اللامركزية تخزين التطور: من FIL إلى شيلبي

كان التخزين أحد المسارات الساخنة في صناعة blockchain. كانت Filecoin، كمشروع رائد في الجولة السابقة من السوق الصاعدة، تصل قيمتها السوقية إلى أكثر من 10 مليار دولار. بينما كانت Arweave تركز على التخزين الدائم، وصلت قيمتها السوقية إلى 3.5 مليار دولار. ولكن مع كشف قيود تخزين البيانات الباردة، تم التشكيك في ضرورة التخزين الدائم، مما أثار مناقشات واسعة حول ما إذا كان يمكن أن تتحقق اللامركزية التخزينية حقًا. ظهور Walrus جلب أملاً جديدًا لمسار التخزين الذي كان هادئًا لفترة طويلة، بينما تهدف مشروع Shelby، الذي تم إطلاقه بالشراكة بين Aptos وJump Crypto، إلى دفع اللامركزية التخزينية إلى آفاق جديدة في مجال البيانات الساخنة. ستتناول هذه المقالة مسارات التطوير لأربعة مشاريع تمثيلية: Filecoin وArweave وWalrus وShelby، لتحليل تطور السرد حول التخزين اللامركزي واستكشاف آفاق تطوير التخزين اللامركزي في المستقبل.

FIL: التخزين السطحي، في الواقع تعدين

Filecoin هو واحد من المشاريع التمثيلية التي برزت في وقت مبكر، حيث تدور اتجاهات تطويره حول اللامركزية، وهي سمة شائعة بين مشاريع البلوكشين المبكرة. يدمج Filecoin التخزين مع اللامركزية، محاولًا حل مشكلة الثقة في مقدمي خدمات التخزين المركزي. ومع ذلك، فإن بعض الجوانب التي تم التضحية بها لتحقيق اللامركزية أصبحت نقاط ألم تسعى مشاريع مثل Arweave أو Walrus إلى حلها. لفهم أن Filecoin هو في الواقع مشروع عملة معدنية، من الضروري فهم القيود الموضوعية للتكنولوجيا الأساسية IPFS التي تجعلها غير مناسبة للتعامل مع البيانات الساخنة.

IPFS:瓶颈 نقل الهيكل اللامركزي

نظام الملفات بين النجوم IPFS( صدر حوالي عام 2015، ويهدف إلى إحداث ثورة في بروتوكول HTTP التقليدي من خلال العنوان بالمحتوى. أكبر عيب في IPFS هو أن سرعة الوصول بطيئة للغاية. في عصر يمكن فيه للخدمات التقليدية تحقيق استجابة في زمن مللي ثانية، لا يزال IPFS يحتاج إلى عشر ثوانٍ للوصول إلى ملف، مما يجعل من الصعب ترويجه في التطبيقات العملية، كما يفسر لماذا، باستثناء عدد قليل من مشاريع blockchain، نادراً ما يتم استخدامه من قبل الصناعات التقليدية.

بروتوكول P2P الأساسي لـ IPFS مناسب بشكل أساسي لـ "البيانات الباردة"، أي المحتوى الثابت الذي لا يتغير كثيرًا، مثل الفيديوهات والصور والمستندات. ومع ذلك، عند التعامل مع البيانات الساخنة، مثل صفحات الويب الديناميكية، والألعاب عبر الإنترنت، أو تطبيقات الذكاء الاصطناعي، فإن بروتوكول P2P ليس له ميزات واضحة مقارنة بشبكات توصيل المحتوى التقليدية (CDN).

على الرغم من أن IPFS ليس سلسلة كتل، إلا أن تصميمه المستند إلى الرسم البياني الموجه غير الدوري )DAG( يتماشى بشكل كبير مع العديد من سلاسل الكتل العامة وبروتوكولات Web3، مما يجعله مناسبًا بشكل طبيعي كإطار بناء أساسي لسلسلة الكتل. لذلك، حتى لو لم يكن له قيمة عملية، فإن كونه إطارًا أساسيًا يحتضن سرد سلسلة الكتل يكفي، حيث تحتاج المشاريع المبكرة فقط إلى إطار يعمل لفتح آفاق جديدة من الخيال، ولكن عندما تتطور Filecoin إلى مرحلة معينة، تبدأ القيود التي يفرضها IPFS في عرقلة تطورها الإضافي.

) منطق العملات المعدنية تحت غلاف التخزين

تم تصميم IPFS لتمكين المستخدمين من تخزين البيانات بينما يكونون أيضًا جزءًا من شبكة التخزين. ومع ذلك، في ظل غياب الحوافز الاقتصادية، من الصعب على المستخدمين استخدام هذا النظام طوعًا، ناهيك عن أن يصبحوا نقاط تخزين نشطة. وهذا يعني أن معظم المستخدمين سيخزنون الملفات على IPFS، ولكنهم لن يساهموا بمساحتهم التخزينية، ولن يخزنوا ملفات الآخرين. وفي هذا السياق، ظهرت Filecoin.

في نموذج الاقتصاد الرمزي لـ FIL، هناك ثلاثة أدوار رئيسية: المستخدمون مسؤولون عن دفع الرسوم لتخزين البيانات؛ عمال المناجم المختزنة يحصلون على حوافز رمزية لتخزين بيانات المستخدمين؛ عمال المناجم المستردة يقدمون البيانات عند الحاجة من قبل المستخدمين ويحصلون على حوافز.

هذا النموذج يحتوي على مساحة محتملة للإساءة. قد يقوم عمال التخزين بعد تقديم مساحة التخزين، بملء بيانات غير ذات قيمة للحصول على مكافآت. نظرًا لأن هذه البيانات غير ذات قيمة لن يتم استرجاعها، حتى لو فقدت، فلن يتم تفعيل آلية العقوبات على عمال التخزين. وهذا يسمح لعمال التخزين بحذف البيانات غير ذات القيمة وتكرار هذه العملية. يمكن لإجماع إثبات النسخ في Filecoin أن يضمن فقط عدم حذف بيانات المستخدمين بشكل غير مصرح به، ولكنه لا يمكنه منع عمال المناجم من ملء البيانات غير ذات القيمة.

يعتمد تشغيل Filecoin إلى حد كبير على استثمار المعدنين المستمر في الاقتصاد الرمزي، بدلاً من استنادها إلى الطلب الحقيقي من المستخدمين النهائيين على التخزين الموزع. على الرغم من أن المشروع لا يزال يتطور، إلا أن المرحلة الحالية من بناء النظام البيئي لـ Filecoin تتناسب أكثر مع تعريف "منطق العملات المعدنية" بدلاً من "مشاريع التخزين المدفوعة بالتطبيقات".

Arweave: سيف ذو حدين طويل الأجل

إذا كانت أهداف تصميم Filecoin هي بناء "سحابة بيانات" مركزية قابلة للتحفيز وقابلة للإثبات، فإن Arweave تسير في اتجاه آخر متطرف في التخزين: توفير القدرة على التخزين الدائم للبيانات. لا تحاول Arweave بناء منصة حوسبة موزعة، حيث أن نظامها بالكامل يدور حول فرضية مركزية - يجب تخزين البيانات المهمة مرة واحدة، وتبقى موجودة إلى الأبد على الشبكة. هذا الاتجاه المتطرف نحو طويل الأمد يجعل Arweave تختلف بشكل كبير عن Filecoin من حيث الآليات ونماذج التحفيز ومتطلبات الأجهزة والزوايا السردية.

تحاول Arweave استخدام البيتكوين كموضوع للدراسة، وتسعى باستمرار لتحسين شبكة التخزين الدائمة الخاصة بها على مدى فترات طويلة تقاس بالسنوات. لا تهتم Arweave بالتسويق، ولا تنافس أو تتأثر بتطورات السوق. إنها فقط تستمر في تطوير بنية الشبكة الخاصة بها، حتى لو لم يهتم بها أحد، لأن هذا هو جوهر فريق تطوير Arweave: الالتزام على المدى الطويل. بفضل الالتزام على المدى الطويل، حظيت Arweave بشعبية كبيرة في السوق الصاعدة السابقة؛ وأيضًا بسبب الالتزام على المدى الطويل، حتى لو انخفضت إلى القاع، قد تتمكن Arweave من الصمود خلال عدة دورات من الصعود والهبوط. لكن هل سيكون هناك مكان لـ Arweave في مستقبل التخزين اللامركزي؟ لا يمكن إثبات القيمة الوجودية للتخزين الدائم إلا من خلال الزمن.

منذ الإصدار 1.5 وحتى الإصدار 2.9 الأخير، ورغم فقدانها للاهتمام في السوق، كانت شبكة Arweave الرئيسية ملتزمة بتمكين عدد أكبر من عمال المناجم للمشاركة في الشبكة بأقل تكلفة ممكنة، وتحفيزهم على تخزين البيانات إلى أقصى حد، مما يعزز متانة الشبكة بأكملها. تدرك Arweave تمامًا أنها لا تتناسب مع تفضيلات السوق، لذا اتبعت نهجًا محافظًا، ولم تحتضن مجتمع عمال المناجم، مما أدى إلى توقف النظام البيئي تمامًا، مع تحديث الشبكة الرئيسية بأقل تكلفة ممكنة، مع الاستمرار في خفض عتبة الأجهزة دون المساس بأمان الشبكة.

مراجعة طريق الترقية من 1.5 إلى 2.9

كشفت نسخة Arweave 1.5 عن ثغرة يمكن للمعدنين الاعتماد فيها على تراص وحدة معالجة الرسوميات بدلاً من التخزين الحقيقي لتحسين فرص استخراج الكتل. للحد من هذه الظاهرة، تم إدخال خوارزمية RandomX في النسخة 1.7، مما يقيّد استخدام قوة الحوسبة المتخصصة، ويتطلب في المقابل مشاركة وحدة المعالجة المركزية العامة في التعدين، مما يضعف المركزية في قوة الحوسبة.

في الإصدار 2.0، اعتمد Arweave SPoA، محولًا إثبات البيانات إلى مسار مختصر بهيكل شجرة ميركل، وأدخل معاملات تنسيق 2 لتقليل عبء المزامنة. هذه البنية تخفف من ضغط عرض النطاق الترددي للشبكة، مما يعزز القدرة التعاونية للعقد بشكل ملحوظ. ومع ذلك، لا يزال بعض عمال المناجم قادرين على تجنب مسؤولية حيازة البيانات الحقيقية من خلال استراتيجيات تجمع التخزين السريع المركزية.

لتصحيح هذا التوجه، أطلقت 2.4 آلية SPoRA، التي أدخلت فهرسًا عالميًا والوصول العشوائي البطيء إلى الهاش، مما يتطلب من المعدنين أن يمتلكوا فعليًا الكتل البيانية للمشاركة في إنتاج الكتل بشكل فعال، مما يضعف تأثير تراكم قوة الحوسبة من الناحية الميكانيكية. ونتيجة لذلك، بدأ المعدنون في التركيز على سرعة الوصول إلى التخزين، مما دفع نحو استخدام أجهزة SSD وأجهزة القراءة والكتابة عالية السرعة. 2.6 أدخلت سلسلة الهاش للتحكم في إيقاع إنتاج الكتل، مما عادل الفوائد الحدية للأجهزة عالية الأداء، مما يوفر مساحة مشاركة عادلة للمعدنين الصغار والمتوسطين.

الإصدارات اللاحقة تعزز المزيد من قدرات التعاون الشبكي وتنوع التخزين: 2.7 تضيف التعدين التعاوني وآلية برك التعدين، مما يعزز القدرة التنافسية للعمال الصغار؛ 2.8 تقدم آلية التعبئة المركبة، مما يسمح للأجهزة ذات السعة الكبيرة والسرعة المنخفضة بالمشاركة بشكل مرن؛ 2.9 تقدم عملية تعبئة جديدة بصيغة replica_2_9، مما يزيد بشكل كبير من الكفاءة ويقلل من الاعتماد على الحسابات، ويكمل نموذج التعدين الموجه بالبيانات.

بشكل عام، يظهر مسار ترقية Arweave بوضوح استراتيجيتها طويلة الأجل الموجهة نحو التخزين: مع مقاومة مستمرة لتوجه تركيز القوة الحاسوبية، تستمر في خفض عوائق المشاركة، مما يضمن إمكانية تشغيل البروتوكول على المدى الطويل.

Walrus: تجربة جديدة لتخزين البيانات الساخنة

فكرة تصميم Walrus تختلف تمامًا عن Filecoin و Arweave. نقطة انطلاق Filecoin هي إنشاء نظام تخزين قابل للتحقق من اللامركزية، بتكلفة تخزين البيانات الباردة؛ نقطة انطلاق Arweave هي إنشاء مكتبة الإسكندرية على السلسلة التي يمكنها تخزين البيانات بشكل دائم، بتكلفة قلة السيناريوهات؛ نقطة انطلاق Walrus هي تحسين تكلفة تخزين البيانات الساخنة.

RedStuff: النسخة المحسنة من ترميز التصحيح

في تصميم تكلفة التخزين، تعتبر Walrus أن تكاليف التخزين لكل من Filecoin و Arweave غير معقولة، حيث يعتمد كلاهما على هيكل النسخ الكامل، وتتمثل الميزة الرئيسية في أن كل عقدة تمتلك نسخة كاملة، مما يوفر قدرة قوية على تحمل الأخطاء واستقلالية بين العقد. يضمن هذا النوع من الهيكل أنه حتى إذا كانت بعض العقد غير متصلة، لا يزال بإمكان الشبكة توفير إمكانية الوصول إلى البيانات. ومع ذلك، فهذا يعني أيضًا أن النظام يحتاج إلى نسخ احتياطية متعددة للحفاظ على المتانة، مما يزيد من تكاليف التخزين. خاصة في تصميم Arweave، فإن آلية الإجماع تشجع في حد ذاتها على تخزين النسخ الاحتياطية من قبل العقد لتعزيز أمان البيانات. بالمقارنة، فإن Filecoin أكثر مرونة في التحكم في التكاليف، لكن الثمن هو أن بعض تخزين التكاليف المنخفضة قد يكون له مخاطر أعلى لفقدان البيانات. تحاول Walrus إيجاد توازن بين الاثنين، حيث تعمل آليتها على التحكم في تكاليف النسخ الاحتياطي وتعزيز إمكانية الوصول من خلال طريقة النسخ الاحتياطي الهيكلي، وبالتالي إقامة مسار جديد من التوازن بين إمكانية الوصول إلى البيانات وكفاءة التكاليف.

التقنية التي أنشأتها Walrus والمعروفة باسم Redstuff هي تقنية أساسية لتقليل تكرار العقد، وهي مستمدة من تشفير Reed-Solomon ### RS (. يعد تشفير RS خوارزمية تقليدية جدًا للتشفير المتكرر، حيث يسمح التشفير المتكرر بإضافة مقاطع زائدة ) erasure code ( لزيادة حجم مجموعة البيانات، مما يمكن من إعادة بناء البيانات الأصلية. من CD-ROM إلى الاتصالات عبر الأقمار الصناعية إلى رموز QR، يتم استخدامه بشكل متكرر في الحياة اليومية.

تسمح الشفرات التصحيحية للمستخدمين بالحصول على كتلة، مثل 1 ميغابايت، ثم "توسيعها" إلى 2 ميغابايت، حيث تكون 1 ميغابايت الإضافية هي بيانات خاصة تُعرف بالشفرات التصحيحية. إذا فقد أي بايت في الكتلة، يمكن للمستخدم استعادة هذه البايتات بسهولة باستخدام الشفرات. حتى إذا فقدت كتلة تصل إلى 1 ميغابايت، يمكنك استعادة الكتلة بالكامل. نفس التقنية يمكن أن تسمح لأجهزة الكمبيوتر بقراءة جميع البيانات على CD-ROM، حتى لو كانت تالفة.

حالياً، الأكثر استخداماً هو تشفير RS. تتمثل طريقة التنفيذ في بدءاً من k كتلة معلومات، بناء متعددة الحدود ذات الصلة، ثم تقييمها عند إحداثيات x مختلفة للحصول على كتل الترميز. باستخدام تشفير RS، فإن احتمال فقدان كتل كبيرة من البيانات من خلال أخذ عينات عشوائية ضئيل جداً.

على سبيل المثال: تقسيم ملف إلى 6 كتل بيانات و 4 كتل تصحيح، بمجموع 10 أجزاء. يكفي الاحتفاظ بأي 6 أجزاء منها لاستعادة البيانات الأصلية بالكامل.

المزايا: القدرة العالية على تحمل الأخطاء، يتم استخدامه على نطاق واسع في CD/DVD، أنظمة RAID)، وكذلك أنظمة التخزين السحابية( مثل Azure Storage و Facebook F4).

العيوب: تعقيد حساب فك التشفير، التكاليف المرتفعة؛ غير مناسب لسيناريوهات البيانات المتغيرة بشكل متكرر. لذلك عادة ما يستخدم في استعادة البيانات وجدولتها في بيئات اللامركزية خارج السلسلة.

في ظل اللامركزية، قامت Storj وSia بتعديل الترميز التقليدي RS ليتناسب مع الاحتياجات الفعلية للشبكات الموزعة. كما قدمت Walrus بناءً على ذلك نوعها الخاص - خوارزمية ترميز RedStuff، لتحقيق آلية تخزين احتياطية أكثر مرونة وأقل تكلفة.

ما هي أبرز ميزات Redstuff؟ من خلال تحسين خوارزمية الترميز وتصحيح الأخطاء، يمكن لـ Walrus ترميز كتل البيانات غير المنظمة بسرعة وثبات إلى شظايا أصغر، يتم تخزين هذه الشظايا بشكل موزع في شبكة من عقد التخزين. حتى في حالة فقدان ما يصل إلى ثلثي الشظايا، يمكن إعادة بناء الكتلة الأصلية بسرعة باستخدام شظايا جزئية. وهذا ممكن مع الحفاظ على عامل النسخ يتراوح فقط بين 4 إلى 5 مرات.

لذلك، من المعقول تعريف Walrus كبروتوكول خفيف الوزن للتكرار والاستعادة تم إعادة تصميمه حول مشهد اللامركزية. مقارنةً بالرموز التقليدية ( مثل Reed-Solomon )، لم يعد RedStuff يسعى لتحقيق اتساق رياضي صارم، بل قام بتوازنات واقعية فيما يتعلق بتوزيع البيانات، والتحقق من التخزين، وتكاليف الحساب. لقد تخلت هذه النموذج عن آلية فك التشفير الفورية المطلوبة من الجدولة المركزية، وبدلاً من ذلك، تتحقق عبر Proof على السلسلة ما إذا كانت العقد تمتلك نسخ معينة من البيانات، مما يتكيف مع بنية الشبكة الديناميكية والهامشية.

ريد ست