从存储到计算 去中心化存储复兴

作者：Leo, IOSG Ventures

概要：

• Arweave协议规划从技能上确保永久存储的完结，更适用于高价值数字财物，如NFT metadata的保存

• 数据存储之上，更需求核算。跟着智能合约和可编程性的引入，去中心化数据存储网络的展开现已进入“不只是是存储”的新阶段

• 完结存储数据冗余，Filecoin诉诸经济鼓舞手法，Arweave则凭借协议规划

• FVM为Filecoin带来存储金融，将存储空间和时刻商品化，用户能够提早锁定本钱，存储供货商也能提早回笼资金，并依据远期需求规划办理库存、硬件、运营

核算机网络展开的主流，无外乎数据核算，传输，存储三个方向。Web3展开时至今日，去中心化数据存储协议的展开有目共睹。Filecoin于2023年3月14日2,683,348 Epoch高度正式在主网发布了兼容EVM的Filecoin Virtual Machine (FVM)，将智能合约和可编程性带入Filecoin网络，去中心化数据存储协议的展开现已进入了“不只是是存储”新阶段。

去中心化数据存储协议有许多，最引人注目的唯属Filecoin和Arweave，针对FVM发布赋予Filecoin的新特性，咱们在本文中逐个进行评论。

永久存储Perpetual Storage

永久存储在Web3中有特别的意义和需求，高价值的数字财物如 NFT Metadata须要被永久保存。

Filecoin在FVM发布后，强调了永久存储（Permanent Storage）的特性。咱们了解的Filecoin永久存储是经过经济手法在理论上完结长时间保存，但在Filecoin协议规划层面没有太多改动。在Filecoin当时规划中，存储订单是在存储供货商和存储需求者之间链下撮合链上记录的，订单包含的信息有数据巨细、存储时刻、订单价格和抵押物。若想所存数据在订单所界说的存储时刻到期后被继续保存，存储需求者不得不人为手动地提交更新订单。但FVM发布后，订单能够在链上得到主动续费更新。Lighthouse是致力于完结Filecoin上永久文件存储的项目，用户只需付费一次，文件即可“永久”保存。Lighthouse经过根据智能合约的捐献池（endowment pool）来为文件继续付出存储费用。当用户创立订单并付费时，金额的一部分交给存储供货商，剩下的部分则进入捐献池。捐献池智能合约将在订单到期时主动续约并用捐献池中的金额付费，以此完结“永久存储”。这个规划的可行性在于捐献池会经过质押、farming等方式完结池内财物增值，跟着时刻流逝，增值的部分足以掩盖存储的开支。这与Arweave黄皮书中对于存储本钱的假设类似，即存储费率会不断下降，存储需求者付出金额的增值足以包含永久存储的开支。

“曩昔50年，存储费率以年均下降30.57%”。

Arweave Yellow Paper: 自1980年来，每保存1GB数据1小时的本钱（log scale）

Arweave则是在常见的区块链数据结构上引入了命名为Blockweave的规划，经过协议规划从根本上来完结数据被永久存储。Blockware中，链上的每一个区块（除了最新承认区块和正在被挖的候选区块）会和别的三个区块相连，别离为前序区块、后序区块和召回区块（recall block）。对某一高度的区块而言，召回区块能够是Blockweave中该高度区块曾经的恣意前史区块。在矿工挖新块时，召回区块的挑选是由前序区块高度和哈希随机决定的。召回区块在Arweave所选用的一致机制——随机拜访简练证明（Succinct Proof of Random Access — SPoRA）中扮演了重要的人物。在Arweave中，矿工不必保存一切前史区块（即保存一切前史区块非参加挖矿的必要条件），但矿工本地保存有被随机选中的召回区块是矿工参加候选新块挖矿的入场券。召回区块功用上类似于随机检查矿工是否保存有前史某一区块的内容，然后完结前史数据的永久存储。

Arweave的永久存储是依据协议规划从技能上来确保的，相较于Filecoin的永久存储是更robust的计划，也是Web2科技巨头Meta, Instagram和Web3使用Mirror挑选Arweave作为其NFT、内容的存储计划的首要原因。

去中心化核算Decentralized Computation

数据保存了，更重要的是使用。Filecoin和Arweave的愿景远不仅是“去中心化网盘”（可是当时大部分存储需求者只是将其用作于此），更要做兼具低本钱存储和高吞吐核算的区块链协议。数据存储之上，Web3 Dapps还需求核算。

Filecoin和IPFS在遍布世界各地的存储供货商之间分发内容寻址的（content-addressed）数据集，以添加数据的冗余性和弹性。这种去中心的数据散布，带来了本钱、可用性和可靠性的优势，但随之而来的问题是单个数据集的各部分被存储在地舆位置相距较远的各个存储供货商处。广泛而分散保存的数据集不利于在数据之上履行核算或查询索引的操作。可是将高度分散的数据重新组合到一个中心以对其进行核算是贵重、浪费、功用低下且违背去中心化存储准则的。Filecoin上EVM兼容的FVM提出了边缘核算（edge computation）结合链上协调履行核算的计划。FVM中的合约能够代理经纪核算资源、鼓舞核算履行、在可用存储供货商之间分配工作负载，并证明核算结果的有效性以取得奖励。存储供货商能够经过FVM合约注册参加去中心化核算网络。核算客户端会将核算使命发布到合约。合约界说的机制会将核算使命分配给注册参加核算网络的存储供货商，当完结核算，存储供货商将发布证明来取得酬劳。

Arweave上的去中心化核算经过SmartWeave智能合约协议完结，具有直接处理丰厚数据的才能。SmartWeave和其他区块链智能合约协议的首要区别是“Lazy Evaluation (慵懒核算)”，将智能合约履行核算的负担从网络节点转移到智能合约用户。慵懒核算的长处是清楚明了的，经过将存储和核算解耦，节点不需求保存不断增长的全局状况。智能合约能够在被使用时才由用户核算、验证最新状况，而不需求参加链上一致的每个节点都进行核算、验证。将核算下放给用户，区块链的可扩展性也得到了进步。Warp开发了一套根据SmartWeave初始版别的Warp SDK，相较于原生版别进步了功用和模块化程度，并允许不同的履行环境。

Warp近期发布了2023年路线图，开发目标包含：

1）Layer1同步器：完结Warp合约与基础Arweave层的高效同步；

2）Layer2排序器，与其将数据直接发到Arweave主网（或许等待2~3分钟区块时刻直到数据被打包进下一个新挖区块），数据买卖被导向Warp排序器，再经过Bundlr网络，买卖能够立即结算，为用户供给数据的即时拜访和近乎即时的终究确定性；

3）合约增强改进，Warp contract旨在为Web3 Dapps供给功用完全的技能仓库，以与Web2服务竞赛；

4）开发托付解析环境（Delegated Resolution Environment）和聚合节点，托付解析环境允许对高交互和/或不安全合约进行核算托付，聚合节点则供给合约状况信息的监测和洞察。

存储冗余Storage Redundancy

去中心化数据存储网络避免了单点毛病，但怎么确保各节点/各存储供货商真实有效地保存了存储需求者的上传数据？并让多个节点/存储供货商别离保存上传数据以完结存储冗余和可靠性？Filecoin和Arweave采取了不同的计划，Filecoin诉诸经济鼓舞手法，Arweave则凭借协议规划。

FVM发布亮点中介绍了Replication Worker（数据仿制工作者）, Repair Worker（数据修理工作者）。在FVM发布前，假如存储需求者希望在网络节点中备份他们的数据，以最大极限地进步数据在存储供货商呈现毛病时被保存下来的机率，需求者有必要繁琐地与供货商链下撮合N次订单，履行N次链上买卖，并密集耗费资源传输N次数据。在FVM发布后，数据仿制工作者将作为中介，仅收取少数费用来完结数据冗余，为存储需求者节省时刻和开支。仿制工作者会依据需求者所挑选的备份数量、存储地舆区域、推迟要求、价格规划等条件，主动在Filecoin网络上撮兼并生成存储订单。数据修理工作者则能够作为需求者的代理，监控存储数据是否丢失或过期，并依据需求者的设置将低于冗余阈值的数据主动仿制备份到更多存储供货商，还能够代表存储需求者更新已过期或终止的存储订单。

Arweave的存储冗余是经过协议规划天然完结的。Arweave将召回区块作为随机拜访简练证明（SPoRA）工作量算法输入的一部分，确保挖得新块的矿工确实保存有召回区块的一切数据。SPoRA一致机制鼓舞矿工在其存储空间才能规划内尽或许多地保存前史区块和Blockweave数据。但若矿工的存储才能不足以保存一切前史区块和完好Blockweave数据，矿工会优先保存被其他矿工较少保存过的区块，由于当一个被较多矿工保存了的召回区块被选中时，较多矿工会同时参加挖新块的竞赛；而当一个被较少矿工保存了的召回区块被选中时，竞赛会相对较小。又由于召回区块的挑选是高度随机的，任一召回区块被选中的几率是离散均匀散布的，因此在存储才能受限的状况下，理性矿工应该优先保存被较少保存过的区块以进步其挖得新块的几率来取得区块奖励。Arweave的协议经过精巧规划和经济鼓舞，让blockweave和一切前史区块能够在整个网络一切矿工存储才能规划的束缚下，尽或许地将任一前史区块被最大化地备份，确保了Arweave去中心存储网络的可靠性和数据冗余。

数据检索Data Retrieval

数据保存了，怎么高效、精确、快速地取回数据是另一个问题。

Filecoin中数据检索服务是一套独自的经济鼓舞体系。Retrieval Provider（检索供货商）担任为存储需求者供给对其数据的快速拜访。检索供货商专心于快速拜访数据，而不是长时间存储。大多数存储供货商同时也是检索供货商。需求者向检索供货商付费以获取数据。Filecoin生态中已有retrieval.market和Saturn Network等项目完结数据的快速检索和内容分发。

Arweave的SPoRA一致机制除了上述永久存储和存储冗余的长处，也一石三鸟地进步了数据检索和拜访速度。在晋级SPoRA之前，Arweave的可拜访证明（Proof-of-Acces — PoA）旧一致机制处理了怎么鼓舞矿工尽或许多地存储数据的问题，但并没有鼓舞矿工快速检索存储数据。事实上，在PoA时期，矿工们将存储资源归集起来做了存储池，存储池里保存前史区块。当某一召回区块被选中，存储池在被矿工请求时向矿工发送该召回区块的内容。这是不利于网络去中心化的。Arweave网络统计曾呈现了全网哈希算力增长的同时节点数量却下降的状况，直接证明了存储池的存在。为处理这个问题，也为鼓舞各个矿工在本地存储数据，Arweave将PoA晋级成了SPoRA。晋级SPoRA后，挑选不在本地存储前史区块数据的矿工向存储池（需求极多次地）请求并传输召回区块，传输数据的本钱和时刻极大添加，而在本地存储了前史区块数据的矿工能有较高的几率挖得新区快。从机制规划上杜绝了存储池的存在。而散布世界各地的矿工节点在本地存储前史区块数据，也进步了存储需求者对数据的检索和拜访速度。

存储金融Financialization

跟着FVM的发布，Filecoin上能够引入包含DeFi在内的众多Web3使用，例如质押协议、稳妥协议、存储衍生品等。Filecoin中的存储供货商需求抵押一定数量的FIL作担保才能供给存储服务，在曩昔存储供货商要么筹钱购买FIL，要么依靠链下的借贷合同借得FIL。但凭借建立在FVM上的质押协议，FIL代币持有者能够将搁置FIL存入协议中，并制定规矩和条款，恣意规划的存储供货商能够依据这些规矩和条款在链上取得FIL来筹集满意抵押数量的FIL，以展开存储服务。存储衍生品是另一个很风趣的使用场景，动态的存储开支给存储需求者和存储供货商都带来了统筹预算的应战。将存储空间和时刻商品化（commoditize），存储需求者能够提早锁定存储本钱，存储供货商也能提早回笼资金，并依据远期需求提早规划办理库存、硬件、运营和财政。

项目定位和现状

Filecoin当时全网共有3678个节点供给约19.544EiB的存储空间，而Arweave全网共有112个节点实践保存了125.62TiB的数据。从规划上看Filecoin网络更大，但Filecoin和Arweave虽同为去中心化数据存储协议，但他们有着不同的定位，不能简略地诉诸网路节点多少或规划巨细来比较。

Protocol Labs将Filecoin定位为Storage Marketplace和Incentive layer，围绕Filecoin做了完善的存储商场、检索商场、金融产品等，经过经济鼓舞规划来完结丰厚的产品功用（如永久存储、存储仿制与修补等），致力于成为最大最重要的去中心化的数据存储、分发、核算协议。Arweave最重要的定位则是永久保存数据，并根据最底层的Arweave开发智能合约协议完结对数据的核算。一切的机制规划均为这个最重要的目标服务，从前面几个特性的介绍中，不难体会到Arweave的规划是精巧而一致的。

展望

相较于以太坊生态和以太坊虚拟机的日新月异，去中心化数据存储网络的展开在曩昔几年略显平淡。在Filecoin和Arweave生态中有许多优秀的项目和创业者，可是现在Web3 Dapps的存储计划并没有大规划选用Filecoin和/或Arweave，许多Dapps依然依靠Web2存储计划。在处理存储的区块链上做核算是一个新颖的路径，不论是FVM仍是SmartWeave，都具有让开发者解锁前所未有的去中心化使用的潜力。作为开发者或用户，使用哪个去中心化存储协议并不是二选一的问题，而是应该依据使用和内容的存储需求来挑选。Filecoin和Arweave的定位虽有堆叠的当地，但更能在各自独到之处精进展开，满意继续演进的去中心化网络存储需求，完结从“去中心化网盘”到去中心化服务器的愿景。

此时快讯

【A股开盘：深证区块链50指数下跌0.31%】金色财经消息，A股开盘，上证指数报3297.18点，开盘上涨0.02%，深证成指报11878.16点，开盘下跌0.09%，深证区块链50指数报3651.58点，开盘下跌0.31%。区块链板块开盘下跌0.08%，数字货币板块开盘下跌0.07%。