FilecoinとArweaveからWalrusとShelbyへ:分散型ストレージの進化と未来

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は前回の牛市のリーダープロジェクトとして、市場価値が一時100億ドルを超えました。それに対抗するArweaveは永久ストレージを売りに最高市場価値が35億ドルに達しました。しかし、冷データストレージの可用性が疑問視される中で、分散化ストレージの発展の見通しにも疑問符が付けられています。最近、Walrusの登場が長い間静かだったストレージの分野に新たな注目をもたらしました。そして、AptosとJump Cryptoが共同で立ち上げたShelbyプロジェクトは、熱データストレージ分野で新たなブレイクスルーを試みています。本稿では、これらの代表的なプロジェクトの発展の経緯を踏まえ、分散化ストレージの進化の道筋を分析し、その将来の発展の見通しを探ります。

FIL:ストレージの外衣の下のマイニングコインの本質

Filecoinは初期に登場した一連のブロックチェーンプロジェクトの1つであり、その発展方向は分散化を中心に展開されています。Filecoinは中央集権的なストレージを分散化ストレージに移行しようとしていますが、この過程で分散化を実現するために行った妥協は、後のプロジェクトが解決しようとする痛点にもなっています。

IPFS:アーキテクチャは分散化されていますが、伝送ボトルネックに制約されています

IPFS(インター・プラネット・ファイルシステム)は2015年に登場し、コンテンツアドレッシングを通じて従来のHTTPプロトコルを覆すことを目的としています。しかし、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達成できる時代において、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なっています。

IPFS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います。しかし、動的なウェブページ、オンラインゲーム、またはAIアプリケーションなどのホットデータを処理する際には、P2Pプロトコルは従来のCDNに対して明確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、その採用している有向非循環グラフ(DAG)の設計理念は、多くのパブリックチェーンやWeb3プロトコルと高度に一致しており、ブロックチェーンの基盤構築フレームワークとして適している。

ストレージの外衣の下のマイニングコインロジック

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に料金を支払い; 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のインセンティブを得る; リトリーバーマイナーはユーザーが必要なときにデータを提供し、インセンティブを得る。

このモデルには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、仮に失われても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確認することしかできませんが、マイナーがゴミデータを埋め込むのを防ぐことはできません。

Filecoinの運営は、終端ユーザーの分散化ストレージに対する実際の需要に基づくのではなく、マイナーによるトークン経済への持続的な投入に大きく依存しています。プロジェクトは依然として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」の方が「アプリケーションドリブン」のストレージプロジェクト定義により適合しています。

アーウィーブ:長期主義から生まれ、長期主義に敗北

もしFilecoinの設計目標が、インセンティブがあり、証明可能な分散型「データクラウド」の殻を構築することであるなら、Arweaveはストレージの別の方向へ極端に進んでいます: データに永久的な保存能力を提供します。Arweaveは分散型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、全体のシステムは一つの核心的な仮定に基づいて展開されています——重要なデータは一度だけ保存され、永遠にネットワークに残されるべきです。この極端な長期主義により、Arweaveはメカニズム、インセンティブモデル、ハードウェア要件、物語の観点からすべてFilecoinとは大きく異なります。

Arweaveはビットコインを学習対象として、年単位の長期サイクルで自身の永続ストレージネットワークを最適化し続けようとしています。Arweaveはマーケティングや競合他社、市場の発展トレンドを気にしません。ただネットワークアーキテクチャのイテレーションを進めているだけで、誰も関心を示さなくても気にしません。なぜなら、これがArweave開発チームの本質だからです：長期主義です。長期主義のおかげで、Arweaveは前回のブルマーケット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は数回のブル・ベアマーケット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の居場所があるのかどうかは分かりません。永続ストレージ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、マーケットでの議論の熱が失われたにもかかわらず、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、マイナーが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きました。Arweaveは市場の好みに合わないことを深く理解し、保守的な路線を採っており、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ています。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、ハードウェアのハードルを継続的に下げています。

1.5-2.9のアップグレードの道のりの振り返り

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スタッキングに依存してブロック生成確率を最適化できる脆弱性が明らかになりました。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、一般的なCPUがマイニングに参加することが求められるようになり、計算能力の分散化が図られました。

2.0バージョンでは、ArweaveはSPoAを採用し、データ証明をマークルツリー構造の簡潔なパスに変換し、フォーマット2のトランザクションを導入して同期負担を軽減しました。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著しく強化しました。しかし、一部のマイナーは依然として集中型の高速ストレージプール戦略を通じて実際のデータ所有責任を回避することができます。

偏りを修正するために、2.4ではSPoRAメカニズムを導入し、グローバルインデックスとスローハッシュのランダムアクセスを取り入れ、マイナーが有効なブロック生成に参加するためには実際にデータブロックを保有する必要があるため、メカニズム的に算力の積み重ね効果を弱めました。その結果、マイナーはストレージアクセスの速度に注目し、SSDや高速読取・書込デバイスの利用が促進されました。2.6ではハッシュチェーンを導入してブロック生成のリズムを制御し、高性能デバイスの限界利益をバランスさせ、中小マイナーに公平な参加の機会を提供しました。

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では協力的なマイニングとプールメカニズムが追加され、小規模なマイナーの競争力が向上します; 2.8では複合パッキング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形式で新しいパッキングプロセスが導入され、効率が大幅に向上し、計算依存が低減され、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。

全体として、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: 計算能力の集中傾向に抵抗し続けながら、参加のハードルを継続的に下げ、プロトコルの長期運営の可能性を保証します。

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Walrus:ホットデータを受け入れることは、単なるメディアの誇大広告なのか、それとも内に秘めた真実があるのか?

Walrusの設計思想はFILやArweaveとはまったく異なります。FILの出発点は、冷データストレージの代償として、分散化された検証可能なストレージシステムを構築することです; Arweaveの出発点は、シーンが少なすぎる代償として、データを永続的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。

魔改纠删コード:コストの革新か、それとも新瓶に旧酒か?

ストレージコスト設計に関して、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持ち、強力な耐障害性とノード間の独立性を備えていることです。この種のアーキテクチャは、一部の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確保できることを保証します。しかし、これはシステムが堅牢性を維持するために複数の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、データの安全性を強化します。対照的に、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模索しており、そのメカニズムは複製コストを制御しつつ、構造化された冗長性の方法で可用性を強化することで、データの可得性とコスト効率の間に新しい妥協の道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非常に伝統的なエラー訂正符号アルゴリズムであり、エラー訂正符号は、冗長な断片(erasure code)を追加することによってデータセットを倍増させる技術であり、元のデータを再構築するために使用できます。CD-ROMから衛星通信、さらにはQRコードに至るまで、日常生活の中で頻繁に使用されています。

誤り訂正符号は、ユーザーが1MBのブロックを取得し、それを2MBに「拡張」することを許可します。この追加の1MBは、誤り訂正符号と呼ばれる特別なデータです。ブロック内の任意のバイトが失われた場合、ユーザーはコードを使用して簡単にそれらのバイトを復元できます。最大1MBのブロックが失われても、全体のブロックを復元することができます。同じ技術により、コンピュータはCD-ROM内のすべてのデータを読み取ることができ、たとえそれが損傷を受けていても可能です。

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、関連する多項式を構築し、異なるx座標でそれを評価して符号化ブロックを取得することです。RSエラー訂正符号を使用すると、ランダムサンプリングで大きなデータブロックが失われる可能性は非常に低くなります。

RedStuffエンコーディングアルゴリズムの最大の特徴は何ですか？誤り訂正エンコーディングアルゴリズムを改善することによって、Walrusは非構造化データブロックを小さな分片に迅速かつ堅牢にエンコードでき、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。分片の最大三分の二が失われても、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することができます。これは、複製ファクターを4倍から5倍に保つことで可能になります。

したがって、Walrusを分散化シーンの周り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。従来のエラー訂正符号(（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、および計算コストに対して現実主義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、チェーン上の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することに切り替え、より動的で周縁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格に制約され、復元のハードルはf+1であり、可用性の裏付けとして2f+1の署名が必要です; 副スライスは、排他的論理和の組み合わせなどの単純な演算方法で生成され、弾力的なフォールトトレランスを提供し、全体のシステムのロバスト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ます - 異なるノードが短時間で異なるバージョンのデータを保存することを許可し、「最終的一貫性」の実践的な道筋を強調します。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求と似ており、ネットワークの負担を軽減する上で一定の効果を上げていますが、同時にデータの即時可用性と完全性の保証を弱めています。

無視できないのは、RedStuffが低算力、低帯域幅環境での有効なストレージを実現したとはいえ、本質的にはエラーハンドリングコードシステムの一種の「変種」であるということです。これは、一部のデータ読み取りの決定性を犠牲にして、分散化環境でのコストコントロールと拡張性を得るためです。しかし、アプリケーションの面では、このアーキテクチャが大規模かつ高頻度の相互作用を必要とするデータシーンを支えられるかどうかはまだ観察が必要です。さらに言えば、RedStuffはエラーハンドリングコードが長年存在しているエンコーディング計算のボトルネックを本当に突破したわけではなく、従来のアーキテクチャの高い結合点を避けるために構造戦略を使用しています。その革新性は、基本的なアルゴリズムのレベルでの破壊的革新ではなく、エンジニアリング側の組み合わせ最適化により多く見られます。

したがって、RedStuffは現在の分散化ストレージの現実環境に対する「合理的な改装」のようなものです。確かに冗長コストと運用負荷の改善をもたらし、エッジデバイスと非高性能ノードがデータストレージタスクに参加できるようにしました。しかし、大規模なアプリケーション、汎用計算の適応、そして一貫性の要求がより高いビジネスシーンでは、その能力の限界は依然として明らかです。これにより、Walrusの革新は既存の技術体系への適応的改造のように見え、分散化ストレージのパラダイム移行を推進する決定的な突破口ではありません。

SuiとWalrus:高性能ブロックチェーンがストレージの実用性を促進する