Від Filecoin, Arweave до Walrus, Shelby: розвиток та майбутнє децентралізованого зберігання

Зберігання колись було однією з популярних сфер у блокчейн-індустрії. Filecoin, як головний проект минулого бичачого ринку, мав ринкову капіталізацію, що перевищувала 10 мільярдів доларів. Arweave, який позиціонує себе як конкурент, пропонує постійне зберігання, максимальна капіталізація якого досягала 3,5 мільярда доларів. Але з появою запитань щодо доступності зберігання холодних даних, майбутнє децентралізованого зберігання також стало під питанням. Нещодавній вихід Walrus привніс нову увагу до давно затихлої сфери зберігання, а проект Shelby, запущений спільно Aptos та Jump Crypto, намагається досягти нових проривів у сфері зберігання гарячих даних. У цій статті буде проаналізовано еволюційний шлях децентралізованого зберігання, починаючи з розвитку кількох представницьких проектів, та обговорено його майбутні перспективи.

FIL: суть монет під зовнішнім виглядом зберігання

FIL є одним з перших блокчейн-проектів, що виникли на початку, його розвиток зосереджений на Децентралізації. FIL намагається перевести централізоване зберігання в децентралізоване, але компроміси, зроблені для досягнення децентралізації в цьому процесі, також стали болючими точками, які намагалися вирішити наступні проекти.

IPFS: архітектура Децентралізація, але обмежена вузьким місцем передачі

IPFS(Міжгалактична файлова система) була представлена в 2015 році з метою перевернути традиційний протокол HTTP шляхом адресації вмісту. Але найбільшим недоліком IPFS є надзвичайно повільна швидкість отримання. В епоху, коли традиційні постачальники даних можуть досягати мілісекундної реакції, для отримання файлу в IPFS все ще потрібно кілька секунд, що ускладнює його впровадження в реальних застосуваннях.

IPFS в основному підходить для "холодних даних", тобто для статичного контенту, який не часто змінюється. Але при обробці гарячих даних, таких як динамічні веб-сторінки, онлайн-ігри або AI-додатки, P2P-протокол не має суттєвих переваг в порівнянні з традиційними CDN.

Хоча IPFS сам по собі не є блокчейном, але його концепція проектування спрямованого ациклічного графа (DAG) у великій мірі відповідає багатьом публічним блокчейнам та Web3 протоколам, що робить його придатним як базову конструкцію для блокчейну.

Логіка майнінгу під оболонкою зберігання

В економічній моделі токенів Filecoin основними є три ролі: користувачі сплачують плату за зберігання даних; майнери зберігання отримують токени як винагороду за зберігання даних користувачів; майнери пошуку надають дані, коли користувачу це потрібно, і отримують винагороду.

Ця модель має потенційний простір для зловживань. Зберігачі можуть після надання зберігання заповнювати сміттєвими даними для отримання винагороди. Оскільки ці сміттєві дані не будуть вилучені, навіть якщо їх втрата не викличе механізму штрафу. Це дозволяє зберігачам видаляти сміттєві дані та повторювати цей процес. Консенсус 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 вкладень майнерів у токеноміку, а не на основі реального попиту кінцевих користувачів на дистрибуційне зберігання. Незважаючи на те, що проект продовжує ітерації, на даному етапі екосистема Filecoin більше відповідає визначенню "логіки майнінгу", а не "застосуванню" в проектах зберігання.

Arweave: народжене тривалою стратегією, програне тривалою стратегією

Якщо говорити про те, що метою дизайну Filecoin є побудова стимулюючої, доведеної Децентралізації "хмари даних", то Arweave рухається в іншому напрямку зберігання на екстремальному рівні: забезпечуючи можливість постійного зберігання даних. Arweave не намагається створити розподілену обчислювальну платформу, її вся система будується навколо одного ключового припущення — важливі дані повинні зберігатися одноразово і залишатися в мережі назавжди. Цей екстремальний довгостроковий підхід робить Arweave відмінним від Filecoin як за механікою, так і за моделлю стимулювання, від апаратних вимог до наративного аспекту.

Arweave використовує біткойн як об'єкт для навчання, намагаючись постійно оптимізувати свою мережу постійного зберігання протягом тривалого періоду, вимірюючи його в роках. Arweave не піклується про маркетинг, не звертає уваги на конкурентів та тенденції розвитку ринку. Він просто продовжує йти вперед, ітеруючи архітектуру мережі, навіть якщо ніхто не цікавиться, адже це суть команди розробників Arweave: довгостроковий підхід. Завдяки довгостроковому підходу, Arweave отримав велику популярність під час останнього бичачого ринку; і також через довгостроковий підхід, навіть впавши в низьку точку, Arweave може витримати ще кілька циклів бичачого та ведмежого ринку. Але чи буде у Arweave місце в майбутньому децентралізованому зберіганні? Цінність постійного зберігання може бути доведена лише часом.

Головна мережа Arweave з версії 1.5 до останньої версії 2.9, незважаючи на те, що втратила популярність у ринкових обговореннях, завжди прагнула залучити більш широкий спектр майнерів з мінімальними витратами для участі в мережі та заохотити майнерів максимально зберігати дані, що постійно підвищує стійкість усієї мережі. Arweave, усвідомлюючи, що не відповідає ринковим уподобанням, обрала консервативний шлях, не обіймаючи спільноту майнерів, екосистема повністю застигла, з мінімальними витратами оновлюючи головну мережу, постійно знижуючи апаратні вимоги без шкоди для безпеки мережі.

Огляд шляху оновлення 1.5-2.9

Версія Arweave 1.5 виявила вразливість, яка дозволяє майнерам покладатися на стек GPU замість реального зберігання для оптимізації ймовірності видобутку блоків. Щоб стримати цю тенденцію, версія 1.7 впроваджує алгоритм RandomX, який обмежує використання спеціалізованих обчислювальних потужностей і вимагає, щоб загальні ЦП брали участь у майнінгу, що послаблює централізацію обчислювальної потужності.

У версії 2.0 Arweave використовує SPoA, перетворюючи доказ даних у компактні шляхи мерклівського дерева, і вводить транзакції формату 2, щоб зменшити навантаження на синхронізацію. Ця архітектура полегшує тиск на пропускну здатність мережі, значно покращуючи здатність вузлів до співпраці. Однак деякі майнери все ще можуть уникати відповідальності за реальне зберігання даних через централізовані стратегії швидких сховищ.

Щоб виправити цю тенденцію, у версії 2.4 було впроваджено механізм SPoRA, який вводить глобальний індекс та повільний хеш-рандомний доступ, змушуючи майнерів дійсно володіти блоками даних для участі в ефективному видобутку, тим самим зменшуючи ефект накопичення обчислювальної потужності. В результаті, майнери почали звертати увагу на швидкість доступу до зберігання, що сприяло використанню SSD та пристроїв з високою швидкістю читання та запису. У версії 2.6 було введено контроль хеш-ланцюга за темпом видобутку, що збалансувало граничну вигоду високопродуктивних пристроїв, забезпечуючи справедливий простір для участі середніх та малих майнерів.

Подальші версії ще більше зміцнюють можливості мережевої співпраці та різноманітність зберігання: 2.7 додає механізм колективного видобутку та майнінгових пулів, підвищуючи конкурентоспроможність малих майнерів; 2.8 запроваджує механізм композитної упаковки, що дозволяє великим об'ємам повільних пристроїв гнучко брати участь; 2.9 вводить новий процес упаковки у форматі replica_2_9, значно підвищуючи ефективність та знижуючи залежність від обчислень, завершує замкнене коло моделі видобутку, орієнтованої на дані.

В цілому, шлях оновлення Arweave чітко демонструє його довгострокову стратегію, орієнтовану на зберігання: постійно протидіючи тенденції централізації обчислювальної потужності, він знижує бар'єри для участі, забезпечуючи можливість тривалого функціонування протоколу.

Walrus: Прийняття гарячих даних – це спекуляція чи прихований потенціал?

Дизайнерська концепція Walrus абсолютно відрізняється від Filecoin та Arweave. Вихідна точка Filecoin полягає у створенні децентралізованої перевіряємої системи зберігання, ціною якої є зберігання холодних даних; вихідна точка Arweave полягає у створенні онлайнової бібліотеки Олександра, яка може зберігати дані назавжди, ціною якої є занадто мала кількість сценаріїв; вихідна точка Walrus полягає в оптимізації витрат на зберігання в протоколі зберігання гарячих даних.

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

У дизайні витрат на зберігання Walrus вважає, що витрати на зберігання Filecoin і Arweave є нерозумними. Обидві системи 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 гарантує, що навіть якщо частина вузлів офлайн, мережа все ще має доступність даних. Проте це також означає, що системі потрібно кілька копій для підтримки надійності, що, в свою чергу, підвищує витрати на зберігання. Особливо у дизайні Arweave механізм консенсусу сам по собі заохочує вузли до резервного зберігання, щоб підвищити безпеку даних. На контрасті, Filecoin є більш гнучким у контролі витрат, але ціною цього є те, що частина дешевих варіантів зберігання може мати вищий ризик втрати даних. Walrus намагається знайти баланс між обома, його механізм контролює витрати на копіювання, водночас підвищуючи доступність через структуроване резервування, створюючи новий компроміс між доступністю даних та ефективністю витрат.

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

Код для виправлення помилок дозволяє користувачам отримувати блок, наприклад, розміром 1 МБ, а потім "збільшувати" його до 2 МБ, де додатковий 1 МБ є спеціальними даними, відомими як код для виправлення помилок. Якщо будь-який байт блоку втрачається, користувачі можуть легко відновити ці байти за допомогою коду. Навіть якщо втрачається до 1 МБ блоку, можна відновити цілий блок. Така ж технологія дозволяє комп'ютерам зчитувати всі дані з CD-ROM, навіть якщо він пошкоджений.

Наразі найпоширенішим є кодування RS. Спосіб реалізації полягає в тому, щоб почати з k інформаційних блоків, побудувати відповідний多项式 і оцінити його в різних x-координатах, щоб отримати кодувальні блоки. Використовуючи коди виправлення RS, ймовірність випадкової вибірки втрати великих обсягів даних є дуже малою.

Яка основна характеристика алгоритму кодування RedStuff? Завдяки вдосконаленню алгоритму кодування з виправленням помилок, Walrus може швидко та 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 реплікації лише від 4 до 5 разів.

Отже, визначити Walrus як легкий протокол надмірності та відновлення, розроблений навколо Децентралізації, є обґрунтованим. На відміну від традиційних кодів корекції втрат (, таких як Reed-Solomon ), RedStuff більше не прагне до суворої математичної узгодженості, а натомість проводить реалістичні компроміси щодо розподілу даних, верифікації зберігання та витрат на обчислення. Ця модель відмовляється від механізму миттєвого декодування, необхідного для централізованого планування, натомість замінюючи його на перевірку Proof в ланцюзі, щоб підтвердити, чи має вузол конкретні копії даних, що дозволяє адаптуватися до більш динамічної та маргіналізованої мережевої структури.

Основна концепція дизайну RedStuff полягає в розділенні даних на два типи: основні фрагменти та другорядні фрагменти. Основні фрагменти використовуються для відновлення оригінальних даних, їх генерація та розподіл підлягають суворому контролю; поріг відновлення становить f+1, і потрібні підписи 2f+1 як підтвердження доступності. Другорядні фрагменти генеруються простими обчисленнями, такими як XOR, і їхня роль полягає в забезпеченні еластичної стійкості до помилок, що підвищує загальну стійкість системи. Така структура в основному знижує вимоги до узгодженості даних — дозволяючи різним вузлам тимчасово зберігати різні версії даних, акцентуючи практичний шлях "останній узгодженість". Хоча це подібно до м'якших вимог до повернення блоків в системах, таких як Arweave, це дало певний ефект у зниженні навантаження на мережу, але одночасно послабило гарантії миттєвої доступності та цілісності даних.

Не можна ігнорувати, що RedStuff, хоча і реалізував ефективне зберігання в умовах низької обчислювальної потужності та низької пропускної здатності, все ж є своєрідним "варіантом" системи кодування з корекцією помилок. Він жертвує частиною детермінації читання даних, щоб забезпечити контроль витрат та масштабованість у децентралізованому середовищі. Проте на прикладному рівні залишається питання, чи зможе така архітектура підтримувати великомасштабні та високочастотні інтерактивні дані. Більше того, RedStuff не справді подолав давню обчислювальну вузькістю кодування з корекцією помилок, а скоріше уникнув традиційних високих точок зв'язку через структурні стратегії. Його інноваційність більше проявляється в комбінованій оптимізації на інженерному рівні, а не в революції на рівні базових алгоритмів.

Отже, RedStuff більше схожий на "раціональну модифікацію" для поточного середовища децентралізованого зберігання. Він дійсно приніс поліпшення в надлишкових витратах і робочих навантаженнях, що дозволяє крайнім пристроям і не високопродуктивним вузлам брати участь у завданнях зберігання даних. Але в сценаріях з великим масштабом, загальної адаптації обчислень і вимогами до узгодженості його межі можливостей все ще є досить очевидними. Це робить інновації Walrus більше схожими на адаптивну модифікацію існуючої технологічної системи, а не на вирішальний прорив у просуванні парадигми децентралізованого зберігання.

Sui та Walrus: високо продуктивні публічні блокчейни можуть сприяти практичному використанню зберігання