навіть якщо ніхто не звертає на це увагу, адже це суть команди розробників Arweave: довгостроковість. Завдяки довгостроковості Arweave отримала велику популярність під час останнього бичачого ринку; також через довгостроковість, навіть якщо вона впаде до дна, Arweave все ще може витримати кілька раундів бичачих і ведмежих ринків. Але чи є 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, хоча вже втратила увагу ринку, проте постійно працює над тим, щоб дозволити більшій кількості майнерів брати участь у мережі з мінімальними витратами та стимулювати майнерів максимально зберігати дані, що постійно підвищує надійність усієї мережі. Arweave добре усвідомлює, що не відповідає перевагам ринку, тому обрала консервативний шлях, не обіймаючи майнерську спільноту, екосистема повністю застигла, з мінімальними витратами оновлює головну мережу, без шкоди для безпеки мережі, постійно знижуючи апаратні бар'єри.

Огляд шляху оновлення 1.5-2.9

Версія Arweave 1.5 виявила вразливість, при якій майнери можуть покладатися на стек GPU, а не на реальне зберігання, щоб оптимізувати шанси на видобуток блоку. Щоб стримати цю тенденцію, версія 1.7 впровадила алгоритм RandomX, обмежуючи використання спеціалізованих обчислювальних потужностей і вимагаючи участі загальних CPU в майнінгу, що ослаблює централізацію обчислювальної потужності.

У версії 2.0 Arweave використовує SPoA, перетворюючи докази даних у компактний шлях структури Меркла, і вводить транзакції формату 2 для зменшення навантаження на синхронізацію. Ця архітектура зменшує тиск на пропускну здатність мережі, що суттєво підвищує здатність вузлів до співпраці. Однак деякі майнери все ще можуть уникати відповідальності за реальне зберігання даних за допомогою стратегії централізованих швидкісних сховищ.

Для виправлення цього ухилу, 2.4 впроваджує механізм SPoRA, який вводить глобальний індекс та повільний хеш-рандомний доступ, змушуючи майнерів реально володіти блоками даних для участі в ефективному видобутку, що механічно послаблює ефект накопичення обчислювальної потужності. В результаті, майнери починають звертати увагу на швидкість доступу до зберігання, сприяючи впровадженню SSD та високошвидкісних пристроїв запису і читання. 2.6 впроваджує контроль за допомогою хеш-ланцюга для регулювання темпу видобутку, балансуючи 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 механізм спільного видобутку та майнінгові пули, підвищуючи конкурентоспроможність малих майнерів; 2.8 представляє механізм комплексної упаковки, що дозволяє великим об'ємам низькошвидкісних пристроїв гнучко брати участь; 2.9 вводить новий процес упаковки у форматі replica_2_9, значно підвищуючи ефективність і знижуючи обчислювальні залежності, завершуючи замкнуту цикл моделі видобутку, орієнтованої на дані.

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

Walrus: Новий досвід з热数据存储

Дизайн Walrus кардинально відрізняється від Filecoin та Arweave. Вихідна точка Filecoin - створити децентралізовану верифіковану систему зберігання, ціною якої є зберігання холодних даних; вихідна точка Arweave - створити онлайнову бібліотеку Олександра, яка може зберігати дані назавжди, ціною якої є занадто мало сцен; вихідна точка Walrus - оптимізувати витрати на зберігання в протоколі зберігання гарячих даних.

Магічно змінений код корекції: інновація витрат чи новий флакон для старого вина?

У проектуванні витрат на зберігання Walrus вважає, що витрати на зберігання Filecoin і Arweave є необґрунтованими. Обидва вони використовують архітектуру повного копіювання, основна перевага якої полягає в тому, що кожен вузол має повну копію, що забезпечує високу відмовостійкість та незалежність між вузлами. Така архітектура може забезпечити доступність даних, навіть якщо частина вузлів офлайн. Однак це також означає, що системі потрібні множинні копії для підтримки надійності, що в свою чергу підвищує витрати на зберігання. Особливо в дизайні Arweave механізм консенсусу сам по собі заохочує вузли до надмірного зберігання, щоб підвищити безпеку даних. У порівнянні, Filecoin є більш гнучким в контролі витрат, але це коштує ризику вищої ймовірності втрати даних для деяких низьковитратних варіантів зберігання. Walrus намагається знайти баланс між обома, його механізм контролює витрати на копіювання, одночасно підвищуючи доступність за допомогою структурованої надмірності, тим самим створюючи новий компроміс між доступністю даних та ефективністю витрат.

Redstuff, створений Walrus, є ключовою технологією для зменшення надмірності вузлів, він походить з кодування Reed-Solomon(RS). Код RS є дуже традиційним алгоритмом кодування з виправленням помилок, код з виправленням помилок є технологією, що дозволяє подвоїти набір даних, додаючи надмірні фрагменти (erasure code), 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 помилок дозволяє користувачам отримувати блоки, наприклад, 1 МБ, а потім "збільшувати" їх до 2 МБ, де додатковий 1 МБ - це спеціальні дані, відомі як код корекції помилок. Якщо будь-який байт у блоці загублено, користувач може легко відновити ці байти за допомогою коду. Навіть якщо втрачається до 1 МБ блоку, можна відновити весь 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 координатах x, щоб отримати кодований блок. Використовуючи коди РС, ймовірність випадкової вибірки великих обсягів втрачених даних є дуже малою.

Яка найбільша особливість Redstuff? Завдяки вдосконаленню 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 третин фрагментів, оригінальний блок даних можна швидко реконструювати, використовуючи частину фрагментів. Це стає можливим при збереженні фактора реплікації лише в 4-5 разів.

Отже, визначити Walrus як легкий протокол для надмірності та відновлення, перепроектований навколо децентралізованої сцени, є обґрунтованим. На відміну від традиційних кодів виправлення (, таких як Reed-Solomon), RedStuff більше не прагне до суворої математичної узгодженості, а натомість робить реалістичні компроміси щодо розподілу даних, верифікації зберігання та витрат на обчислення. Ця модель відмовляється від механізму миттєвого декодування, необхідного для централізованого планування, і замість цього підтверджує наявність у вузлів певних копій даних через верифікацію Proof на ланцюзі, щоб адаптуватися до більш динамічної, маргіналізованої мережевої структури.

Ядро дизайну RedStuff полягає в розподілі даних на два типи: основні слайси та вторинні слайси. Основні слайси використовуються для відновлення оригінальних даних, їхнє створення та розподіл підлягає суворим обмеженням, поріг відновлення становить f+1, і потрібно 2f+1 підписів як підтвердження доступності; вторинні слайси генеруються за допомогою простих операцій, таких як операція XOR, і покликані забезпечити еластичну стійкість до помилок, підвищуючи загальну надійність системи. Ця структура суттєво знижує вимоги до узгодженості даних — дозволяючи різним вузлам тимчасово зберігати різні версії даних, підкреслюючи практичний шлях "кінцевої узгодженості". Хоча це схоже на м'якші вимоги до зворотних блоків у системах, таких як Arweave, і досягло певного ефекту в зниженні навантаження на мережу, це також послаблює гарантії миттєвої доступності та цілісності даних.

Не можна ігнорувати, що RedStuff, хоча і реалізував