分散化ストレージの進化の道:理想主義から現実主義へ

ストレージはブロックチェーン業界の人気のあるストーリーの一つでした。Filecoinは前回のブルマーケットでのリーダープロジェクトとして、時価総額は一時100億ドルを超えました。Arweaveは永久ストレージを売りにしており、最高時価総額は35億ドルに達しました。しかし、コールドデータストレージの可用性が疑問視される中、永久ストレージの必要性にも疑問符が付けられ、分散化ストレージが真に実現できるのかは未解決の問題となっています。

Walrusの登場は、長い間静かだったストレージ分野に一筋の活気をもたらしました。そして最近、AptosとJump Cryptoが共同で発表したShelbyプロジェクトは、分散化ストレージをホットデータ領域で新たな高みに引き上げることを目的としています。では、分散化ストレージは再び台頭し、より広範なアプリケーションシーンにソリューションを提供できるのでしょうか？それとも単なるまた一つの投機でしょうか？この記事では、Filecoin、Arweave、Walrus、Shelbyの4つのプロジェクトの発展の道筋を基に、分散化ストレージの物語の変遷を分析し、分散化ストレージの普及の可能性を探ります。

! 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:ストレージは表面に過ぎず、マイニングが本質である

Filecoinは最初に登場した暗号通貨プロジェクトの一つであり、その発展方向は自然に分散化を中心に展開されています。これは初期の暗号プロジェクトの一般的な特徴であり、様々な伝統的な分野において分散化の意味を探ることです。Filecoinも例外ではなく、ストレージと分散化を結びつけることで、自然に中央集権的なデータストレージサービスの欠点、すなわち中央集権的なストレージプロバイダーへの信頼の仮定を指摘しています。したがって、Filecoinの目標は中央集権的なストレージを分散型ストレージに変えることです。しかし、分散化を実現するために行われた一部の妥協は、後にArweaveやWalrusなどのプロジェクトが解決しようとする痛点となりました。Filecoinが実質的には単なるマイニングコインである理由を理解するには、その基盤技術であるIPFSがホットデータを処理するのに適していないという客観的な制約を理解する必要があります。

IPFS:分散化アーキテクチャですが、伝送のボトルネックに制約されています

IPFS(インターステラーファイルシステム)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。IPFSの最大の欠点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プロバイダー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の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く、少数のブロックチェーンプロジェクトを除いて、伝統的な業界でほとんど採用されていない理由も説明されます。

IPFSの基盤となるP2Pプロトコルは主に「冷データ」、つまりあまり変動しない静的なコンテンツ、例えばビデオ、画像、文書などに適しています。しかし、動的なウェブページ、オンラインゲーム、または人工知能アプリケーションなどのホットデータを処理する場合、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、その採用された有向非循環グラフ(DAG)のデザイン理念は、多くのパブリックチェーンやWeb3プロトコルと高度に一致し、ブロックチェーンの基盤構築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、実用的な価値がなくても、ブロックチェーンの物語を担う基盤フレームワークとしては十分であり、初期のクローンプロジェクトは動作するフレームワークがあれば星の海を開くことができました。しかし、Filecoinがある段階に達すると、IPFSがもたらすハードルがそのさらなる発展を妨げるようになりました。

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だけでなく、ストレージネットワークの一部としても機能することです。しかし、経済的なインセンティブが欠如している状況では、ユーザーが自発的にこのシステムを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、多くのユーザーがファイルをIPFSに保存するだけで、自分のストレージスペースを提供せず、他の人のファイルを保存することもしないことを意味します。このような背景の中で、Filecoinが誕生しました。

Filecoinのトークン経済モデルには主に3つの役割があります: ユーザーはデータを保存するために料金を支払う責任があります; 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のインセンティブを得ます; レトリーバーマイナーはユーザーが必要とする際にデータを提供し、インセンティブを得ます。

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対する罰則メカニズムは発動しません。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私的に削除されていないことを保証することしかできず、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の運用は、ユーザーの分散ストレージに対する実際の需要に基づくのではなく、マイナーのトークン経済への持続的な投入に大きく依存しています。プロジェクトは依然として進化を続けていますが、現段階では、Filecoinのエコシステム構築は「マイニングコインロジック」により適しており、「アプリケーション駆動」のストレージプロジェクトの定義には合致していません。

Arweave: 長期主義によって成り、長期主義によって敗れる

もしFilecoinの設計目標が、報酬を与え、証明可能な分散化された"データクラウド"の殻を構築することであるならば、Arweaveはデータに永久的な保存能力を提供するという別の極端な方向に進んでいます。Arweaveは分散型計算プラットフォームを構築しようとはしておらず、その全システムは一つの核心的仮定を中心に展開されています - 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留まるべきであるということです。この極端な長期主義は、Arweaveをメカニズムから報酬モデル、ハードウェアの要件から物語の観点まで、Filecoinとは大きく異なるものにしています。

Arweaveはビットコインを学習対象として、年単位の長期にわたり自身の永久保存ネットワークを最適化し続けようとしています。Arweaveはマーケティングを気にせず、競合他社や市場の動向にも関心を持ちません。彼らはネットワークアーキテクチャの反復を進め続けており、誰も関心を持たなくても気にしません。なぜなら、これがArweave開発チームの本質であり、長期主義だからです。長期主義のおかげで、Arweaveは前回の牛市場で熱烈に支持されました。また、長期主義のために、たとえ底に落ちても、Arweaveは数回の牛熊を乗り越える可能性があります。しかし、未来の分散化ストレージにArweaveの居場所はあるのでしょうか？永久保存の存在価値は時間によってのみ証明されるのです。

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、市場の議論の熱が失われたにもかかわらず、より広範な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努めており、マイナーが最大限にデータを保存することを奨励し、ネットワーク全体の堅牢性を向上させ続けています。Arweaveは自らが市場の好みに合わないことを深く理解しているため、保守的な路線を取り、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、ネットワークのセキュリティを損なうことなく、ハードウェアのハードルを継続的に引き下げています。

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確率を最適化できる脆弱性を露呈しました。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、専門的な計算能力の使用が制限され、汎用CPUがマイニングに参加することが求められ、計算能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化された高速ストレージプール戦略を通じて、実際のデータ保持の責任を回避することができます。

この偏りを是正するために、2.4ではSPoRAメカニズムが導入され、グローバルインデックスとスロー ハッシュのランダムアクセスが導入され、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。このメカニズムにより、計算能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使用が促進されました。2.6ではハッシュチェーンがブロック生成のリズムを制御し、高性能デバイスの限界効用のバランスを取ることで、中小マイナーに公平な参加のスペースを提供しました。

今後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メカニズムを追加し、小規模マイナーの競争力を向上させます; 2.8では複合パッケージメカニズムを導入し、大容量低速デバイスが柔軟に参加できるようにします; 2.9ではreplica_2_9フォーマットを使用して新しいパッケージプロセスを導入し、効率を大幅に向上させ、計算依存を低減し、データ指向マイニングモデルのクローズドループを完成させます。

全体的に見ると、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: 算力集中のトレンドに抵抗し続けながら、参加のハードルを継続的に下げ、プロトコルの長期的な運用の可能性を保証しています。

ウォルラス: ホットデータを受け入れることは、単なる話題作りか、それとも隠れた真実があるのか?

Walrusは設計思想の点で、FilecoinやArweaveとは完全に異なります。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、その代償はコールド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:コスト革新それとも新瓶旧酒?

ストレージコスト設計の面で、WalrusはFilecoinとArweaveのストレージオーバーヘッドが不合理であると考えています。後者の二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、強力な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。この種のアーキテクチャは、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保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複数の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ています。それに対して、Filecoinはコスト管理においてより柔軟ですが、その代償として一部の低コストストレージにはデータ損失のリスクが高くなる可能性があります。Walrusは両者の間でバランスを取ろうとしており、そのメカニズムは複製コストを制御しつつ、構造化された冗長性の方法で可用性を強化し、データの可用性とコスト効率の間に新しい妥協の道を築いています。

Walrusが独自に開発したRedstuffは、ノードの冗長性を削減するための重要な技術であり、Reed-Solomon(RS)エンコーディングに由来しています。RSエンコーディングは非常に伝統的なエラーハンドリングコードアルゴリズムであり、エラーハンドリングコードは冗長な断片(erasure code)を追加することでデータセットを倍増させる技術であり、元のデータを再構築するために使用できます。CD-ROMから衛星通信、さらにはQRコードに至るまで、日常生活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そ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、全体のブロックを復元することができます。同様の技術により、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することです。RSエラー訂正符号を使用することで、大きなデータブロック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つの校正ブロックに分割し、合計10部となります。その中から任意の6部を保持することで、元のデータを完全に復元することができます。

利点:耐障害性が強く、CD/DVD、障害耐性ハードディスクアレイ(RAID)、また、Azure Storage、Facebook F4(のようなクラウドストレージシステム)に広く適用されています。

欠点:デコード計算が複雑で、コストが高い;頻繁に変動するデータシーンには適していません。したがって、通常はオフチェーン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符号化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もこの基盤の上に独自の変種 - RedStuff符号化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？改良された誤り訂正符号化アルゴリズムを通じて、Walrusは非構造化データブロックをより小さな分片に迅速かつ堅牢にエンコードすることができ、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。3分の2までの分片が失われても、部分的な分片を使用して原始データブロックを迅速に再構成することができます。これにより、復元を保持しながら...