分散化ストレージの普及までの道のりはどれくらい遠いのか?

ストレージは以前、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。Arweaveは永久ストレージを主打し、最高市場価値は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につれて、分散化ストレージの発展の見通しも疑問符が付けられました。最近、Walrusの登場が長らく静寂を保っていたストレージ分野に新たな注目をもたらし、AptosとJump Cryptoが共同で立ち上げたShelbyプロジェクトはホットデータストレージ分野での突破を試みています。本記事では、Filecoin、Arweave、Walrus、Shelbyの4つのプロジェクトの発展の道筋を出発点に、分散化ストレージの物語の変遷を分析し、その将来の発展方向を探ります。

! 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:ストレージの表層の下にあるマイニングコインの本質

Filecoinは初期に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分散化に基づいています。Filecoinはストレージと分散化を結びつけ、中央集権的なデータストレージサービスプロバイダーに対する信頼の問題を解決しようとしています。しかし、分散化を実現するために行われたある種の妥協が、後にプロジェクトが解決しようとした痛点となっています。Filecoinが本質的にマイニングコインプロジェクトであることを理解するためには、その基盤技術であるIPFSの熱データ処理における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(星際ファイルシステム)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の最大の問題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いのです。少数のブロックチェーンプロジェクトを除いて、IPFSは従来の業界ではほとんど採用されていません。

IPFSのベースとなる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います。ホットデータ、例えば動的ウェブページ、オンラインゲーム、またはAIアプリケーションを処理する場合、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、その有向非循環グラフ(DAG)の設計は、多くのパブリックチェーンや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、実用的な価値が欠けていても、IPFSはブロックチェーンの物語を支える基盤フレームワークとして十分です。初期のコピーキャットプロジェクトは、機能するフレームワークがあれば壮大な計画を開始することができましたが、Filecoinの発展とともに、IPFSがもたらす問題もその進展を妨げ始めています。

ストレージの外衣の下のマイニングコインのロジック

IPFSの設計の目的は、ユーザーがデータを保存する際に、同時にストレージネットワークの一部となることです。しかし、経済的インセンティブがない状況では、ユーザーがこのシステムを自発的に使用することは難しく、ましてや活発なストレージノードになることはありません。これは、大多数のユーザーがファイルをIPFSに保存するだけで、他人のファイルを保存したり、自分のストレージスペースを提供したりすることはないことを意味します。まさにこのような背景の中で、Filecoinが登場しました。

Filecoinのトークンエコノミーは、3つの主要な役割を含みます: 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報酬を得る; リトリーバーマイナーはユーザーが必要とする時にデータを提供し、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、失われてもストレージマイナーに罰則メカニズムが発動することはありません。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はできますが、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、主にマイナーによるトークン経済への継続的な投入に依存しており、エンドユーザーによる分散ストレージの真の需要に基づいていません。プロジェクトは依然として継続的にイテレーションされていますが、現段階ではFilecoinのエコシステム構築は「マイニングロジック」により適しており、「アプリケーションドリブン」のストレージプロジェクトの位置付けとは異なります。

アーウィーブ:長期主義から生まれ、長期主義に敗北

もしFilecoinの目標が、インセンティブがあり、証明可能な分散化"データクラウド"フレームワークを構築することであるなら、Arweaveはストレージの方向で別の極端に進んでいる: データに永久的なストレージ能力を提供すること。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、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る - 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るべきである。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、ハードウェアの要件から物語の観点までFilecoinとは大きく異なっている。

Arweaveはビットコインを学習対象とし、年単位の長期にわたって自身の永久保存ネットワークを不断に最適化しようとしています。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の道を進み続け、誰にも問われ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狂的に支持されました；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の席があるのかどうかはわかりません。永久保存の存在価値は時間によってのみ証明されます。

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、市場の関心を失っているにもかかわらず、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に努め、マイナーがデータを最大限に保存するように奨励し、ネットワーク全体の堅牢性を向上させ続けています。Arweaveは自社が市場の好みに合わないことを十分に理解しており、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、ハードウェアのハードルを引き下げ続けています。

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の確率を最適化できる脆弱性を暴露しました。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、計算力の分散化が進められました。

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の取引を導入して同期の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の高速ストレージプール戦略を通じて、真のデータ保持責任を回避することができます。

その偏りを是正するために、2.4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ランダムアクセスを取り入れ、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する必要があります。これにより、メカニズム的に計算力の積み重ね効果が弱まりました。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や高速読み書きデバイスの利用が促進されました。2.6はハッシュチェーンを導入し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、中小マイナーが公平に参加できるスペースを提供しました。

次のバージョンはネットワーク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マイニングプールの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では複合パッケージ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。

全体的に見て、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引き下げ、プロトコルの長期的な運用の可能性を保証します。

ウォルラス: ホットデータを受け入れることは、単なるトレンドか、それとも別の意味があるのか?

Walrusの設計思想はFilecoinやArweaveとは全く異なります。Filecoinの出発点は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シーンが少なすぎることです；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。

魔改纠删码:コストの革新か新しい瓶に古い酒か?

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2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保持し、高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、これはシステムが堅牢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を意味します。特にArweaveの設計では、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。それに対して、Filecoinはコスト管理においてより柔軟性があるものの、一部の低コストストレージにはより高いデータ損失リスクが存在する可能性があります。Walrusは両者の間でバランスを探ろうとしており、そのメカニズムは複製コストを制御しながら、構造化された冗長性を通じて可用性を強化し、データの可得性とコスト効率の間に新たな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)符号から派生しています。RS符号は非常に伝統的なエラーレジスタンス符号アルゴリズムで、エラーレジスタンス符号は冗長なフラグメントを追加することでデータセットを倍増させることを可能にする技術であり、元のデータを再構築するために使用されます。CD-ROMから衛星通信、さらにはQRコードまで、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「拡大」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これらのバイトを簡単に復元できます。最大1MBのブロックが失われても、ブロック全体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、たとえそれが損傷していても可能です。

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め、関連する多項式を構築し、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エラー訂正符号を使用することで、大規模データのランダムサンプリングによる損失の可能性は非常に低くなります。

例を挙げると、1つのファイルを6つのデータブロックと4つのチェックブロックに分割し、合計10分にします。そのうちの6分を任意に保持するだけで、元のデータを完全に復元できます。

利点:フォールトトレランスが高く、CD/DVD、障害対策RAID(、及びクラウドストレージシステム)のAzure Storage、Facebook F4(に広く適用されている。

欠点:デコード計算が複雑で、オーバーヘッドが高い;頻繁に変動するデータシーンには適していません。そのため、通常はチェーン外の分散化環境でのデータ復元とスケジューリングに使用されます。

分散化アーキテクチャの下で、StorjとSiaは従来のRSエンコーディングを調整して分散ネットワークの実際のニーズに適応させました。Walrusもこの基礎の上に独自の変種 - RedStuffエンコーディングアルゴリズムを提案し、より低コストで、より柔軟な冗長ストレージメカニズムを実現しました。

Redstuffの最大の特徴は何ですか？改良されたエラーチェックおよび訂正アルゴリズムを通じて、Walrusは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し、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。最大で三分の二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、レプリケーションファクターが4倍から5倍のままで可能になります。

したがって、Walrusを分散化シーンに基づいて再設計された軽量な冗長性および復元プロトコルとして定義することは合理的です。従来のエラー訂正コード)である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、代わりにチェーン上のProofを通じ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で、より動的で周縁的な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、その生成と配布は厳格に制約されており、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、排他的論理和などの単純な演算方法を通じて生成され、弾力性のあるフォールトトレランスを提供し、全体のシステムの堅牢性を向上させる役割を果たします。