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IOSG：從存儲到計算 去中心化存儲復興

2023-04-04 15:14:47 | 來源： | 作者：佚名
這篇文章主要介紹了IOSG：從存儲到計算 去中心化存儲復興的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下本文詳細內(nèi)容介紹

撰文：Leo, IOSG Ventures

概要：

  • Arweave 協(xié)議設計從技術(shù)上保證永久存儲的實現(xiàn)，更適用于高價值數(shù)字資產(chǎn)，如 NFT metadata 的保存
  • 數(shù)據(jù)存儲之上，更需要計算。隨著智能合約和可編程性的引入，去中心化數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡的發(fā)展已經(jīng)進入「不僅僅是存儲」的新階段
  • 實現(xiàn)存儲數(shù)據(jù)冗余，F(xiàn)ilecoin 訴諸經(jīng)濟激勵手段，Arweave 則借助協(xié)議設計
  • FVM 為 Filecoin 帶來存儲金融，將存儲空間和時間商品化，用戶可以提前鎖定成本，存儲供應商也能提前回籠資金，并根據(jù)遠期需求規(guī)劃管理庫存、硬件、運營

計算機網(wǎng)絡發(fā)展的主流，無外乎數(shù)據(jù)計算，傳輸，存儲三個方向。Web3 發(fā)展時至今日，去中心化數(shù)據(jù)存儲協(xié)議的發(fā)展有目共睹。Filecoin 于 2023 年 3 月 14 日 2,683,348 Epoch 高度正式在主網(wǎng)發(fā)布了兼容 EVM 的 Filecoin Virtual Machine (FVM)，將智能合約和可編程性帶入 Filecoin 網(wǎng)絡，去中心化數(shù)據(jù)存儲協(xié)議的發(fā)展已經(jīng)進入了「不僅僅是存儲」新階段。

去中心化數(shù)據(jù)存儲協(xié)議有很多，最引人注目的唯屬 Filecoin 和 Arweave，針對 FVM 發(fā)布賦予 Filecoin 的新特性，我們在本文中逐一進行討論。

永久存儲 Perpetual Storage

永久存儲在 Web3 中有特別的意義和需求，高價值的數(shù)字資產(chǎn)如 NFT Metadata 須要被永久保存。

Filecoin 在 FVM 發(fā)布后，強調(diào)了永久存儲(Permanent Storage)的特性。我們理解的 Filecoin 永久存儲是通過經(jīng)濟手段在理論上實現(xiàn)長期保存，但在 Filecoin 協(xié)議設計層面沒有太多改動。在 Filecoin 當前設計中，存儲訂單是在存儲供應商和存儲需求者之間鏈下撮合鏈上記錄的，訂單包含的信息有數(shù)據(jù)大小、存儲時間、訂單價格和抵押物。若想所存數(shù)據(jù)在訂單所定義的存儲時間到期后被繼續(xù)保存，存儲需求者不得不人為手動地提交更新訂單。但 FVM 發(fā)布后，訂單可以在鏈上得到自動續(xù)費更新。Lighthouse 是致力于實現(xiàn) Filecoin 上永久文件存儲的項目，用戶只需付費一次，文件即可「永久」保存。Lighthouse 通過基于智能合約的捐贈池(endowment pool)來為文件持續(xù)支付存儲費用。當用戶創(chuàng)建訂單并付費時，金額的一部分交給存儲供應商，剩下的部分則進入捐贈池。捐贈池智能合約將在訂單到期時自動續(xù)約并用捐贈池中的金額付費，以此實現(xiàn)「永久存儲」。這個設計的可行性在于捐贈池會通過質(zhì)押、farming 等方式實現(xiàn)池內(nèi)資產(chǎn)增值，隨著時間流逝，增值的部分足以覆蓋存儲的開銷。這與 Arweave 黃皮書中對于存儲成本的假設類似，即存儲費率會不斷下降，存儲需求者支付金額的增值足以涵蓋永久存儲的開銷。

「過去 50 年，存儲費率以年均下降 30.57%」。

Arweave Yellow Paper: 自 1980 年來，每保存 1GB 數(shù)據(jù) 1 小時的成本（log scale）

Arweave 則是在常見的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上引入了命名為 Blockweave 的設計，通過協(xié)議設計從根本上來實現(xiàn)數(shù)據(jù)被永久存儲。Blockware 中，鏈上的每一個區(qū)塊(除了最新確認區(qū)塊和正在被挖的候選區(qū)塊)會和另外三個區(qū)塊相連，分別為前序區(qū)塊、后序區(qū)塊和召回區(qū)塊(recall block)。對某一高度的區(qū)塊而言，召回區(qū)塊可以是 Blockweave 中該高度區(qū)塊以前的任意歷史區(qū)塊。在礦工挖新塊時，召回區(qū)塊的選擇是由前序區(qū)塊高度和哈希隨機決定的。召回區(qū)塊在 Arweave 所采用的共識機制——隨機訪問簡潔證明(Succinct Proof of Random Access — SPoRA)中扮演了重要的角色。在 Arweave 中，礦工不必保存所有歷史區(qū)塊(即保存所有歷史區(qū)塊非參與挖礦的必要條件)，但礦工本地保存有被隨機選中的召回區(qū)塊是礦工參與候選新塊挖礦的入場券。召回區(qū)塊功能上類似于隨機抽查礦工是否保存有歷史某一區(qū)塊的內(nèi)容，從而實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的永久存儲。

Arweave 的永久存儲是根據(jù)協(xié)議設計從技術(shù)上來保證的，相較于 Filecoin 的永久存儲是更 robust 的方案，也是 Web2 科技巨頭 Meta, Instagram 和 Web3 應用 Mirror 選擇 Arweave 作為其 NFT、內(nèi)容的存儲方案的主要原因。

去中心化計算 Decentralized Computation

數(shù)據(jù)保存了，更重要的是使用。Filecoin 和 Arweave 的愿景遠不僅是「去中心化網(wǎng)盤」(然而當前大部分存儲需求者僅僅將其用作于此)，更要做兼具低成本存儲和高吞吐計算的區(qū)塊鏈協(xié)議。數(shù)據(jù)存儲之上，Web3 Dapps 還需要計算。

Filecoin 和 IPFS 在遍布世界各地的存儲供應商之間分發(fā)內(nèi)容尋址的(content-addressed)數(shù)據(jù)集，以增加數(shù)據(jù)的冗余性和彈性。這種去中心的數(shù)據(jù)分布，帶來了成本、可用性和可靠性的優(yōu)勢，但隨之而來的問題是單個數(shù)據(jù)集的各部分被存儲在地理位置相距較遠的各個存儲供應商處。廣泛而分散保存的數(shù)據(jù)集不利于在數(shù)據(jù)之上執(zhí)行計算或查詢索引的操作。但是將高度分散的數(shù)據(jù)重新組合到一個中心以對其進行計算是昂貴、浪費、性能低下且違背去中心化存儲原則的。Filecoin 上 EVM 兼容的 FVM 提出了邊緣計算(edge computation)結(jié)合鏈上協(xié)調(diào)執(zhí)行計算的方案。FVM 中的合約可以代理經(jīng)紀計算資源、激勵計算執(zhí)行、在可用存儲供應商之間分配工作負載，并證明計算結(jié)果的有效性以獲得獎勵。存儲供應商可以通過 FVM 合約注冊參與去中心化計算網(wǎng)絡。計算客戶端會將計算任務發(fā)布到合約。合約定義的機制會將計算任務分配給注冊參與計算網(wǎng)絡的存儲供應商，當完成計算，存儲供應商將發(fā)布證明來獲得報酬。

Arweave 上的去中心化計算通過 SmartWeave 智能合約協(xié)議實現(xiàn)，具備直接處理豐富數(shù)據(jù)的能力。SmartWeave 和其他區(qū)塊鏈智能合約協(xié)議的主要區(qū)別是「Lazy Evaluation ( 惰性計算 )」，將智能合約執(zhí)行計算的負擔從網(wǎng)絡節(jié)點轉(zhuǎn)移到智能合約用戶。惰性計算的好處是顯而易見的，通過將存儲和計算解耦，節(jié)點不需要保存不斷增長的全局狀態(tài)。智能合約可以在被使用時才由用戶計算、驗證最新狀態(tài)，而不需要參與鏈上共識的每個節(jié)點都進行計算、驗證。將計算下放給用戶，區(qū)塊鏈的可擴展性也得到了提升。Warp 開發(fā)了一套基于 SmartWeave 初始版本的 Warp SDK，相較于原生版本提升了性能和模塊化程度，并允許不同的執(zhí)行環(huán)境。

Warp 近期發(fā)布了 2023 年路線圖，開發(fā)目標包括：

1)Layer1 同步器：實現(xiàn) Warp 合約與基礎 Arweave 層的高效同步;

2)Layer2 排序器，與其將數(shù)據(jù)直接發(fā)到 Arweave 主網(wǎng)(可能等待 2~3 分鐘區(qū)塊時間直到數(shù)據(jù)被打包進下一個新挖區(qū)塊)，數(shù)據(jù)交易被導向 Warp 排序器，再通過 Bundlr 網(wǎng)絡，交易可以立即結(jié)算，為用戶提供數(shù)據(jù)的即時訪問和近乎即時的最終確定性;

3)合約增強改進，Warp contract 旨在為 Web3 Dapps 提供功能齊全的技術(shù)堆棧，以與 Web2 服務競爭;

4)開發(fā)委托解析環(huán)境(Delegated Resolution Environment)和聚合節(jié)點，委托解析環(huán)境允許對高交互和 / 或不安全合約進行計算委托，聚合節(jié)點則提供合約狀態(tài)信息的監(jiān)測和洞察。

存儲冗余 Storage Redundancy

去中心化數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡避免了單點故障，但如何保證各節(jié)點 / 各存儲供應商真實有效地保存了存儲需求者的上傳數(shù)據(jù)?并讓多個節(jié)點 / 存儲供應商分別保存上傳數(shù)據(jù)以實現(xiàn)存儲冗余和可靠性?Filecoin 和 Arweave 采取了不同的方案，F(xiàn)ilecoin 訴諸經(jīng)濟激勵手段，Arweave 則借助協(xié)議設計。

FVM 發(fā)布亮點中介紹了Replication Worker(數(shù)據(jù)復制工作者), Repair Worker(數(shù)據(jù)維修工作者)。在 FVM 發(fā)布前，如果存儲需求者希望在網(wǎng)絡節(jié)點中備份他們的數(shù)據(jù)，以最大限度地提高數(shù)據(jù)在存儲供應商出現(xiàn)故障時被保存下來的機率，需求者必須繁瑣地與供應商鏈下撮合 N 次訂單，執(zhí)行 N 次鏈上交易，并密集耗費資源傳輸 N 次數(shù)據(jù)。在 FVM 發(fā)布后，數(shù)據(jù)復制工作者將作為中介，僅收取少量費用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，為存儲需求者節(jié)約時間和開銷。復制工作者會根據(jù)需求者所選擇的備份數(shù)量、存儲地理區(qū)域、延遲要求、價格范圍等條件，自動在 Filecoin 網(wǎng)絡上撮合并生成存儲訂單。數(shù)據(jù)維修工作者則可以作為需求者的代理，監(jiān)控存儲數(shù)據(jù)是否丟失或過期，并根據(jù)需求者的設置將低于冗余閾值的數(shù)據(jù)自動復制備份到更多存儲供應商，還可以代表存儲需求者更新已過期或終止的存儲訂單。

Arweave 的存儲冗余是通過協(xié)議設計自然實現(xiàn)的。Arweave 將召回區(qū)塊作為隨機訪問簡潔證明(SPoRA)工作量算法輸入的一部分，保證挖得新塊的礦工確實保存有召回區(qū)塊的所有數(shù)據(jù)。SPoRA 共識機制鼓勵礦工在其存儲空間能力范圍內(nèi)盡可能多地保存歷史區(qū)塊和 Blockweave 數(shù)據(jù)。但若礦工的存儲能力不足以保存所有歷史區(qū)塊和完整 Blockweave 數(shù)據(jù)，礦工會優(yōu)先保存被其他礦工較少保存過的區(qū)塊，因為當一個被較多礦工保存了的召回區(qū)塊被選中時，較多礦工會同時參與挖新塊的競爭;而當一個被較少礦工保存了的召回區(qū)塊被選中時，競爭會相對較小。又因為召回區(qū)塊的選擇是高度隨機的，任一召回區(qū)塊被選中的幾率是離散均勻分布的，因此在存儲能力受限的情況下，理性礦工應該優(yōu)先保存被較少保存過的區(qū)塊以提高其挖得新塊的幾率來獲得區(qū)塊獎勵。Arweave 的協(xié)議通過精巧設計和經(jīng)濟激勵，讓 blockweave 和所有歷史區(qū)塊能夠在整個網(wǎng)絡所有礦工存儲能力范圍的約束下，盡可能地將任一歷史區(qū)塊被最大化地備份，保證了 Arweave 去中心存儲網(wǎng)絡的可靠性和數(shù)據(jù)冗余。

數(shù)據(jù)檢索 Data Retrieval

數(shù)據(jù)保存了，如何高效、準確、快速地取回數(shù)據(jù)是另一個問題。

Filecoin 中數(shù)據(jù)檢索服務是一套單獨的經(jīng)濟激勵系統(tǒng)。Retrieval Provider(檢索供應商)負責為存儲需求者提供對其數(shù)據(jù)的快速訪問。檢索供應商專注于快速訪問數(shù)據(jù)，而不是長期存儲。大多數(shù)存儲供應商同時也是檢索供應商。需求者向檢索供應商付費以獲取數(shù)據(jù)。Filecoin 生態(tài)中已有 retrieval.market 和 Saturn Network 等項目實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速檢索和內(nèi)容分發(fā)。

Arweave 的 SPoRA 共識機制除了上述永久存儲和存儲冗余的優(yōu)點，也一石三鳥地提高了數(shù)據(jù)檢索和訪問速度。在升級 SPoRA 之前，Arweave 的可訪問證明(Proof-of-Acces — PoA)舊共識機制解決了如何激勵礦工盡可能多地存儲數(shù)據(jù)的問題，但并沒有激勵礦工快速檢索存儲數(shù)據(jù)。事實上，在 PoA 時期，礦工們將存儲資源歸集起來做了存儲池，存儲池里保存歷史區(qū)塊。當某一召回區(qū)塊被選中，存儲池在被礦工請求時向礦工發(fā)送該召回區(qū)塊的內(nèi)容。這是不利于網(wǎng)絡去中心化的。Arweave 網(wǎng)絡統(tǒng)計曾出現(xiàn)了全網(wǎng)哈希算力增長的同時節(jié)點數(shù)量卻下降的情況，間接證明了存儲池的存在。為解決這個問題，也為鼓勵各個礦工在本地存儲數(shù)據(jù)，Arweave 將 PoA 升級成了 SPoRA。升級 SPoRA 后，選擇不在本地存儲歷史區(qū)塊數(shù)據(jù)的礦工向存儲池(需要極多次地)請求并傳輸召回區(qū)塊，傳輸數(shù)據(jù)的成本和時間極大增加，而在本地存儲了歷史區(qū)塊數(shù)據(jù)的礦工能有較高的幾率挖得新區(qū)快。從機制設計上杜絕了存儲池的存在。而分布世界各地的礦工節(jié)點在本地存儲歷史區(qū)塊數(shù)據(jù)，也提高了存儲需求者對數(shù)據(jù)的檢索和訪問速度。

存儲金融 Financialization

隨著 FVM 的發(fā)布，F(xiàn)ilecoin 上可以引入包括 DeFi 在內(nèi)的眾多 Web3 應用，例如質(zhì)押協(xié)議、保險協(xié)議、存儲衍生品等。Filecoin 中的存儲供應商需要抵押一定數(shù)量的 FIL 作擔保才能提供存儲服務，在過去存儲供應商要么籌錢購買 FIL，要么依賴鏈下的借貸合同借得 FIL。但借助建立在 FVM 上的質(zhì)押協(xié)議，F(xiàn)IL 代幣持有者可以將閑置 FIL 存入?yún)f(xié)議中，并制定規(guī)則和條款，任意規(guī)模的存儲供應商可以根據(jù)這些規(guī)則和條款在鏈上獲得 FIL 來籌集足夠抵押數(shù)量的 FIL，以開展存儲服務。存儲衍生品是另一個很有趣的應用場景，動態(tài)的存儲開銷給存儲需求者和存儲供應商都帶來了統(tǒng)籌預算的挑戰(zhàn)。將存儲空間和時間商品化(commoditize)，存儲需求者可以提前鎖定存儲成本，存儲供應商也能提前回籠資金，并根據(jù)遠期需求提前規(guī)劃管理庫存、硬件、運營和財務。

項目定位和現(xiàn)狀

Filecoin 當前全網(wǎng)共有 3678 個節(jié)點提供約 19.544EiB 的存儲空間，而 Arweave 全網(wǎng)共有 112 個節(jié)點實際保存了 125.62TiB 的數(shù)據(jù)。從規(guī)模上看 Filecoin 網(wǎng)絡更大，但 Filecoin 和 Arweave 雖同為去中心化數(shù)據(jù)存儲協(xié)議，但他們有著不同的定位，不能簡單地訴諸網(wǎng)路節(jié)點多少或規(guī)模大小來比較。

Protocol Labs 將 Filecoin 定位為 Storage Marketplace 和 Incentive layer，圍繞 Filecoin 做了完善的存儲市場、檢索市場、金融產(chǎn)品等，通過經(jīng)濟激勵設計來實現(xiàn)豐富的產(chǎn)品功能(如永久存儲、存儲復制與修補等)，致力于成為最大最重要的去中心化的數(shù)據(jù)存儲、分發(fā)、計算協(xié)議。Arweave 最重要的定位則是永久保存數(shù)據(jù)，并基于最底層的 Arweave 開發(fā)智能合約協(xié)議實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的計算。所有的機制設計均為這個最重要的目標服務，從前面幾個特性的介紹中，不難體會到 Arweave 的設計是精巧而統(tǒng)一的。

展望

相較于以太坊生態(tài)和以太坊虛擬機的突飛猛進，去中心化數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡的發(fā)展在過去幾年略顯平淡。在 Filecoin 和 Arweave 生態(tài)中有很多優(yōu)秀的項目和創(chuàng)業(yè)者，但是現(xiàn)在 Web3 Dapps 的存儲方案并沒有大規(guī)模采用 Filecoin 和 / 或 Arweave，很多 Dapps 依然依賴 Web2 存儲方案。在解決存儲的區(qū)塊鏈上做計算是一個新穎的路徑，不論是 FVM 還是 SmartWeave，都具備讓開發(fā)者解鎖前所未有的去中心化應用的潛力。作為開發(fā)者或用戶，使用哪個去中心化存儲協(xié)議并不是二選一的問題，而是應該根據(jù)應用和內(nèi)容的存儲需求來選擇。Filecoin 和 Arweave 的定位雖有重疊的地方，但更能在各自獨到之處精進發(fā)展，滿足持續(xù)演進的去中心化網(wǎng)絡存儲需求，實現(xiàn)從「去中心化網(wǎng)盤」到去中心化服務器的愿景。

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