分散化ストレージ:概念から実現までの困難な道

ストレージはかつてブロックチェーン業界の人気のある分野の一つでした。Filecoinは前回のブルマーケットの代表プロジェクトとして、一時的に時価総額が100億ドルを超えました。Arweaveは永続的なストレージを売りにしており、最高時価総額は35億ドルに達しました。しかし、コールドデータストレージの利用可能性が疑問視される中で、永続的なストレージの必要性も挑戦を受け、分散化ストレージの将来は影に覆われています。

Walrusの登場は長い間静かだったストレージ分野に新たな注目をもたらしました。そして最近、AptosとJump Cryptoが共同で立ち上げたShelbyプロジェクトは、分散化ストレージをホットデータ領域で新たな高みに引き上げることを目指しています。さて、分散化ストレージは再び復活し、より広範なシーンでの応用が期待できるのでしょうか、それとも単なる再びの概念の炒作に過ぎないのでしょうか。本記事では、Filecoin、Arweave、Walrus、Shelbyの4つのプロジェクトの発展の過程をもとに、分散化ストレージの進化過程を分析し、その未来の発展の展望を探ります。

! FilecoinとArweaveからWalrusとShelbyへ:分散型ストレージの人気からどれくらい離れていますか?

Filecoin:ストレージの名、マイニングの実

Filecoinは、比較的早い段階で登場した暗号通貨プロジェクトの一つであり、その発展の方向性は自然と分散化に焦点を当てています。これは、初期の暗号プロジェクトに共通する特徴であり、さまざまな伝統的な分野において分散化の意義を探求しています。Filecoinは、ストレージと分散化を組み合わせ、集中型ストレージの欠点に対する解決策を提案しています。しかし、分散化を実現するために行われた特定の妥協策は、結果的に後にArweaveやWalrusなどのプロジェクトが解決しようとした痛点となりました。Filecoinが実質的にはマイニングコインプロジェクトに過ぎないことを理解するためには、その基盤技術であるIPFSがホットデータを扱う際の客観的な限界を理解する必要があります。

IPFS:分散化アーキテクチャの伝送ボトルネック

IPFS(星际ファイルシステム)は2015年頃に登場し、コンテンツアドレッシング方式を通じて従来のHTTPプロトコルを覆すことを目的としています。IPFSの最大の欠点は取得速度が非常に遅いことです。従来のデータサービスプロバイダーがミリ秒単位の応答を実現できる時代においても、IPFSでファイルを取得するには十数秒かかるため、実際のアプリケーションでの普及が難しく、少数のブロックチェーンプロジェクトを除いて、伝統的な業界でほとんど採用されていない理由を説明しています。

IPFSの基盤となるP2Pプロトコルは、主に「コールドデータ」、つまりあまり変動しない静的コンテンツに適しており、動画、画像、文書などが含まれます。しかし、動的なウェブページ、オンラインゲーム、または人工知能アプリケーションなどのホットデータを扱う場合、P2Pプロトコルは従来のCDNに対して明らかな利点はありません。

IPFS自体はブロックチェーンではありませんが、その採用されている有向非循環グラフ(DAG)の設計理念は、多くの公的ブロックチェーンおよびWeb3プロトコルと高度に適合しており、ブロックチェーンの基盤構築フレームワークとして生まれつき適しています。したがって、実用性の面で不足があっても、ブロックチェーンの物語を支える基盤構築フレームワークとしては十分です。初期の暗号プロジェクトは、運用可能なフレームワークさえあれば壮大なビジョンを開くことができましたが、Filecoinが一定の段階に達するにつれて、IPFSがもたらす固有の問題がそのさらなる発展を妨げ始めました。

外衣の下のマイニングコインのロジック

IPFSの設計の意図は、ユーザーがデータを保存するだけでなく、保存ネットワークの一部にもなることです。しかし、経済的インセンティブが欠如している状況では、ユーザーが自発的にこのシステムを使用することは難しく、活発なストレージノードになることは言うまでもありません。これは、ほとんどのユーザーがファイルをIPFSに保存するだけで、自分のストレージスペースを提供せず、他人のファイルを保存しないことを意味します。まさにこのような背景の中で、Filecoinが誕生しました。

Filecoinのトークン経済モデルには主に3つの役割があります: ユーザーはデータを保存するための料金を支払う責任があります; ストレージマイナーはユーザーのデータを保存することでトークン報酬を得ます; リトリーバーマイナーはユーザーが必要とする際にデータを提供し、報酬を得ます。

このモデルには潜在的な悪用の余地があります。ストレージマイナーはストレージスペースを提供した後、報酬を得るためにゴミデータを埋め込む可能性があります。これらのゴミデータは検索されないため、たとえ失われても、ストレージマイナーの罰則メカニズムは発動しません。これにより、ストレージマイナーはゴミデータを削除し、このプロセスを繰り返すことができます。Filecoinの複製証明コンセンサスは、ユーザーデータが不正に削除されていないことを保証することができますが、マイナーがゴミデータを埋め込むことを防ぐことはできません。

Filecoinの運用は、エンドユーザーの分散ストレージに対する真の需要ではなく、マイナーによるトークンエコノミーへの継続的な投資に大きく依存しています。プロジェクトはまだ継続的にイテレーションを行っていますが、現段階では、Filecoinのエコシステム構築は「マイニングコインロジック」により適しており、「アプリケーション駆動」のストレージプロジェクトの位置付けとは異なります。

アーウィーヴ:長期主義の利益と損失

もしFilecoinの設計目標がインセンティブを与え、証明可能な分散型「データクラウド」フレームワークを構築することだとすれば、Arweaveはデータに永続的なストレージ能力を提供するという別の方向に極端に進んでいます。Arweaveは分散コンピューティングプラットフォームを構築しようとはしておらず、システム全体は重要なデータは一度だけ保存され、永遠にネットワーク上に残されるべきであるという核心的な仮定の周りで展開されています。この極端な長期主義により、Arweaveはメカニズムからインセンティブモデル、ハードウェア要件から物語の観点まで、Filecoinとは大きく異なっています。

Arweaveはビットコインを学習対象とし、年単位の長期的な周期の中で自身の永久保存ネットワークを継続的に最適化しようとしています。Arweaveはマーケティングに重点を置かず、競合他社や市場のトレンドにも関心を持っていません。ただネットワークアーキテクチャのイテレーションの道を進んでいるだけで、誰も注目しなくても気にしません。なぜならこれがArweave開発チームの本質、すなわち長期主義だからです。長期主義のおかげで、Arweaveは前回の牛市で熱烈に支持されました。また、長期主義のために、たとえ底に落ちても、Arweaveは数回の牛市と熊市を乗り越える可能性があります。ただ、未来の分散化ストレージにArweaveの居場所があるのでしょうか？永久保存の存在価値は、時間によってのみ証明されるのです。

Arweaveのメインネットは1.5バージョンから最近の2.9バージョンまで、市場の注目を失ったにもかかわらず、より広範囲のマイナーが最小限のコストでネットワークに参加できるよう努めており、マイナーにデータを最大限に保存するよう奨励し、ネットワーク全体の堅牢性を向上させています。Arweaveは自社が市場の好みに合わないことを深く理解しているため、保守的な路線を採用し、マイナーコミュニティを受け入れず、エコシステムは完全に停滞し、最小限のコストでメインネットをアップグレードし、ネットワークの安全性を損なうことなく、ハードウェアの敷居を継続的に引き下げています。

1.5-2.9バージョンアップ回顧

Arweave 1.5バージョンでは、マイナーが実際のストレージではなくGPUスタックに依存してブロック生成の確率を最適化できる脆弱性が暴露されました。この傾向を抑制するために、1.7バージョンではRandomXアルゴリズムが導入され、専門的な計算能力の使用が制限され、汎用CPUの参加が求められるようになり、計算能力の分散化が進められました。

2.0バージョンはSPoAを採用し、データ証明をメルクルツリー構造の簡潔なパスに変換し、フォーマット2トランザクションを導入して同期負担を軽減します。このアーキテクチャはネットワークの帯域幅の圧力を緩和し、ノードの協調能力を大幅に強化しました。しかし、一部のマイナーは依然として集中型高速ストレージプール戦略を通じて、実際のデータ保有責任を回避することができます。

2.4バージョンではSPoRAメカニズムが導入され、グローバルインデックスと遅いハッシュランダムアクセスが導入され、マイナーは有効なブロック生成に参加するためにデータブロックを実際に保有している必要があります。これにより、メカニズム的に算力の蓄積効果が弱まります。その結果、マイナーはストレージアクセス速度に注目し、SSDや高速読書きデバイスの利用が促進されました。2.6バージョンではハッシュチェーンがブロック生成のリズムを制御することが導入され、高性能デバイスの限界的な利益がバランスされ、中小マイナーに公平な参加スペースが提供されました。

今後のバージョンはネットワークの協力能力とストレージの多様性をさらに強化します:2.7では協力的マイニングとマイニングプールのメカニズムが追加され、小規模マイナーの競争力が向上します;2.8ではコンパウンドパッケージメカニズムが導入され、大容量の低速デバイスが柔軟に参加できるようになります;2.9ではreplica_2_9フォーマットで新しいパッケージプロセスが導入され、効率が大幅に向上し、計算依存が減少し、データ指向のマイニングモデルのクローズドループが完成します。

全体的に見ると、Arweaveのアップグレードパスはストレージ指向の長期戦略を明確に示しています: 常に計算力の集中傾向に抵抗しつつ、参加のハードルを継続的に下げ、プロトコルの長期運用の可能性を保証します。

ワモンアザラシ:ホットデータの革新と限界を受け入れる

Walrusの設計思想はFilecoinやArweaveとは完全に異なります。Filecoinの出発点は、去中心化可検証ストレージシステムを構築することであり、その代償は冷データストレージです; Arweaveの出発点は、データを永久に保存できるオンチェーンのアレクサンドリア図書館を構築することであり、その代償はアプリケーションのシナリオが限られていることです; Walrusの出発点は、ストレージコストを最適化するホットデータストレージプロトコルです。

RedStuff:コスト革新それとも新しい瓶に古い酒?

ストレージコスト設計において、WalrusはFilecoinとArweaveのストレージコストが不合理であると考えています。後者の二つは完全な複製アーキテクチャを採用しており、その主な利点は各ノードが完全なコピーを保持しているため、強いフォールトトレランスとノード間の独立性を持つことです。このようなアーキテクチャは、部分的にノードがオフラインになってもネットワークがデータの可用性を維持できることを保証します。しかし、これはシステムがロバスト性を維持するために多重コピーの冗長性を必要とし、ストレージコストを押し上げることも意味します。特にArweaveの設計においては、コンセンサスメカニズム自体がノードの冗長ストレージを奨励し、データの安全性を高めています。それに対してFilecoinはコスト管理においてより柔軟性がありますが、その代償として一部の低コストストレージはより高いデータ損失リスクを伴う可能性があります。Walrusは両者の間でバランスを探ろうとしており、そのメカニズムはコピーコストを管理しつつ、構造化された冗長性の方法で可用性を強化し、データの可用性とコスト効率の間に新しい妥協点を築こうとしています。

Walrusが独自に開発したRedStuffは、ノードの冗長性を低減するための重要な技術であり、Reed-Solomon(RS)エンコーディングに由来します。RSエンコーディングは、元のデータを再構築するために使用される従来のエラーレジリエンスアルゴリズムです。CD-ROMから衛星通信、QRコードに至るまで、日常生活で広く使用されています。

冗長符号は、データブロック(を1MB)から2倍のサイズ(2MB)に拡張することを許可します。その追加の1MBは特別な冗長符号データです。ブロック内の任意のバイトが失われても、これらの符号を使用して簡単に復元できます。最大1MBのデータが失われた場合でも、ブロック全体を復元できます。同様の技術により、コンピュータは損傷したCD-ROM内のすべてのデータを読み取ることができます。

現在最も一般的に使用されているのはRS符号です。実装方法はk個の情報ブロックから始まり、関連多項式を構築し、異なるx座標で評価して符号化ブロックを取得します。RS誤り訂正符号を使用すると、大量のデータが失われる可能性は非常に低くなります。

RedStuffの最大の特徴は、改良されたエラーレジスタンスコーディングアルゴリズムを通じて、Walrusが非構造化データブロックを迅速かつ堅牢に小さな分片にエンコードできることです。これらの分片はストレージノードネットワークに分散して保存されます。最大で3分の2の分片が失われても、部分的な分片を使用して元のデータブロックを迅速に再構築できます。これは、レプリケーション係数が4倍から5倍に過ぎない場合でも可能になります。

したがって、Walrusを分散化シーンに再設計された軽量な冗長性と回復プロトコルとして定義することは合理的です。従来の誤り訂正コード(、例えばReed-Solomon)と比較して、RedStuffは厳密な数学的一貫性を追求するのではなく、データ分布、ストレージ検証、計算コストに現実的なトレードオフを行っています。このモデルは集中型スケジューリングに必要な即時デコードメカニズムを放棄し、オンチェーンのProofを介してノードが特定のデータコピーを保持しているかどうかを検証し、より動的でエッジ化されたネットワーク構造に適応しています。

RedStuffの設計の核心は、データを主スライスと副スライスの2つのカテゴリに分割することです。主スライスは元のデータを復元するために使用され、その生成と分布は厳密に制約されており、復元の閾値はf+1であり、2f+1の署名が可用性の裏付けとして必要です。副スライスは、XORの組み合わせなどの単純な演算によって生成され、弾力的な耐障害性を提供し、全体のシステムの頑健性を向上させる役割を果たします。この構造は本質的にデータの一貫性に対する要求を低下させ、異なるノードが異なるバージョンのデータを短期間保存することを許可し、「最終的な一貫性」の実践的な道筋を強調しています。Arweaveなどのシステムにおける回溯ブロックに対する緩やかな要件に似ているものの、ネットワークの負担を軽減する一定の効果を上げている一方で、データの即時可用性と完全性の保証を弱めることにもなっています。

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