A que distância está a popularização do armazenamento descentralizado?

O armazenamento foi uma das áreas mais populares na indústria de blockchain. O Filecoin, como o projeto líder da última alta do mercado, viu seu valor de mercado ultrapassar 10 bilhões de dólares em um determinado momento. O Arweave foca em armazenamento permanente, atingindo um valor de mercado máximo de 3,5 bilhões de dólares. No entanto, à medida que a disponibilidade de armazenamento de dados frios foi questionada, o futuro do armazenamento descentralizado também ficou marcado por interrogações. Recentemente, o surgimento do Walrus trouxe nova atenção para uma área de armazenamento que estava há muito tempo em silêncio, enquanto o projeto Shelby, lançado pela Aptos e Jump Crypto, tenta fazer avanços no armazenamento de dados quentes. Este artigo analisará a evolução dos quatro projetos: Filecoin, Arweave, Walrus e Shelby, discutindo a mudança na narrativa do armazenamento descentralizado e explorando suas direções futuras.

Filecoin: a essência da moeda de mineração sob a aparência de armazenamento

Filecoin é um dos projetos de criptomoeda que surgiu precocemente, com seu desenvolvimento centrado na Descentralização. O Filecoin tenta combinar armazenamento e Descentralização, resolvendo o problema de confiança em prestadores de serviços de armazenamento de dados centralizados. No entanto, certas concessões feitas para alcançar a Descentralização tornaram-se, na verdade, os pontos problemáticos que os projetos posteriores tentaram resolver. Para entender que o Filecoin é essencialmente um projeto de moeda minerada, é necessário compreender as limitações de seu tecnologia subjacente, o IPFS, no processamento de dados quentes.

IPFS: Descentralização da arquitetura do gargalo de transmissão

O IPFS(, ou Sistema de Arquivos Interplanetário, foi lançado por volta de 2015, com o objetivo de revolucionar o protocolo HTTP tradicional através da endereçamento por conteúdo. No entanto, o maior problema do IPFS é a velocidade de obtenção extremamente lenta. Em uma era em que os serviços de dados tradicionais podem alcançar tempos de resposta na ordem dos milissegundos, obter um arquivo pelo IPFS ainda leva dezenas de segundos, o que dificulta sua promoção em aplicações práticas. Exceto por alguns projetos de blockchain, o IPFS é raramente adotado pela indústria tradicional.

O protocolo P2P subjacente do IPFS é principalmente adequado para "dados frios", ou seja, conteúdos estáticos que não mudam com frequência. Na gestão de dados quentes, como páginas web dinâmicas, jogos online ou aplicações de IA, o protocolo P2P não apresenta vantagens significativas em comparação com CDN tradicionais.

Apesar de o IPFS não ser uma blockchain, seu design de grafo acíclico dirigido )DAG( se alinha altamente com muitas blockchains e protocolos Web3, tornando-o inerentemente adequado como uma estrutura de base para blockchains. Portanto, mesmo na falta de valor prático, o IPFS já é suficiente como uma estrutura de base para a narrativa da blockchain. Projetos iniciais apenas precisavam de uma estrutura funcional para iniciar um grande plano, mas com o desenvolvimento do Filecoin, os problemas trazidos pelo IPFS também começaram a obstruir seu progresso.

) Lógica das moedas mineradas sob a camada de armazenamento

O design do IPFS tem como objetivo permitir que os usuários, ao armazenar dados, também se tornem parte da rede de armazenamento. No entanto, na ausência de incentivos econômicos, é difícil para os usuários utilizarem voluntariamente este sistema, quanto mais se tornarem nós de armazenamento ativos. Isso significa que a maioria dos usuários apenas armazenará arquivos no IPFS, sem contribuir com seu espaço de armazenamento ou armazenar arquivos de outros. Foi nesse contexto que o Filecoin surgiu.

O modelo econômico do token Filecoin inclui três papéis principais: os usuários pagam taxas para armazenar dados; os mineradores de armazenamento recebem recompensas em tokens por armazenar os dados dos usuários; os mineradores de recuperação fornecem dados quando os usuários precisam e recebem recompensas.

Este modelo apresenta um espaço potencial para comportamentos maliciosos. Os mineiros de armazenamento podem, após fornecer espaço de armazenamento, preencher com dados lixo para obter recompensas. Como esses dados lixo não serão recuperados, mesmo que se percam, isso não acionará o mecanismo de penalização dos mineiros de armazenamento. Isso permite que os mineiros de armazenamento apaguem os dados lixo e repitam este processo. O consenso de prova de replicação do Filecoin só pode garantir que os dados do usuário não foram apagados indevidamente, mas não pode impedir que os mineiros preencham dados lixo.

A operação do Filecoin depende em grande parte do investimento contínuo dos mineradores na economia dos tokens, e não na demanda real dos usuários finais por armazenamento descentralizado. Embora o projeto ainda esteja em iteração contínua, nesta fase, a construção do ecossistema do Filecoin está mais alinhada com a "lógica de mineração" do que com a posição de projeto de armazenamento "impulsionado por aplicações".

Arweave: Nasce do longo prazo, falha no longo prazo

Se o objetivo do Filecoin é construir uma estrutura de "nuvem de dados" descentralizada, incentivada e comprovável, então o Arweave seguiu para o outro extremo na direção do armazenamento: oferecendo capacidade de armazenamento permanente para os dados. O Arweave não tenta construir uma plataforma de computação distribuída; todo o seu sistema se baseia em uma suposição central - dados importantes devem ser armazenados uma única vez e permanecer para sempre na rede. Esse extremo longo-prazismo faz com que o Arweave, desde o mecanismo até o modelo de incentivos, desde os requisitos de hardware até a perspectiva narrativa, seja muito diferente do Filecoin.

Arweave usa o Bitcoin como objeto de estudo, tentando otimizar continuamente sua rede de armazenamento permanente ao longo de longos períodos, contados em anos. Arweave não se importa com marketing, nem com concorrentes ou tendências de desenvolvimento do mercado. Ela simplesmente avança no caminho da iteração da arquitetura da rede, mesmo que ninguém esteja prestando atenção, pois essa é a essência da equipe de desenvolvimento da Arweave: o longo prazo. Graças ao longo prazo, a Arweave foi amplamente aclamada no último mercado em alta; e também por causa do longo prazo, mesmo que caia ao fundo do poço, a Arweave ainda pode sobreviver a várias rodadas de mercados em alta e em baixa. A pergunta é: haverá um lugar para a Arweave no futuro do armazenamento descentralizado? O valor da existência do armazenamento permanente só pode ser provado pelo tempo.

A mainnet do Arweave passou da versão 1.5 para a mais recente versão 2.9. Apesar de ter perdido a atenção do mercado, tem-se esforçado para permitir que um maior número de mineradores participe da rede a um custo mínimo, incentivando os mineradores a armazenar dados ao máximo, o que aumenta continuamente a robustez de toda a rede. O Arweave está ciente de que não se adequa às preferências do mercado, adotou uma abordagem conservadora, não abraçando a comunidade de mineradores, com o ecossistema totalmente estagnado, realizando atualizações da mainnet a um custo mínimo, reduzindo continuamente a barreira de hardware sem comprometer a segurança da rede.

Revisão do caminho de atualização de 1.5-2.9

A versão 1.5 do Arweave expôs uma vulnerabilidade onde os mineradores podiam depender da empilhagem de GPUs em vez de armazenamento real para otimizar a probabilidade de encontrar blocos. Para conter essa tendência, a versão 1.7 introduziu o algoritmo RandomX, limitando o uso de poder de computação especializado, exigindo em vez disso que CPUs genéricas participem na mineração, enfraquecendo assim a centralização do poder de computação.

Na versão 2.0, Arweave adotou SPoA, convertendo a prova de dados em um caminho conciso baseado em árvore de Merkle, e introduziu transações de formato 2 para reduzir a carga de sincronização. Essa arquitetura aliviou a pressão da largura de banda da rede, melhorando significativamente a capacidade de colaboração dos nós. No entanto, alguns mineradores ainda podem evitar a responsabilidade de manter dados reais através de estratégias de pools de armazenamento centralizados de alta velocidade.

Para corrigir essa tendência, a versão 2.4 introduziu o mecanismo SPoRA, que traz um índice global e acesso aleatório lento a hashes, fazendo com que os mineradores precisem realmente possuir blocos de dados para participar da criação de blocos válidos, enfraquecendo assim o efeito de empilhamento de poder computacional. O resultado foi que os mineradores começaram a se concentrar na velocidade de acesso ao armazenamento, impulsionando a aplicação de SSDs e dispositivos de leitura e gravação de alta velocidade. A versão 2.6 introduziu uma cadeia de hashes para controlar o ritmo da criação de blocos, equilibrando a eficiência marginal de dispositivos de alto desempenho e proporcionando um espaço de participação justa para mineradores de pequeno e médio porte.

As versões subsequentes fortalecem ainda mais a capacidade de colaboração em rede e a diversidade de armazenamento: a versão 2.7 adiciona mineração colaborativa e mecanismos de pool, aumentando a competitividade dos pequenos mineradores; a versão 2.8 apresenta um mecanismo de empacotamento composto, permitindo que dispositivos de grande capacidade e baixa velocidade participem de forma flexível; a versão 2.9 introduz um novo processo de empacotamento no formato replica_2_9, melhorando significativamente a eficiência e reduzindo a dependência computacional, completando o ciclo do modelo de mineração orientado por dados.

No geral, o caminho de atualização do Arweave apresenta claramente sua estratégia de longo prazo orientada para o armazenamento: ao mesmo tempo em que resiste à tendência de concentração de poder computacional, continua a reduzir as barreiras de participação, garantindo a viabilidade da operação do protocolo a longo prazo.

Walrus: abraçar dados quentes é uma moda ou tem um significado mais profundo?

A abordagem de design do Walrus é completamente diferente da do Filecoin e do Arweave. O ponto de partida do Filecoin é criar um sistema de armazenamento descentralizado e verificável, com o custo de armazenamento de dados frios; o ponto de partida do Arweave é criar uma biblioteca de Alexandria on-chain que pode armazenar dados permanentemente, com o custo de cenários de aplicação muito limitados; o ponto de partida do Walrus é otimizar os custos de armazenamento de um protocolo de armazenamento de dados quentes.

Modificação mágica do código de correção: inovação de custos ou a velha bebida em nova garrafa?

Na concepção de custos de armazenamento, a Walrus considera que os custos de armazenamento do Filecoin e do Arweave são desrazoáveis. Ambos os últimos utilizam uma arquitetura de replicação completa, cuja principal vantagem é que cada nó possui uma cópia completa, oferecendo uma forte capacidade de tolerância a falhas e independência entre nós. Essa arquitetura pode garantir que, mesmo que alguns nós fiquem offline, a rede ainda tenha disponibilidade de dados. No entanto, isso também significa que o sistema precisa de redundância de múltiplas cópias para manter a robustez, o que, por sua vez, eleva os custos de armazenamento. Especialmente no design do Arweave, o mecanismo de consenso em si incentiva o armazenamento redundante de nós para aumentar a segurança dos dados. Em comparação, o Filecoin é mais flexível no controle de custos, mas, a um custo, o armazenamento de baixo custo pode estar sujeito a um risco maior de perda de dados. A Walrus tenta encontrar um equilíbrio entre os dois, sua mecânica controla os custos de replicação ao mesmo tempo que, através de uma abordagem de redundância estruturada, aumenta a disponibilidade, estabelecendo assim um novo caminho de compromisso entre a disponibilidade de dados e a eficiência de custos.

A Redstuff, criada pela Walrus, é uma tecnologia chave para reduzir a redundância de nós, que se baseia na codificação Reed-Solomon###RS(. A codificação RS é um algoritmo muito tradicional de código de correção, e os códigos de correção são uma técnica que permite duplicar um conjunto de dados através da adição de fragmentos redundantes, podendo ser usados para reconstruir os dados originais. Desde CD-ROMs até comunicação via satélite e códigos QR, é frequentemente utilizada na vida cotidiana.

Códigos de correção permitem que os usuários obtenham um bloco, por exemplo, de 1MB, e depois "amplie" para 2MB, onde o adicional de 1MB é chamado de dados especiais de correção. Se qualquer byte do bloco estiver perdido, os usuários podem facilmente recuperar esses bytes através do código. Mesmo se até 1MB do bloco estiver perdido, o bloco inteiro pode ser recuperado. A mesma técnica permite que os computadores leiam todos os dados em um CD-ROM, mesmo que esteja danificado.

Atualmente, o código RS é o mais utilizado. A implementação começa com k blocos de informações, constrói polinômios relacionados e os avalia em diferentes coordenadas x para obter blocos codificados. Ao usar códigos de correção de erros RS, a probabilidade de perda de grandes blocos de dados por amostragem aleatória é muito baixa.

Exemplo: Dividir um arquivo em 6 blocos de dados e 4 blocos de verificação, totalizando 10 partes. Desde que se mantenham 6 dessas partes, é possível recuperar completamente os dados originais.

Vantagens: forte capacidade de tolerância a falhas, amplamente utilizado em CD/DVD, arranjos de discos rígidos à prova de falhas )RAID(, e em sistemas de armazenamento em nuvem ) como Azure Storage, Facebook F4(.

Desvantagens: a decodificação é complexa, com altos custos; não é adequada para cenários de dados que mudam frequentemente. Portanto, normalmente é utilizada para recuperação e agendamento de dados em ambientes centralizados fora da cadeia.

Na Descentralização, a Storj e a Sia ajustaram a codificação RS tradicional para atender às necessidades reais de redes distribuídas. O Walrus também propôs sua própria variante - o algoritmo de codificação RedStuff, para alcançar um mecanismo de armazenamento redundante com custos mais baixos e mais flexível.

Qual é a principal característica do Redstuff? Através da melhoria do algoritmo de codificação de correção de erros, o Walrus consegue codificar rapidamente e de forma robusta blocos de dados não estruturados em fragmentos menores, que são armazenados de forma distribuída em uma rede de nós de armazenamento. Mesmo que até dois terços dos fragmentos se percam, é possível reconstruir rapidamente o bloco de dados original utilizando fragmentos parciais. Isso se torna viável mantendo um fator de replicação de apenas 4 a 5 vezes.

Portanto, é razoável definir o Walrus como um protocolo leve de redundância e recuperação redesenhado em torno de um cenário de Descentralização. Em comparação com códigos de correção tradicionais ) como Reed-Solomon (, o RedStuff não busca mais uma consistência matemática rigorosa, mas faz compromissos realistas em relação à distribuição de dados, verificação de armazenamento e custo computacional. Este modelo abandona o mecanismo de decodificação instantâneo exigido pela programação centralizada, optando por verificar em cadeia se os nós possuem cópias específicas de dados através de Proof, adaptando-se assim a uma estrutura de rede mais dinâmica e marginalizada.

O núcleo do design do RedStuff é dividir os dados em duas categorias: fatias principais e fatias secundárias. As fatias principais são usadas para recuperar os dados originais, sua geração e distribuição são rigorosamente controladas, o limiar de recuperação é f+1, e são necessárias 2f+1 assinaturas como endosse de disponibilidade; as fatias secundárias são geradas através de operações simples, como combinações XOR, e têm a função de fornecer tolerância a falhas elástica, melhorando a robustez geral do sistema.