Дорога еволюції Децентралізації з Filecoin до Shelby

Зберігання колись було однією з популярних нішей у блокчейн-індустрії. Filecoin, як провідний проєкт минулого бичачого ринку, колись мав ринкову капіталізацію, що перевищувала 10 мільярдів доларів. Arweave спеціалізується на постійному зберіганні, а його максимальна ринкова капіталізація досягла 3,5 мільярда доларів. Але з оголошенням обмежень зберігання холодних даних, необхідність постійного зберігання викликала сумніви, і можливість реальної реалізації децентралізованого зберігання викликала широкі дискусії. Поява Walrus принесла нову надію у давно затихлу нішу зберігання, а проєкт Shelby, запущений у співпраці Aptos та Jump Crypto, має на меті підняти децентралізоване зберігання на новий рівень у сфері гарячих даних. У цій статті буде проаналізовано зміни в наративі децентралізованого зберігання, виходячи з шляхів розвитку чотирьох представницьких проєктів: Filecoin, Arweave, Walrus та Shelby, а також обговорено перспективи майбутнього розвитку децентралізованого зберігання.

FIL: зовнішнє зберігання, насправді видобуток

Filecoin є одним з представницьких проектів, що виникли на початку, його розвиток орієнтований на Децентралізацію, що є загальною характеристикою ранніх проектів блокчейну. Filecoin поєднує зберігання з Децентралізацією, намагаючись вирішити проблему довіри до централізованих постачальників послуг зберігання даних. Проте, деякі аспекти, які були пожертвувані для досягнення Децентралізації, стали болючими точками, які пізніше намагалися вирішити такі проекти, як Arweave або Walrus. Щоб зрозуміти, що Filecoin насправді є проектом майнінгу, потрібно усвідомити об'єктивні обмеження його базової технології IPFS, яка не підходить для обробки гарячих даних.

IPFS:Децентралізація архітектури передачі

IPFS( міжзоряна файлова система) з'явилася близько 2015 року, з метою перевернути традиційний HTTP-протокол через адресацію вмісту. Найбільшим недоліком IPFS є надзвичайно повільна швидкість отримання. У часи, коли традиційні послуги даних можуть досягати мілісекундної реакції, для отримання файлу через IPFS все ще потрібно кілька секунд, що ускладнює його впровадження в реальному застосуванні, і пояснює, чому, крім кількох блокчейн-проектів, він рідко використовується в традиційних галузях.

Базовий P2P-протокол IPFS в основному підходить для "холодних даних", тобто для статичного контенту, який не часто змінюється, такого як відео, зображення та документи. Однак, при обробці гарячих даних, таких як динамічні веб-сторінки, онлайн-ігри або додатки штучного інтелекту, P2P-протокол не має помітних переваг у порівнянні з традиційними CDN.

Хоча IPFS сам по собі не є блокчейном, його концепція дизайну на основі орієнтованого ациклічного графа (DAG) тісно пов'язана з багатьма публічними блокчейнами та протоколами Web3, що робить його природно придатним як базову конструкцію для блокчейну. Тому, навіть якщо він не має практичної цінності, як базова конструкція, що несе наративи блокчейну, він вже достатній; ранні проекти потребували лише функціонуючої конструкції, щоб відкрити нові простори для уяви, але коли Filecoin розвивався до певного етапу, обмеження, які приносив IPFS, почали заважати його подальшому розвитку.

Логіка монет в зберіганні

Дизайн IPFS був задуманий так, щоб користувачі могли зберігати дані та водночас бути частиною мережі зберігання. Проте, за відсутності економічних стимулів, користувачам важко добровільно використовувати цю систему, не кажучи вже про те, щоб стати активними вузлами зберігання. Це означає, що більшість користувачів просто зберігатимуть файли в IPFS, не вносячи свій простір для зберігання та не зберігаючи файли інших. Саме в такому контексті з'явився Filecoin.

В економічній моделі токенів Filecoin основними є три ролі: користувачі відповідають за сплату зборів за зберігання даних; майнери зберігання отримують токенні винагороди за зберігання даних користувачів; майнери пошуку надають дані, коли це потрібно користувачам, і отримують винагороду.

Ця модель має потенційний простір для зловживань. Майнери зберігання можуть заповнити сміттєвими даними після надання місця для зберігання, щоб отримати винагороду. Оскільки ці сміттєві дані не будуть вилучені, навіть якщо вони будуть втрачені, це не викличе механізм покарання для майнерів зберігання. Це дозволяє майнерам зберігання видаляти сміттєві дані та повторювати цей процес. Консенсус доказу копії Filecoin може лише гарантувати, що дані користувача не були таємно видалені, але не може запобігти майнерам заповнювати сміттєвими даними.

Запуск Filecoin значною мірою залежить від постійних інвестицій шахтарів у токеноміку, а не від реального попиту кінцевих користувачів на дистрибуційне зберігання. Хоча проект продовжує ітеруватися, на даному етапі екосистема Filecoin більше відповідає визначенню "логіки монет шахтарів", а не "застосувально-орієнтованого" проекту зберігання.

Arweave: двосічний меч довгостроковості

Якщо дизайнова мета Filecoin полягає у створенні стимулюючої, доведеної Децентралізації "хмари даних", то Arweave йде в іншому напрямку в зберіганні: забезпечуючи можливість постійного зберігання даних. Arweave не намагається створити розподілену обчислювальну платформу, її вся система будується навколо одного основного припущення — важливі дані повинні зберігатися одноразово і назавжди залишатися в мережі. Такий екстремальний довгостроковий підхід робить Arweave від механізму до моделі стимулювання, від вимог до апаратного забезпечення до наративного аспекту радикально відмінним від Filecoin.

Використовуючи Bitcoin як об'єкт навчання, Arweave намагається постійно оптимізувати свою постійну мережу зберігання даних протягом тривалого періоду років. Arweave не дбає про маркетинг, а також про конкурентів і ринкові тенденції. Він просто буде продовжувати повторювати архітектуру мережі, навіть якщо це нікому не цікаво, тому що така природа команди розробників Arweave: довгостроковість. Завдяки довгостроковій перспективі, Arweave з ентузіазмом користувався попитом на останньому бичачому ринку; Також через довгостроковість, навіть якщо він впаде на дно, Arweave може пережити кілька раундів биків і ведмедів. Але чи знайдеться місце для Arweave в децентралізованих сховищах в майбутньому? Цінність постійного зберігання можна довести лише з часом.

Головна мережа Arweave з версії 1.5 до останньої версії 2.9, незважаючи на те, що втратила увагу ринку, продовжує працювати над тим, щоб дати змогу більшій кількості майнерів брати участь у мережі з мінімальними витратами, та заохочувати майнерів максимально зберігати дані, що постійно підвищує стійкість усієї мережі. Arweave добре усвідомлює, що не відповідає уподобанням ринку, тому обрала обережний шлях, не об'єднуючи зусилля з майнерськими групами, екосистема повністю застигла, з мінімальними витратами модернізуючи головну мережу, постійно знижуючи апаратні бар'єри без шкоди для безпеки мережі.

Огляд шляху оновлення 1.5-2.9

Версія 1.5 Arweave виявила вразливість, через яку майнери можуть покладатися на стек GPU, а не на реальне зберігання для оптимізації шансів на видобуток блоків. Щоб стримати цю тенденцію, версія 1.7 впроваджує алгоритм RandomX, обмежуючи використання спеціалізованих обчислювальних потужностей і вимагаючи, щоб універсальні ЦП брали участь у видобутку, тим самим послаблюючи централізацію обчислювальної потужності.

У версії 2.0 Arweave впроваджує SPoA, перетворюючи докази даних на компактні шляхи структури Меркла, та вводить транзакції формату 2 для зменшення навантаження на синхронізацію. Ця архітектура зменшує тиск на мережеву ширину смуги, значно покращуючи здатність вузлів до співпраці. Однак деякі майнери все ще можуть уникнути відповідальності за фактичне володіння даними через стратегію централізованих швидких сховищ.

Щоб виправити цю схильність, у версії 2.4 було запроваджено механізм SPoRA, що вводить глобальний індекс та повільний хеш для випадкового доступу, змушуючи майнерів дійсно володіти блоками даних для участі в ефективному видобутку, тим самим механічно послаблюючи ефект накопичення потужності. В результаті майнери почали звертати увагу на швидкість доступу до зберігання, що сприяло використанню SSD та пристроїв з високошвидкісним читанням та записом. У версії 2.6 було запроваджено контроль ритму видобутку за допомогою хеш-ланцюга, що збалансувало граничну користь високопродуктивних пристроїв, надаючи середнім і малим майнерам справедливий простір для участі.

Подальші версії ще більше зміцнюють мережеву співпрацю та різноманітність зберігання: 2.7 додає механізм спільного майнінгу та майнінгових пулів, підвищуючи конкурентоспроможність малих майнерів; 2.8 впроваджує механізм комбінованої упаковки, що дозволяє великим об'ємам малошвидкісних пристроїв гнучко брати участь; 2.9 вводить новий процес упаковки у форматі replica_2_9, значно підвищуючи ефективність і знижуючи залежність від обчислень, завершуючи цикл моделі майнінгу, орієнтованої на дані.

В цілому, шлях оновлення Arweave чітко демонструє його довгострокову стратегію, орієнтовану на зберігання: постійно протистояти тенденції до централізації обчислювальної потужності, одночасно знижуючи бар'єри для участі, щоб забезпечити можливість тривалого функціонування протоколу.

Walrus: нова спроба зберігання гарячих даних

Дизайнерська концепція Walrus абсолютно відрізняється від Filecoin і Arweave. Вихідна точка Filecoin полягає в створенні децентралізованої системи зберігання з можливістю верифікації, ціною якої є зберігання холодних даних; вихідна точка Arweave полягає в створенні блокчейн-бібліотеки Олександра, що дозволяє назавжди зберігати дані, ціною якої є занадто мало сценаріїв; вихідна точка Walrus полягає в оптимізації витрат на зберігання для протоколу зберігання гарячих даних.

RedStuff: поліпшена версія коду для виправлення та видалення

У дизайні витрат на зберігання Walrus вважає, що витрати на зберігання Filecoin та Arweave є нерозумними, оскільки обидва використовують повністю репліковану архітектуру, основна перевага якої полягає в тому, що кожен вузол має повну копію, що забезпечує високу стійкість до відмов і незалежність між вузлами. Така архітектура гарантує, що навіть якщо частина вузлів виходить з ладу, мережа все ще має доступність даних. Проте це також означає, що системі потрібно кілька копій для підтримки стійкості, що підвищує витрати на зберігання. Особливо в дизайні Arweave механізм консенсусу сам по собі заохочує вузли до резервного зберігання, щоб підвищити безпеку даних. У порівнянні з цим, Filecoin має більшу гнучкість у контролі витрат, але ціною цього є те, що деякі з низьковитратних зберігань можуть мати вищий ризик втрати даних. Walrus намагається знайти баланс між обома, його механізм контролює витрати на реплікацію, одночасно підвищуючи доступність через структуроване резервування, що дозволяє встановити 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). Кодекси RS є дуже традиційними алгоритмами кодування із виправленням помилок, кодування з виправленням помилок – це техніка, яка дозволяє подвоювати набір даних шляхом додавання надмірних фрагментів(erasure code) для відновлення оригінальних даних. Від CD-ROM до супутникового зв'язку та QR-кодів, ця технологія часто використовується в повсякденному житті.

Кодування з корекцією помилок дозволяє користувачам отримати блок, наприклад, розміром 1 МБ, а потім "розширити" його до 2 МБ, де додатковий 1 МБ є спеціальними даними, що називаються кодами корекції помилок. Якщо будь-який байт у блоці втрачається, користувач може легко відновити ці байти за допомогою коду. Навіть якщо втрачається блок розміром до 1 МБ, ви все ще можете відновити весь блок. Така ж технологія дозволяє комп'ютерам зчитувати всі дані з CD-ROM, навіть якщо він пошкоджений.

Наразі найбільш поширеним є кодування RS. Спосіб реалізації полягає в тому, щоб почати з k інформаційних блоків, побудувати відповідний многочлен і оцінити його в різних координатах x, щоб отримати закодовані блоки. Використовуючи коди виправлення помилок RS, ймовірність випадкової вибірки втрати великих обсягів даних є дуже малою.

Наприклад: розділіть файл на 6 даних блоків і 4 контрольних блоки, всього 10 частин. Досить зберегти будь-які 6 частин, щоб повністю відновити оригінальні дані.

Переваги: висока стійкість до помилок, широко використовується в CD/DVD, системах RAID(, а також у системах хмарного зберігання), таких як Azure Storage, Facebook F4(.

Недоліки: складність обчислення декодування, високі витрати; не підходить для сценаріїв з частими змінами даних. Тому зазвичай використовується для відновлення і розподілу даних у централізованому середовищі поза ланцюгом.

У децентралізованій архітектурі Storj та Sia адаптували традиційне RS-кодування для задоволення реальних потреб розподіленої мережі. Walrus також на цій основі запропонував свій варіант — алгоритм кодування RedStuff, щоб досягти більш низьких витрат та більш гнучкого механізму надмірного зберігання.

Яка основна характеристика Redstuff? Завдяки покращенню алгоритму кодування з виправленням помилок, Walrus може швидко та надійно кодувати неструктуровані блоки даних у менші фрагменти, які розподіляються для зберігання в мережі зберігання. Навіть якщо втрачається до двох третин фрагментів, оригінальний блок даних може бути швидко відновлений за допомогою часткових фрагментів. Це стає можливим при збереженні коефіцієнта копіювання лише від 4 до 5 разів.

Отже, визначення Walrus як легкого протоколу надмірності та відновлення, перепроектованого навколо децентралізованої сцени, є доцільним. На відміну від традиційних кодів корекції помилок ), таких як Reed-Solomon (, RedStuff більше не прагне до строгої математичної узгодженості, а натомість робить реалістичні компроміси щодо розподілу даних, верифікації зберігання та витрат на обчислення. Ця модель відмовляється від механізму миттєвого декодування, необхідного для централізованого планування, і замість цього переходить до перевірки наявності конкретних копій даних через Proof на блокчейні, щоб адаптуватися до більш динамічної та маргіналізованої мережевої структури.

Червоний Ст