Tiết lộ nguyên mẫu của Internet Permaweb thế hệ tiếp theo: kiến trúc vi dịch vụ phi tập trung theo lý thuyết SCP

Tác giả: Outprog @ Contributor của PermaDAO

Người đánh giá: Xiaosong HU @ Cộng tác viên của PermaDAO

Permaweb là kiến trúc Internet thế hệ tiếp theo do Arweave Ecology đề xuất. Điều mà Permaweb nhấn mạnh là các ứng dụng và trang web có thể truy cập vĩnh viễn. Nó cho phép Internet có những ký ức và không bao giờ quên chúng. Đồng thời Permaweb có tính năng Severless, lập trình viên không cần triển khai front-end và back-end trong quá trình xây dựng, mọi dịch vụ phát triển sẽ do lớp dịch vụ cơ sở của Permaweb cung cấp.

Để biết thêm về khái niệm và tầm nhìn của Permaweb, bạn có thể đọc "Tiềm năng của Arweave là hồi sinh thư viện Alexandria, không phải là chất thay thế Filecoin" do Giáo viên Liu Yi viết để tìm hiểu thêm về khái niệm Permaweb.

Bài viết này sẽ diễn giải Permaweb dưới góc độ kỹ thuật kết hợp với lý thuyết SCP.

Khuôn khổ cơ bản

Permaweb sử dụng kiến trúc ba lớp, lớp trên cùng là lớp ứng dụng, là giao diện hướng đến người dùng. Tầng giữa là tầng dịch vụ, cung cấp các dịch vụ back-end cho ứng dụng. Lớp dưới cùng là lớp lưu trữ, sử dụng Arweave để cung cấp dịch vụ lưu trữ dữ liệu cho các ứng dụng.

Kiến trúc của Permaweb không khác nhiều so với kiến trúc Web2. Lớp ứng dụng tương ứng với giao diện người dùng Web2 truyền thống, lớp dịch vụ tương ứng với back-end và lớp lưu trữ tương ứng với máy chủ vật lý hoặc cơ sở dữ liệu.

Sử dụng lưu trữ phi tập trung là điểm khác biệt lớn nhất giữa Permaweb và Web2. Sau khi ứng dụng Permaweb tích hợp Arweave lưu trữ vĩnh viễn, việc giả mạo và xóa nội dung của ứng dụng sẽ trở nên rất khó khăn và ứng dụng sẽ có được thuộc tính phân quyền. Mặc dù kiến trúc của Permaweb có những điểm tương đồng bề ngoài với Web2, nhưng công nghệ cơ bản và triết lý thiết kế của nó tạo ra những khác biệt cơ bản.

Cấu trúc ứng dụng của Permaweb được hiển thị trong hình bên dưới

Ảnh từ Sách dạy nấu ăn Permaweb

Sau đây sẽ giới thiệu chi tiết kiến trúc ba tầng của Permaweb

lớp lưu trữ

Lớp lưu trữ là cốt lõi của Permaweb, nếu lớp lưu trữ không sử dụng công nghệ chuỗi khối thì sẽ không có sự khác biệt giữa Permaweb và Web2. Lớp lưu trữ của Permaweb không nhất thiết phải giới hạn ở Arweave. Về lý thuyết, cũng có thể sử dụng Bitcoin hoặc Ethereum làm lớp lưu trữ để xây dựng một Permaweb hoàn chỉnh, nhưng các nhà phát triển và người dùng khó có thể chi trả chi phí lưu trữ quá mức. Arweave hiện là blockchain chuyên nghiệp nhất để lưu trữ vĩnh viễn và chỉ tốn 5 đô la cho 1 GB, đây là lựa chọn tốt nhất cho Permaweb.

Vậy lớp lưu trữ có thể sử dụng IPFS không? Nếu IPFS được sử dụng, Permaweb sẽ mất tính năng truy xuất nguồn gốc dữ liệu CID dữ liệu của IPFS có thể đảm bảo rằng nó không thể bị giả mạo, nhưng IPFS không sử dụng công nghệ chuỗi khối. Dữ liệu IPFS không có dấu thời gian khối, vì vậy không thể biết khi nào dữ liệu được tạo; đồng thời, dữ liệu sẽ bị mất sau khi đóng nút dịch vụ IPFS và không có gì đảm bảo rằng dữ liệu sẽ bị mất vĩnh viễn có thể theo dõi được.

Lớp dịch vụ

Là một phần mềm trung gian hợp nhất, lớp dịch vụ cung cấp API cho các ứng dụng, tương tự như các cụm vi dịch vụ Web2, không trạng thái và có thể mở rộng theo chiều ngang. Thông thường, lớp dịch vụ của Permaweb sẽ cung cấp các giao diện và giao thức được tiêu chuẩn hóa (tương tự như gRPC của Web2 hoặc Thrift hoàn toàn mã nguồn mở và các giao thức mở), các giao diện và giao thức này hoàn toàn là nguồn mở và mở và bất kỳ nhà cung cấp dịch vụ nào triển khai dịch vụ cũng có thể cung cấp như vậy. API theo tiêu chuẩn giao thức. Bất kỳ ứng dụng nào cũng có thể được vận hành và sử dụng trên các dịch vụ khác nhau miễn là nó được phát triển bằng các giao thức chuẩn.

Hiện tại, lớp dịch vụ của Arweave có bốn thành phần cốt lõi, cụ thể là:

• • Dịch vụ cổng: sẽ lưu trữ dữ liệu Arweave được sử dụng thường xuyên vào bộ đệm. Chẳng hạn như arweave.asia, arweave.dev, g8way.io, arweave.world, v.v.

• **Dịch vụ liên kết dữ liệu (đóng gói dữ liệu hàng loạt): **Sử dụng tiêu chuẩn Arweave ANS-104 để đóng gói một lượng lớn dữ liệu theo lô cho Arweave. Chẳng hạn như bundlr, arseeding, v.v. Dữ liệu ANS-104 cũng có thể được truy xuất bằng GraphQL.
• **Dịch vụ tuần tự hóa: **Dịch vụ hợp đồng thông minh, dịch vụ thanh toán, v.v. Chẳng hạn như Warp, everPay, v.v.
• **Dịch vụ lập chỉ mục: **Dịch vụ truy xuất Thẻ Arweave, dịch vụ lập chỉ mục toàn văn. Chẳng hạn như Adot, KNN3, goldsky, v.v.

Giao thức tiêu chuẩn hiện tại chỉ bao gồm bốn mô-đun trên và lớp dịch vụ của Permaweb có thể mở rộng hơn nữa tiêu chuẩn mới trong tương lai.

Lớp ứng dụng

Các ứng dụng Permaweb có tính năng serverless, nhà phát triển không cần triển khai bất kỳ máy chủ nào. Do lớp dịch vụ cung cấp giao diện tiêu chuẩn cho lớp ứng dụng nên các ứng dụng được phát triển theo thông số kỹ thuật có thể được mở và sử dụng trong bất kỳ lớp dịch vụ nào.

**Tương tác: **Người dùng chỉ cần tương tác với lớp dịch vụ và không cần tương tác với chuỗi khối bên dưới.

• • **Tải tài nguyên: **Cổng tiêu chuẩn hóa là tất cả tài nguyên tệp cần được tải bởi giao diện người dùng của Permaweb. Theo tiêu chuẩn Manifest, các tài nguyên tệp này sắp xếp tài nguyên trên lớp lưu trữ thành định dạng thư mục, thuận tiện cho việc tải và lắp ráp các giao thức web.

• **Ghi dữ liệu: **Việc ghi dữ liệu của Permaweb thường sử dụng tiêu chuẩn ANS-104 trên Arweave, có thể hỗ trợ ghi dữ liệu quy mô lớn. Dịch vụ gói do ANS-104 triển khai làm cho trải nghiệm viết của Permaweb hoàn toàn giống với trải nghiệm của Web2.
• **Truy vấn và lập chỉ mục dữ liệu: **Dịch vụ lập chỉ mục được tiêu chuẩn hóa cho phép Permaweb tải nội dung động. Việc thiết lập chỉ mục không cần đợi dữ liệu cuối cùng được đóng gói vào Arweave. Sau khi dữ liệu được tải lên dịch vụ gói, chỉ mục ứng dụng hiệu quả có thể được tạo trong thời gian thực, cung cấp cho người dùng khả năng truy vấn dữ liệu theo thời gian thực .

Tóm lại, Permaweb có thể đạt được trải nghiệm tương tự như Web2 về mặt tương tác.

Khả năng chống kiểm duyệt: Các giao thức và giao diện tiêu chuẩn cung cấp cho các ứng dụng khả năng chống kiểm duyệt. URL được liệt kê bên dưới là một ứng dụng Permaweb có tên sách dạy nấu ăn:

Có thể thấy rằng ứng dụng sách dạy nấu ăn có thể được truy cập bằng cách mở bất kỳ URL nào và trang web được phục vụ bởi các cổng và máy chủ khác nhau trên khắp thế giới. Nếu arweave.asia không thể truy cập được, người dùng vẫn có thể sử dụng một số URL khác để tiếp tục sử dụng ứng dụng. Ngay cả khi tất cả các cổng đều bị đóng, dữ liệu sách nấu ăn vẫn được lưu trữ trong Arweave và dữ liệu sẽ không bị mất để nhà cung cấp dịch vụ có thể khôi phục ứng dụng sách nấu ăn bất cứ lúc nào.

Sử dụng lưu trữ vĩnh viễn Arweave làm lớp lưu trữ có thể đảm bảo phân cấp dữ liệu của từng ứng dụng Permaweb; sử dụng giao thức nguồn mở, được tiêu chuẩn hóa làm lớp dịch vụ có thể tránh được rủi ro bị xem xét do các máy chủ riêng lẻ bị ngừng hoạt động vì lý do bất khả kháng. Các ứng dụng Permaweb được phân cấp và chống kiểm duyệt.

Phiên bản vi dịch vụ của SCP

Kiến trúc của Permaweb tương tự như kiến trúc của Web2 truyền thống.Về bản chất, Permaweb là một bộ kiến trúc ứng dụng microservice dựa trên lưu trữ phi tập trung.

Microservices là một mẫu kiến trúc phần mềm được sử dụng trong quá trình phát triển Web2, giúp chia một ứng dụng lớn và phức tạp thành một loạt các đơn vị dịch vụ nhỏ hơn, độc lập hơn. Mỗi microservice là một mô-đun chức năng độc lập có thể được phát triển, triển khai và chạy độc lập. Các vi dịch vụ này giao tiếp với nhau thông qua các API được xác định rõ ràng, có thể được triển khai bằng cách sử dụng các giao thức giao tiếp nhẹ như HTTP hoặc hàng đợi tin nhắn.

Kiến trúc tổng thể của Permaweb rất giống với microservice và mỗi ứng dụng Permaweb bao gồm các đơn vị dịch vụ độc lập và được tiêu chuẩn hóa. Khái niệm thiết kế tương tự mang lại cho Permaweb khả năng xây dựng các ứng dụng lớn và phức tạp.

Sự khác biệt so với các dịch vụ siêu nhỏ truyền thống là Permaweb tuân thủ SCP và là một ứng dụng dựa trên sự đồng thuận về lưu trữ. Permaweb là phiên bản kiến trúc microservice của SCP.

SCP (Mô hình đồng thuận dựa trên lưu trữ) là gì? Dựa trên mô hình đồng thuận dựa trên lưu trữ, ý tưởng cốt lõi là miễn là lưu trữ không thay đổi và các giao dịch trên có thể được theo dõi, thì ứng dụng và tính toán ở bất cứ đâu sẽ là kết quả duy nhất và có thể đạt được sự đồng thuận. Đặc điểm của SCP là dữ liệu cơ bản có thể có sự kết hợp không giới hạn. Miễn là đáp ứng các tiêu chuẩn lắp ráp dữ liệu và dữ liệu, ứng dụng có thể tạo trạng thái duy nhất từ bất kỳ lớp lưu trữ nào hoặc thậm chí tổng hợp nhiều lớp lưu trữ lại với nhau.

Khi sử dụng SCP để phát triển ứng dụng, kiến trúc ứng dụng truyền thống không yêu cầu nhiều điều chỉnh, chỉ cần thay thế DB (lớp lưu trữ) bằng bộ lưu trữ chuỗi khối không thể giả mạo và có thể theo dõi.

Lợi thế

Các ứng dụng được phát triển bằng cách sử dụng kiến trúc vi dịch vụ phi tập trung này có thể có được các đặc điểm giống nhau của chuỗi khối, bao gồm phân cấp, tính bất biến, truy xuất nguồn gốc, chống kiểm duyệt, v.v.

Giống như kiến trúc microservice truyền thống, kiến trúc này có những ưu điểm phát triển sau:

**1. Tính mô đun và khả năng bảo trì: **Các dịch vụ độc lập, mỗi dịch vụ chịu trách nhiệm về một chức năng cụ thể. Thiết kế mô-đun và tiêu chuẩn hóa này cho phép từng dịch vụ được phát triển, thử nghiệm, triển khai và bảo trì độc lập, do đó cải thiện khả năng bảo trì và tính linh hoạt của ứng dụng.

**2. Tính độc lập: **Mỗi dịch vụ có thể được phát triển và duy trì bởi các nhóm khác nhau. Nó phù hợp hơn với các đặc điểm của DAO, cho phép các tổ chức và cá nhân khác nhau cung cấp hiệu suất và tốc độ phát triển tốt nhất cho Permaweb, đồng thời cho phép các nhà phát triển chọn công cụ và ngăn xếp công nghệ phù hợp nhất. Trong hệ sinh thái Arweave, chúng ta có thể thấy rằng các nhóm khác nhau cung cấp các dịch vụ khác nhau.

**3. Khả năng mở rộng: **Các dịch vụ độc lập có thể mở rộng một số dịch vụ nhất định theo chiều ngang khi cần. Thậm chí có thể so sánh rằng mỗi dịch vụ là một phân đoạn được đề cập trong ETH 2.0, nhưng Permaweb không có giới hạn về số lượng phân đoạn và có thể mở rộng vô hạn theo chiều ngang. Ngoài ra, cùng một tiêu chuẩn giao thức cũng có thể cung cấp các dịch vụ tập dữ liệu khác nhau, chẳng hạn như một số cổng, để tối ưu hóa tốc độ truy cập của các ứng dụng cụ thể, chúng chỉ có thể lưu vào bộ đệm và xử lý dữ liệu của các ứng dụng cụ thể.

**4. Tính sẵn sàng cao: ** Với nhiều cổng có sẵn (microservice), ứng dụng sẽ không có một điểm lỗi nào và có tính khả dụng tốt hơn.

Kiến trúc này kế thừa tất cả các ưu điểm của kiến trúc microservice và phá vỡ vấn đề tam giác bất khả thi của các ứng dụng chuỗi khối. Các ứng dụng chuỗi khối truyền thống phải từ bỏ một tính năng nhất định giữa hiệu suất, bảo mật và phân cấp để đảm bảo tính toàn vẹn của hai tính năng còn lại. Theo lý thuyết SCP, do sử dụng thiết kế kiến trúc phân lớp nên sự đồng thuận sẽ được đảm bảo bởi tầng lưu trữ và giao thức chung, lúc này phân quyền không cần liên quan nhiều đến số nút mà liên quan đến số lượng nút. mức độ mở (mã nguồn mở) của giao thức. Khi chúng ta nói về sự phân cấp của Ethereum, ngoài việc xem xét số lượng nút của chúng, chúng ta cũng nên nhận ra rằng bản thân phần mềm Ethereum là một giao thức tiêu chuẩn. một mức độ đồng thuận cao.tập trung. Trong trường hợp của Ethereum, đại đa số người dùng và nhà phát triển hiện đang sử dụng các dịch vụ do infura.io cung cấp. Mặc dù infura.io là một dịch vụ tập trung, nhưng người dùng có thể triển khai giao thức Ethereum bất cứ lúc nào và sử dụng quyền truy cập tự trị vào mạng. Tương tự, microservice phi tập trung cũng có thể đáp ứng các đặc điểm trên, nhưng microservice phi tập trung không phải là một kiến trúc VM cụ thể (như EVM), mà linh hoạt hơn và gần với mô hình lý thuyết của kiến trúc truyền thống hơn, đó là sự kết hợp giữa microservice và lý thuyết SCP. Sự ra đời của thế hệ tiếp theo của kiến trúc Internet phi tập trung.

Thực hành: từ Arweave, ngoài Arweave

Hiện tại, Permaweb chỉ có bốn dịch vụ cổng, liên kết dữ liệu, tuần tự hóa và lập chỉ mục và các dịch vụ này đã hình thành các tiêu chuẩn nhất định. Vậy chính xác thì một phiên bản Permaweb trông như thế nào? Cụ thể làm thế nào để xây dựng Permaweb bằng bốn dịch vụ tiêu chuẩn?

Đăng ký ngay

Nó là một ứng dụng Permaweb (sau đây gọi là Now), là một nền tảng giao tiếp dành cho các nhà phát triển sinh thái Arweave. Chức năng chính của Now là người dùng tạo blog và người dùng có thể thích những nội dung này.

Tất cả dữ liệu của Hiện hành được lưu trữ trên Arweave và lớp lưu trữ bất biến đảm bảo tính phân quyền của Hiện hành. Khi người dùng mở Hiện hành, trước tiên, trình duyệt sẽ tải khung giao diện người dùng từ dịch vụ cổng của Arweave, như thể hiện trong hình bên dưới, khung trang chủ yếu bao gồm thành phần Tiêu đề của Hiện hành và không bao gồm dữ liệu hiển thị của ứng dụng Hiện hành .

Sau khi trình duyệt load khung ứng dụng, chúng ta có thể thấy phần hiển thị nội dung của Now sẽ hiển thị Loading tem, lúc này ứng dụng Now đang khởi tạo một GraphQL request để lấy dữ liệu của ứng dụng. Đợi vài giây để quá trình truy xuất hoàn tất và ứng dụng Hiện hành sẽ hiển thị các nhận xét và lượt thích mới nhất của người dùng (Dấu tem), như thể hiện trong hình bên dưới:

Trong trang này, khung khởi tạo và tất cả dữ liệu người dùng, cũng như tất cả các hình ảnh được trình bày trên trang được lấy thông qua cổng. Các thành phần này sẽ được tính toán và lắp ráp trong trình duyệt để tạo thành trang Hiện hành hoàn chỉnh. Cổng cung cấp khả năng tải tài nguyên tĩnh và dịch vụ chỉ mục cung cấp khả năng tải dữ liệu động.

Khi người dùng muốn thêm blog, người dùng có thể sử dụng ví của mình để tải nội dung lên Arweave. Các nội dung này sẽ được đánh dấu bằng các Thẻ cụ thể để Dịch vụ chỉ mục có thể cung cấp chức năng truy vấn GraphQL cho các nội dung này. Sau khi blog được tải lên thành công, hãy làm mới lại ứng dụng Hiện hành và nội dung mới sẽ được hiển thị trong phần hiển thị nội dung của ứng dụng.

Hình trên cho thấy quá trình viết và đọc Permaweb cơ bản. Trong các ứng dụng thực tế, cả viết và đọc Permaweb sẽ được thực hiện thông qua lớp dịch vụ.

** Mở rộng quy mô **

Ưu điểm lớn nhất của microservices là khả năng mở rộng, sẽ được kế thừa hoàn toàn từ ứng dụng Now. Chúng tôi có thể truy cập Hiện hành bằng bất kỳ cổng nào:

*/ * * *

Các cổng tương tự có thể mở rộng vô hạn, mang lại cho các ứng dụng Hiện hành hiệu suất gần như vô hạn.

Các phương pháp hay nhất của SCP

Trong kiến trúc của Permaweb, lớp dưới cùng chỉ sử dụng Arweave làm lớp lưu trữ. Nhưng các vi dịch vụ phi tập trung không nên bị giới hạn ở điều này, chúng ta nên tiếp thu sâu sắc những ưu điểm của Permaweb và kiến trúc vi dịch vụ để khám phá các phương pháp kỹ thuật tốt nhất của SCP.

Hình dưới đây là từ bài viết "Thay đổi đồng thuận, Hành trình phát triển mô hình ứng dụng chuỗi khối", mô tả kiến trúc ứng dụng chuỗi khối trong tương lai - người dùng không tương tác với chính hệ thống chuỗi khối mà tương tác với Lớp dịch vụ. Các ứng dụng chuỗi khối đã trải qua quá trình phát triển từ Hình 1 đến Hình 3, có thể đọc thêm nội dung:

Như có thể thấy từ Hình 3 ở trên, chuỗi khối mà ứng dụng dựa vào không chỉ giới hạn ở Arweave, Bitcoin và Ethereum cũng là các đối tượng chuỗi khối. ứng dụng . Tương tự như vậy, Permaweb và các vi dịch vụ phi tập trung cũng có thể được mở rộng và lớp lưu trữ không cần giới hạn Arweave. Đồng thời, Bitcoin và Ethereum cũng có thể được sử dụng làm lớp lưu trữ. Tại thời điểm này, lớp lưu trữ cũng có thể khác các loại blockchain. Một kiến trúc thực hành tốt nhất có thể được hiển thị dưới đây:

Chúng tôi sử dụng thứ tự từ dưới lên để mô tả:

• **Lớp đồng thuận: **Việc đặt tên lớp lưu trữ sau khi mở rộng Permaweb không còn phù hợp nữa. Chúng tôi đã đổi tên lớp lưu trữ ban đầu thành lớp đồng thuận. Lớp đồng thuận có thể là bất kỳ hệ thống chuỗi khối nào và các hệ thống này không thể bị giả mạo và có thể theo dõi.
• **Lớp dịch vụ: **Sự khác biệt lớn nhất giữa lớp dịch vụ và Permaweb là lớp dưới cùng của giao thức tiêu chuẩn không giới hạn ở bộ lưu trữ Arweave và các dịch vụ siêu nhỏ có thể được thiết lập cho bất kỳ hệ thống chuỗi khối nào. Lấy dịch vụ chỉ mục làm ví dụ, Nansen cung cấp khả năng truy vấn dữ liệu cho chuỗi công khai EVM hiện có và nhiều Dapp và dữ liệu giao diện người dùng có thể trực tiếp sử dụng Nansen làm nguồn dữ liệu. KNN3 cũng cung cấp khả năng lập chỉ mục tương tự, tạo lớp truy vấn quan hệ được tiêu chuẩn hóa cho dữ liệu chuỗi khối và KNN3 cũng cung cấp khả năng lập chỉ mục lưu trữ tương thích với Arweave GraphQL. Trong kiến trúc này, microservice có nhiều tiêu chuẩn hơn và khả năng tương thích lớp đồng thuận tốt hơn.
• **Lớp ứng dụng: **Không giới hạn ở các ứng dụng Permaweb, kiến trúc này có thể cung cấp hỗ trợ cho các ứng dụng phi tập trung (Web3) và ứng dụng Web2 cùng một lúc và hoàn toàn tương thích với hệ thống kiến trúc ban đầu.

Tóm tắt

Khi chúng ta nhìn lại quá trình phát triển của kỹ thuật phần mềm máy tính trong 30 năm qua và nghĩ về sự phát triển của kỹ thuật chuỗi khối trong 10 năm qua, chúng ta phải suy nghĩ xem liệu một máy ảo toàn cầu (chẳng hạn như EVM) có cộng với việc mở rộng Lớp 2 hay không? giải pháp là hệ thống phi tập trung cuối cùng.

Bài viết này không đi sâu vào tính khả thi của Layer2 hoặc công nghệ sharding, nhưng cung cấp một khả năng khác cho ứng dụng blockchain. Bài viết này lấy Permaweb của hệ sinh thái Arweave làm ví dụ, kết hợp với ý tưởng về Mô hình đồng thuận lưu trữ (SCP) và kiến trúc microservice để tổ chức lại một giải pháp khả thi về mặt kỹ thuật. Giải pháp này không chỉ có khả năng mở rộng mạnh mẽ mà còn cho phép ứng dụng có các đặc điểm của phân quyền. Quan trọng hơn, giải pháp không phải là một giấc mơ thành hiện thực, mà là một hệ thống kiến trúc đã được ứng dụng trong kỹ thuật.

Thẩm quyền giải quyết

1. Tiềm năng của Arweave là hồi sinh thư viện Alexandria chứ không phải thay thế Filecoin

2. Sự phát triển của sự đồng thuận, sự phát triển của mô hình ứng dụng chuỗi khối

3. Nấu ăn với Permaweb

4. Lưu trữ chuỗi khối ARWEAVE: Băng giấy của máy Turing, Mô hình mới của điện toán đáng tin cậy

5. Sơ lược về lịch sử phát triển của Arweave và mô hình đồng thuận lưu trữ