Décentralisation du stockage : le chemin difficile de la conception à la réalisation

Le stockage a été l'un des secteurs les plus populaires de l'industrie de la blockchain. Filecoin, en tant que projet phare du dernier marché haussier, a vu sa capitalisation boursière dépasser les dix milliards de dollars. Arweave, quant à lui, se distingue par son argument de stockage permanent, atteignant une capitalisation boursière maximale de 3,5 milliards de dollars. Cependant, avec la remise en question de la disponibilité du stockage de données froides, la nécessité de stockage permanent est également contestée, et l'avenir du stockage décentralisé est assombri.

L'apparition de Walrus a apporté une nouvelle attention à un secteur de stockage qui était resté silencieux pendant longtemps. Le récent projet Shelby lancé en collaboration entre Aptos et Jump Crypto vise à porter le stockage décentralisé dans le domaine des données chaudes à de nouveaux sommets. Alors, le stockage décentralisé a-t-il la possibilité de renaître et d'être appliqué dans des scénarios plus larges ? Ou s'agit-il simplement d'une nouvelle vague de spéculation sur les concepts ? Cet article analysera l'évolution du stockage décentralisé à partir des parcours de développement de quatre projets : Filecoin, Arweave, Walrus et Shelby, et explorera ses perspectives de développement futur.

Filecoin : un nom pour le stockage, une réalité pour le minage

Filecoin est l'un des premiers projets de cryptomonnaie à avoir émergé, et son développement s'articule naturellement autour de la Décentralisation. C'est une caractéristique commune des projets de cryptomonnaie des débuts - chercher un sens à la Décentralisation dans divers domaines traditionnels. Filecoin combine le stockage et la Décentralisation, proposant des solutions aux inconvénients du stockage centralisé. Cependant, certains compromis réalisés pour atteindre la Décentralisation sont devenus des points de douleur que des projets ultérieurs comme Arweave ou Walrus s'efforcent de résoudre. Pour comprendre que Filecoin est essentiellement un projet de monnaie minière, il faut connaître les limites objectives de sa technologie sous-jacente, IPFS, dans le traitement des données chaudes.

IPFS : le goulet d'étranglement de la transmission dans une architecture décentralisée

Le système de fichiers interplanétaire IPFS( a vu le jour vers 2015, avec pour objectif de révolutionner le protocole HTTP traditionnel par le biais de l'adressage par contenu. Le principal inconvénient d'IPFS est sa vitesse d'accès extrêmement lente. À une époque où les fournisseurs de données traditionnels peuvent offrir des temps de réponse en millisecondes, obtenir un fichier via IPFS prend encore plusieurs secondes, ce qui rend sa promotion difficile dans des applications pratiques, et explique pourquoi, en dehors de quelques projets blockchain, il est rarement adopté par l'industrie traditionnelle.

Le protocole P2P sous-jacent d'IPFS est principalement adapté aux "données froides", c'est-à-dire aux contenus statiques qui ne changent pas souvent, comme les vidéos, les images et les documents. Cependant, en ce qui concerne les données chaudes, comme les pages web dynamiques, les jeux en ligne ou les applications d'intelligence artificielle, le protocole P2P n'offre pas d'avantages significatifs par rapport aux CDN traditionnels.

Bien que l'IPFS ne soit pas en soi une blockchain, le concept de conception de son graphe acyclique dirigé )DAG( est fortement en adéquation avec de nombreuses blockchains et protocoles Web3, ce qui en fait un cadre de construction sous-jacent naturellement adapté à la blockchain. Ainsi, même s'il présente des insuffisances en termes d'utilité, il est déjà suffisant en tant que cadre sous-jacent pour porter le récit de la blockchain. Les premiers projets cryptographiques n'avaient besoin que d'un cadre fonctionnel pour réaliser de grandes visions, mais lorsque Filecoin a atteint un certain stade de développement, les problèmes inhérents à l'IPFS ont commencé à entraver son développement ultérieur.

) logique des pièces minées sous l'extérieur de stockage

Le design d'IPFS vise à permettre aux utilisateurs de devenir une partie du réseau de stockage tout en stockant des données. Cependant, en l'absence d'incitations économiques, il est difficile pour les utilisateurs d'adopter ce système de manière volontaire, sans parler de devenir des nœuds de stockage actifs. Cela signifie que la plupart des utilisateurs ne stockeront des fichiers que sur IPFS, sans contribuer leur propre espace de stockage ni stocker les fichiers des autres. C'est dans ce contexte que Filecoin a émergé.

Dans le modèle économique du token de Filecoin, il y a principalement trois rôles : les utilisateurs sont responsables du paiement des frais pour stocker des données ; les mineurs de stockage reçoivent des récompenses en tokens pour avoir stocké les données des utilisateurs ; les mineurs de récupération fournissent des données lorsque les utilisateurs en ont besoin et reçoivent des récompenses.

Ce modèle présente un espace potentiel pour les abus. Les mineurs de stockage peuvent, après avoir fourni de l'espace de stockage, remplir des données inutiles pour obtenir des récompenses. Étant donné que ces données inutiles ne seront pas récupérées, même si elles sont perdues, cela ne déclenchera pas le mécanisme de pénalité des mineurs de stockage. Cela permet aux mineurs de stockage de supprimer les données inutiles et de répéter ce processus. Le consensus de preuve de réplication de Filecoin ne peut garantir que les données des utilisateurs n'ont pas été supprimées de manière non autorisée, mais ne peut pas empêcher les mineurs de remplir des données inutiles.

Le fonctionnement de Filecoin repose en grande partie sur l'investissement continu des mineurs dans l'économie des tokens, plutôt que sur la demande réelle des utilisateurs finaux pour le stockage décentralisé. Bien que le projet soit en cours d'itération, à ce stade, la construction de l'écosystème de Filecoin correspond davantage à une logique de "minage de tokens" qu'à un positionnement de projet de stockage "axé sur l'application".

Arweave : les gains et les pertes du long terme

Si l'objectif de conception de Filecoin est de construire un cadre de "nuage de données" décentralisé et incitatif, alors Arweave prend une autre direction extrême en matière de stockage : fournir une capacité de stockage permanent pour les données. Arweave ne tente pas de construire une plateforme de calcul distribuée, tout son système repose sur une hypothèse centrale - les données importantes devraient être stockées une fois pour toutes et rester à jamais sur le réseau. Ce long-termisme extrême fait qu'Arweave diffère considérablement de Filecoin, tant au niveau des mécanismes que des modèles d'incitation, des exigences matérielles à l'angle narratif.

Arweave considère le Bitcoin comme un objet d'apprentissage et tente d'optimiser en continu son réseau de stockage permanent sur une longue période mesurée en années. Arweave ne se concentre pas sur le marketing, ni sur les concurrents ou les tendances du marché. Il avance simplement sur le chemin de l'itération de l'architecture du réseau, même si personne ne s'y intéresse, car c'est dans la nature de l'équipe de développement d'Arweave : le long-termisme. Grâce au long-termisme, Arweave a été très prisé lors du dernier marché haussier ; et à cause du long-termisme, même en tombant au plus bas, Arweave pourrait encore survivre à plusieurs cycles haussiers et baissiers. Mais est-ce que le stockage décentralisé du futur aura une place pour Arweave ? La valeur d'existence du stockage permanent ne peut être prouvée que par le temps.

Le réseau principal d'Arweave est passé de la version 1.5 à la version 2.9. Bien qu'il ait perdu l'attention du marché, il s'est toujours engagé à permettre à un plus large éventail de mineurs de participer au réseau à un coût minimal et à inciter les mineurs à stocker des données au maximum, améliorant ainsi en permanence la robustesse de l'ensemble du réseau. Arweave est bien conscient de son manque de conformité aux préférences du marché, c'est pourquoi il adopte une approche conservatrice, ne s'alliant pas avec les communautés de mineurs, avec un écosystème complètement stagnant, mettant à niveau le réseau principal à moindre coût, tout en continuant à réduire le seuil matériel sans compromettre la sécurité du réseau.

Revue de la mise à niveau de la version 1.5-2.9

La version 1.5 d'Arweave a révélé une vulnérabilité permettant aux mineurs de se fier à l'empilement de GPU plutôt qu'à un véritable stockage pour optimiser les probabilités de création de blocs. Pour freiner cette tendance, la version 1.7 a introduit l'algorithme RandomX, limitant l'utilisation de puissance de calcul spécialisée et exigeant la participation de CPU génériques au minage, afin de réduire la Décentralisation de la puissance de calcul.

La version 2.0 utilise le SPoA, transformant la preuve de données en un chemin succinct de structure d'arbre de Merkle, et introduit des transactions au format 2 pour réduire la charge de synchronisation. Cette architecture allège la pression sur la bande passante du réseau, renforçant considérablement la capacité de collaboration des nœuds. Cependant, certains mineurs peuvent encore contourner la responsabilité de détention de données réelles grâce à des stratégies de pools de stockage centralisés à haute vitesse.

La version 2.4 introduit le mécanisme SPoRA, qui intègre un index global et un accès aléatoire lent par hachage, exigeant des mineurs qu'ils détiennent réellement des blocs de données pour participer à des blocs valides, ce qui affaiblit mécaniquement l'effet d'accumulation de puissance de calcul. En conséquence, les mineurs commencent à se concentrer sur la vitesse d'accès au stockage, stimulant l'application des SSD et des dispositifs de lecture/écriture à haute vitesse. La version 2.6 introduit une chaîne de hachage pour contrôler le rythme de génération des blocs, équilibrant ainsi les bénéfices marginaux des équipements haute performance et offrant un espace de participation équitable aux petits et moyens mineurs.

Les versions suivantes renforcent davantage la capacité de collaboration réseau et la diversité de stockage : 2.7 introduit le minage collaboratif et le mécanisme de pool, améliorant la compétitivité des petits mineurs ; 2.8 lance un mécanisme d'emballage composite, permettant aux appareils à faible vitesse et à grande capacité de participer de manière flexible ; 2.9 introduit un nouveau processus d'emballage au format replica_2_9, augmentant considérablement l'efficacité et réduisant la dépendance au calcul, complétant ainsi le modèle de minage orienté données.

Dans l'ensemble, la voie de mise à niveau d'Arweave présente clairement sa stratégie à long terme axée sur le stockage : tout en résistant sans cesse à la tendance de concentration de la puissance de calcul, elle continue de réduire les barrières à la participation, garantissant ainsi la possibilité de fonctionnement à long terme du protocole.

Walrus : Embrasser l'innovation et les limites des données chaudes

La conception de Walrus est complètement différente de celle de Filecoin et Arweave. Filecoin part du principe de créer un système de stockage décentralisé et vérifiable, au prix d'un stockage de données froides ; Arweave vise à créer une bibliothèque d'Alexandrie sur chaîne capable de stocker des données de manière permanente, au prix d'applications limitées ; Walrus, quant à lui, cherche à optimiser les coûts de stockage pour un protocole de stockage de données chaudes.

RedStuff: innovation des coûts ou un vieux vin dans de nouvelles bouteilles?

En ce qui concerne la conception des coûts de stockage, Walrus considère que les dépenses de stockage de Filecoin et d'Arweave sont déraisonnables. Les deux derniers utilisent une architecture de réplication complète, dont le principal avantage est que chaque nœud possède une copie complète, offrant une forte tolérance aux pannes et une indépendance entre les nœuds. Ce type d'architecture garantit que même si certains nœuds sont hors ligne, le réseau reste disponible en données. Cependant, cela signifie également que le système nécessite une redondance de plusieurs copies pour maintenir sa robustesse, augmentant ainsi les coûts de stockage. Surtout dans la conception d'Arweave, le mécanisme de consensus encourage lui-même la redondance du stockage des nœuds pour renforcer la sécurité des données. En revanche, Filecoin est plus flexible en matière de contrôle des coûts, mais cela implique que certains stockages à faible coût peuvent comporter un risque plus élevé de perte de données. Walrus essaie de trouver un équilibre entre les deux, son mécanisme contrôlant les coûts de réplication tout en renforçant la disponibilité par des moyens de redondance structurée, établissant ainsi un nouveau compromis entre la disponibilité des données et l'efficacité des coûts.

La technologie RedStuff, créée par Walrus, est la clé pour réduire la redondance des nœuds, elle est dérivée du codage Reed-Solomon ### RS (. Le codage RS est un algorithme traditionnel de code d'effacement, pouvant être utilisé pour reconstruire les données originales. De CD-ROM aux communications par satellite en passant par les codes QR, il est largement utilisé dans la vie quotidienne.

Les codes de correction d'erreurs permettent d'étendre un bloc de données ) de 1 Mo( à une taille double)2 Mo(, où le 1 Mo supplémentaire est constitué de données de correction d'erreurs spéciales. Même si n'importe quel octet du bloc est perdu, il peut être facilement récupéré grâce à ces codes. Même dans le cas d'une perte de données allant jusqu'à 1 Mo, il est possible de restaurer le bloc entier. La même technologie permet aux ordinateurs de lire toutes les données d'un CD-ROM endommagé.

Actuellement, le code RS est le plus couramment utilisé. La méthode de mise en œuvre consiste à commencer par k blocs d'informations, à construire un polynôme associé, puis à l'évaluer à différentes coordonnées x pour obtenir les blocs de code. En utilisant le code de correction d'erreurs RS, la probabilité de perdre de gros blocs de données par échantillonnage aléatoire est très faible.

La principale caractéristique de RedStuff est que, grâce à l'amélioration de l'algorithme de codage de correction d'erreurs, Walrus peut coder rapidement et de manière robuste des blocs de données non structurées en fragments plus petits, qui seront stockés de manière distribuée dans le réseau de nœuds de stockage. Même si jusqu'à deux tiers des fragments sont perdus, il est possible de reconstruire rapidement le bloc de données d'origine en utilisant des fragments partiels. Cela devient possible en maintenant le facteur de réplication entre 4 et 5.

Il est donc raisonnable de définir Walrus comme un protocole léger de redondance et de récupération redessiné autour d'un scénario de Décentralisation. Par rapport aux codes de correction d'erreurs traditionnels ) tels que Reed-Solomon (, RedStuff ne cherche plus à atteindre une cohérence mathématique stricte, mais a plutôt fait des compromis réalistes en ce qui concerne la distribution des données, la vérification du stockage et le coût de calcul. Ce modèle abandonne le mécanisme de décodage instantané requis par l'ordonnancement centralisé, en optant plutôt pour une vérification par Proof sur la chaîne pour déterminer si les nœuds détiennent des copies spécifiques des données, s'adaptant ainsi à une structure réseau plus dynamique et marginalisée.

Le cœur de la conception de RedStuff est de diviser les données en deux catégories : les tranches principales et les tranches secondaires. Les tranches principales sont utilisées pour restaurer les données d'origine, leur génération et leur distribution étant strictement contrôlées, le seuil de récupération étant de f+1, et nécessitant 2f+1 signatures comme garantie de disponibilité ; les tranches secondaires sont générées par des opérations simples comme la combinaison XOR, visant à fournir une tolérance aux pannes élastique et à améliorer la robustesse globale du système. Cette structure réduit essentiellement les exigences de cohérence des données - permettant à différents nœuds de stocker temporairement des versions de données différentes, en mettant l'accent sur un chemin pratique vers "la cohérence finale". Bien que similaire aux exigences laxistes concernant les blocs de retour dans des systèmes comme Arweave, ayant un certain effet sur la réduction de la charge du réseau, cela affaiblit en même temps la garantie de disponibilité immédiate et d'intégrité des données.

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