Web3 Pillar：去中心化存儲綜合分析_CRU

如果我們要為互聯網的去中心化鋪平道路，我們最終會關注三大支柱：共識、存儲和計算。如果人類成功地去中心化這三者，我們將完全實現互聯網的下一個迭代：Web3。

存儲是第二個支柱，它正在迅速成熟，針對特定用例出現了各種存儲解決方案。在這篇文章中，我們將仔細研究去中心化存儲支柱。

分散存儲的需求

從區塊鏈的角度來看，我們需要去中心化存儲，因為區塊鏈本身并不是為存儲大量數據而設計的。用于實現區塊鏈共識的機制依賴于少量數據以塊的形式排列并在網絡中快速共享以供節點驗證。

首先，在這些塊中存儲數據非常昂貴。在撰寫本文時，將BAYC#3368的整個圖像數據直接存儲在第1層網絡上的成本可能超過18,000美元。

其次，如果我們在這些區塊中存儲大量任意數據，網絡擁塞將嚴重增加，導致用戶通過gas競價使用網絡的價格上漲。這是區塊隱含時間價值的結果——如果用戶需要在某個時間向網絡提交交易，他們將支付更多的gas以使他們的交易成為優先事項。

因此，建議將NFT的底層元數據和圖像數據以及dApp前端存儲在鏈下。

集中式網絡調查

如果將數據存儲在區塊鏈上是如此昂貴，為什么不將其存儲在中心化網絡上的鏈下呢？

原因：中心化網絡易于審查且易變。他們要求用戶信任存儲提供商以確保他們的數據安全。無法保證中心化網絡的運營商能夠不辜負信任：因為數據可能會被有意或無意地刪除派對）。

NFT

由于一些NFT收藏品的底價超過100,000美元，而一些收藏品每kb圖像數據價值高達70,000美元，因此承諾不足以確保數據始終可用。需要更強有力的保證來確保底層NFT數據的不變性和持久性。

NFT本身實際上并不包含任何圖像數據，而是指向存儲在鏈下的元數據和圖像數據的指針。需要保護的正是這些元數據和圖像數據，如果它消失了，NFT將只是一個空的容器。

NFT的價值主要不是由它們所指的元數據和圖像數據驅動，而是由圍繞其收藏價值和生態系統的社區驅動。雖然這可能是真的，但如果沒有基礎數據，NFT就毫無意義，社區也無法形成。

除了頭像和藝術品收藏，NFT還可以代表現實世界資產的所有權。此類數據具有外在的現實世界價值，并且由于它所代表的意義，保存NFT基礎的每個數據字節至少與鏈上NFT一樣有價值。

某以太坊IC0參與者地址，將價值1.16億美元的ETH轉入Kraken:金色財經報道，鏈上分析師余燼發推稱，某個以太坊IC0參與者地址，將61,216.6枚ETH（價值1.16億美元）轉入Kraken。該地址在2015年7月30日從Ethereum創世區塊中獲得61,216.6ETH，當時61,216.6ETH價值19,038美元（IC0價格0.311美元）。時隔八年后首次移動，轉入Kraken，目前價值1.16億美元。[2023/7/19 11:03:49]

dApp

如果NFT是存在于區塊鏈上的商品，那么dApps可以被認為是存在于區塊鏈上并促進與區塊鏈交互的服務。dApp是鏈下前端用戶界面和網絡上并與區塊鏈交互的智能合約的組合。有時他們也有一個簡單的后端，可以將某些計算轉移到鏈下以減少所需的氣體，從而降低最終用戶在某些交易中的成本。

雖然dApp的價值應該在dApp的目的的背景下考慮，但dApp促成的價值量是驚人的。在過去30天內，DappRadar上的前10名dApp共促成了超過1500億美元的轉賬。

雖然dApp的核心機制是通過智能合約執行的，但最終用戶的可訪問性是通過其前端來確保的。所以，從某種意義上說，保證dApp前端的可用性，就是保證底層服務的可用性。

去中心化存儲降低了服務器故障、DNS黑客攻擊或中心化實體移除對dApp前端的訪問權限的可能性。即使dApp的開發停止，前端和通過該前端訪問智能合約也可以繼續存在。

去中心化存儲環境

比特幣和以太坊等區塊鏈的存在主要是為了促進價值轉移。當涉及到去中心化存儲網絡時，一些網絡也采用這種方法：它們使用本地區塊鏈來記錄和跟蹤存儲訂單，這代表了價值轉移以換取存儲服務。然而，這只是眾多潛在方法中的一種——存儲領域非常廣闊，多年來出現了具有不同權衡和用例的不同解決方案。

盡管存在許多差異，但上述所有項目都有一個共同點：這些網絡都沒有在所有節點上復制所有數據。在去中心化存儲網絡中，存儲數據的不變性和可用性不是通過大多數網絡存儲所有數據和驗證連續鏈接數據來實現的。盡管如前所述，許多網絡選擇使用區塊鏈來跟蹤存儲訂單。

讓去中心化存儲網絡上的所有節點存儲所有數據是不可持續的，因為運行網絡的間接成本會迅速提高用戶的存儲成本，并最終推動網絡對少數能夠負擔得起硬件更改的節點運營商更加中心化.因此，去中心化存儲網絡需要克服非常不同的挑戰。

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數據去中心化的挑戰

回顧上述對鏈上數據存儲的限制，很明顯，去中心化存儲網絡必須以不影響網絡價值轉移機制的方式存儲數據，同時確保數據保持持久、不可變和可訪問。從本質上講，去中心化存儲網絡必須能夠存儲數據、檢索數據和維護數據，同時確保網絡中的所有參與者都受到他們所做的存儲和檢索工作的激勵，同時還要保持去中心化系統的去信任。

這些挑戰可以概括為以下問題：

數據存儲格式：存儲完整文件還是文件碎片？

數據復制：跨多少個節點存儲數據？

存儲跟蹤：網絡如何知道從哪里檢索文件？

數據存儲證明：節點是否存儲要求存儲的數據？

隨時間推移的數據可用性：數據是否仍隨時間推移而存儲？

存儲價格發現：存儲成本如何確定？

持久數據冗余：如果節點離開網絡，網絡如何確保數據仍然可用？

數據傳輸：網絡帶寬是有代價的——你如何確保節點在被詢問時檢索數據？

網絡通證經濟學：除了確保網絡上的數據可用之外，網絡如何確保網絡的壽命？

作為這項研究的一部分，已探索的各種網絡采用了廣泛的機制，并通過某些權衡實現了去中心化。

數據存儲格式

在這些網絡中，在網絡上存儲數據主要有兩種方法：存儲完整文件和使用糾刪碼：Arweave和CrustNetwork存儲完整文件，而Filecoin、Sia、Storj和Swarm都使用糾刪碼。在糾刪碼中，數據被分解成固定大小的段，每個段都被擴展并用冗余數據編碼。保存到每個段中的冗余數據使得只需要段的一個子集來重建原始文件成為可能。

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數據復制

在Filecoin、Sia、Storj和Swarm中，網絡確定糾刪碼片段的數量以及要存儲在每個片段中的冗余數據的范圍。然而，Filecoin還允許用戶確定復制因子，這決定了一個糾刪碼片段應該復制多少個單獨的物理設備，作為與單個存儲礦工的存儲事務的一部分。如果用戶想用不同的存儲礦工存儲文件，那么用戶必須進行單獨的存儲事務。Crust和Arweave讓網絡決定復制，同時可以在Crust上手動設置復制因子。在Arweave上，存儲證明機制激勵節點存儲盡可能多的數據。因此，Arweave的復制上限是網絡上存儲節點的總數。

用于存儲和復制數據的方法將影響網絡檢索數據的方式。

存儲跟蹤

在數據以網絡存儲它的任何形式分布在網絡中的節點之間之后，網絡需要能夠跟蹤存儲的數據。Filecoin、Crust和Sia都使用本地區塊鏈來跟蹤存儲訂單，而存儲節點還維護本地網絡位置列表。Arweave使用類似區塊鏈的結構。與比特幣和以太坊等區塊鏈不同，在Arweave上，節點可以自行決定是否將數據存儲在塊中。因此，如果您在Arweave上比較多個節點的鏈，它們將不會完全相同——相反，某些塊會在某些節點上丟失而在其他節點上找到。

最后，Storj和Swarm使用了兩種完全不同的方法。在Storj中，稱為衛星節點的第二種類型的節點充當一組存儲節點的協調器，這些節點管理和跟蹤數據的存儲位置。在Swarm中，數據的地址直接嵌入到數據塊中。檢索數據時，網絡根據數據本身知道在哪里查找。

存儲數據的證明

在證明數據的存儲方式時，每個網絡都采用自己獨特的方法。Filecoin使用復制證明——一種專有的存儲證明機制，它首先將數據存儲在存儲節點上，然后將數據密封在一個扇區中。密封過程使得相同數據的兩個復制片段可以證明彼此是唯一的，從而確保正確數量的副本存儲在網絡上。

Crust將一段數據分解成許多小塊，這些小塊被散列到Merkle樹中。通過將存儲在物理存儲設備上的單個數據的哈希結果與預期的Merkle樹哈希進行比較，Crust可以驗證文件是否已正確存儲。這類似于Sia的方法，不同之處在于Crust將整個文件存儲在每個節點上，而Sia存儲糾刪碼片段。Crust可以將整個文件存儲在單個節點上，并且仍然通過使用節點可信執行環境(TEE)來實現隱私，這是一個即使硬件所有者也無法訪問的密封硬件組件。Crust將這種存儲證明算法稱為“有意義的工作證明”，有意義的表示僅在對存儲的數據進行更改時計算新的哈希值，從而減少了無意義的操作。

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Storj通過數據審計檢查數據是否已正確存儲。數據審計類似于Crust和Sia如何使用Merkle樹來驗證數據片段。在Storj上，一旦有足夠多的節點返回其審計結果，網絡就可以根據多數響應確定哪些節點已關閉，而不是與區塊鏈的真實來源進行比較。Storj中的這種機制是有意的，因為開發人員認為，通過區塊鏈減少網絡范圍內的協調可以提高速度和帶寬使用。

Arweave使用加密工作證明難題來確定文件是否已存儲。在這種機制中，為了讓節點能夠挖掘下一個區塊，它們需要證明他們可以訪問前一個區塊以及來自網絡區塊歷史的另一個隨機區塊。因為在Arweave中，上傳的數據直接存儲在塊中，證明訪問上一個塊就證明了存儲提供者確實正確保存了文件。

最后，Swarm上也使用了Merkle樹，不同之處在于Merkle樹不用于確定文件位置，而是將數據塊直接存儲在Merkle樹中。在swarm上存儲數據時，樹的根哈希證明文件已正確分塊和存儲。

隨時間推移的數據可用性

同樣，每個網絡在確定數據是否存儲在特定時間段內時都使用獨特的方法。在Filecoin中，為了減少網絡帶寬，存儲礦工需要在要存儲數據的時間段內不斷運行復制證明算法。每個時間段的結果哈希證明在特定時間段內存儲空間已被正確的數據占用，因此是“時空證明”。

Crust、Sia和Storj定期驗證隨機數據片段并將結果報告給它們的協調機制——Crust和Sia的區塊鏈，以及Storj的衛星節點。Arweave通過其訪問證明機制確保數據的一致可用性，該機制要求礦工不僅要證明他們可以訪問最后一個區塊，還要證明他們可以訪問隨機歷史區塊。存儲較舊和稀有的區塊是一種激勵措施，因為它增加了礦工贏得工作證明難題的可能性，這是訪問特定區塊的先決條件。

另一方面，Swarm定期運行抽獎活動，獎勵節點在一段時間內持有不太受歡迎的數據，同時還為節點承諾存儲更長時間的數據運行所有權證明算法。

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Filecoin、Sia和Crust需要節點存入抵押品才能成為存儲節點，而Swarm只需要用于長期存儲請求。Storj不需要前期抵押品，但Storj將扣留部分礦工的存儲收入。最后，所有網絡都會定期向節點支付節點可以證明存儲數據的時間段。

存儲價格發現

為了確定存儲價格，Filecoin和Sia使用存儲市場，存儲供應商設置他們的要價，存儲用戶設置他們愿意支付的價格，以及其他一些設置。然后，存儲市場將用戶與滿足其要求的存儲提供商聯系起來。Storj采用了類似的方法，主要區別在于沒有一個單一的網絡市場可以連接網絡上的所有節點。相反，每顆衛星都有自己的一組與之交互的存儲節點。

最后，Crust、Arweave和Swarm都讓協議決定了存儲的價格。Crust和Swarm允許根據用戶的文件存儲要求進行某些設置，而在Arweave上，文件始終是永久存儲的。

持久數據冗余

隨著時間的推移，節點將離開這些開放的公共網絡，當節點消失時，它們存儲的數據也會消失。因此，網絡必須在系統中主動保持一定程度的冗余。Sia和Storj通過收集片段子集、重建基礎數據、然后重新編碼文件以重新創建丟失的片段來補充丟失的糾刪碼片段來做到這一點。在Sia中，用戶必須定期登錄Sia客戶端進行分片補貨，因為只有客戶端才能區分哪些數據分片屬于哪些數據和用戶。在Storj上，Satellite負責始終在線并定期運行數據審計以補充數據片段。

Arweave的訪問證明算法確保數據始終在網絡中定期復制，而在Swarm上，數據被復制到彼此靠近的節點。在Filecoin上，如果數據隨著時間的推移而消失并且剩余的文件碎片下降到某個閾值以下，則將存儲訂單重新引入存儲市場，允許另一個存儲礦工接管該存儲訂單。最后，Crust的補貨機制目前正在開發中。

激勵數據傳輸

隨著時間的推移，在數據被安全存儲后，用戶會想要檢索數據。由于帶寬是有代價的，因此必須激勵存儲節點在需要時提供數據。Crust和Swarm使用債務和信用機制，其中每個節點跟蹤其入站和出站流量如何與其交互的其他節點進行交互。如果一個節點只接受入站流量，不接受出站流量，它將被取消優先級以供將來通信，這可能會影響其接受新存儲訂單的能力。Crust使用IFPSBitswap機制，而Swarm使用一種稱為SWAP的專有協議。在Swarm的SWAP協議上，網絡允許節點用郵票來償還債務，可以交換他們的實用代幣。

（組計費協議(SWAP)

這種對節點的慷慨跟蹤也是Arweave確保數據在請求時傳輸的方式。在Arweave中，這種機制被稱為野火，節點將優先考慮排名更高的節點，并相應地合理化帶寬使用。最后，在Filecoin、Storj和Sia上，用戶最終為帶寬付費，激勵節點在請求時交付數據。

代幣經濟學

通證經濟的設計保證了網絡的穩定性，也保證了網絡的長久存在，因為最終的數據只和網絡一樣永久存在。在下表中，我們可以找到代幣經濟學設計決策的簡要總結，以及嵌入在相應設計中的通貨膨脹和通貨緊縮機制。

哪個網絡最好？

不可能說一個網絡在客觀上比另一個網絡更好。在設計去中心化存儲網絡時，必須考慮無數的權衡。雖然Arweave非常適合永久存儲數據，但Arweave不一定適合將Web2.0行業參與者遷移到Web3.0-并非所有數據都需要永久存儲。但是，有一個強大的數據子領域確實需要持久性：NFT和dApp。

最終，設計決策是根據網絡的目的做出的。

下面是各種存儲網絡的概要概述，它們在下面定義的一組尺度上進行了比較。使用的尺度反映了這些網絡的比較維度，但應該注意的是，克服分散存儲挑戰的方法在許多情況下沒有好壞之分，而只是反映了設計決策。

存儲參數靈活性：用戶控制文件存儲參數的程度

存儲持久性：理論上文件存儲在網絡上可以持久的程度

冗余持久性：網絡通過補充或修復來保持數據冗余的能力

數據傳輸激勵：網絡確保節點慷慨傳輸數據的程度

存儲跟蹤的普遍性：節點之間對數據存儲位置的共識程度

保證數據可訪問性：網絡確保存儲過程中的單個參與者無法刪除對網絡上文件的訪問的能力

分數越高，以上各項的能力越強。

Filecoin的代幣經濟支持增加整個網絡的存儲空間，以便以不可變的方式存儲大量數據。此外，他們的存儲算法更適合不太可能隨時間發生太大變化的數據。

Crust的通證組學確保了超冗余和快速的檢索速度，使其適用于高流量的dApp和流行的NFT數據的快速檢索。

Crust在存儲持久性方面的得分較低，因為如果沒有持久冗余，它提供永久存儲的能力就會受到嚴重影響。盡管如此，可以通過手動設置極高的復制因子來實現持久性。

Sia是關于隱私的。之所以需要用戶手動恢復健康，是因為節點不知道自己存儲了哪些數據分片，這些分片屬于哪些數據。只有數據所有者才能從網絡中的分片中重建原始數據。

相比之下，Arweave就是堅持不懈。這也體現在它們的稟賦設計上，這使得存儲更加昂貴，但也使它們成為NFT存儲極具吸引力的選擇。

Storj的商業模式似乎在很大程度上影響了他們的計費和支付方式：亞馬遜AWSS3用戶更熟悉按月計費。通過移除基于區塊鏈的系統中常見的復雜支付和激勵系統，StorjLabs犧牲了一些去中心化，但顯著降低了AWS用戶關鍵目標群體的進入門檻。

Swarm的聯合曲線模型確保隨著更多數據存儲在網絡上，存儲成本保持相對較低，并且它與以太坊區塊鏈的接近性使其成為更復雜的基于以太坊的dApps競爭對手的強大主要存儲來源。

對于去中心化存儲網絡所面臨的各種挑戰，沒有單一的最佳方法。根據網絡的目的和它試圖解決的問題，它必須在網絡設計的技術和代幣經濟學之間進行權衡。網絡的目的和它試圖優化的特定用例將決定各種設計決策。

下一個字段

回到Web3基礎設施支柱，我們看到去中心化存儲空間有少數強大的參與者已經將自己定位在特定用例的市場中。這并不妨礙新網絡優化現有解決方案或捕捉新的利基市場，但它確實提出了一個問題：下一步是什么？

答案是：計算。真正去中心化互聯網的下一個前沿是去中心化計算。目前，只有少數解決方案可以將去信任、去中心化的計算解決方案推向市場，這些解決方案以在區塊鏈上執行智能合約的一小部分成本為復雜的dApp提供動力。成本計算起來更復雜。

互聯網計算機(ICP)和Holochain(HOLO)是在撰寫本文時在去中心化計算市場中具有強大地位的網絡。盡管如此，計算空間并不像共識和存儲空間那樣擁擠。因此，強大的競爭對手遲早會進入市場并相應地定位自己。Stratos(STOS)就是這樣的競爭對手之一。Stratos通過其分散的數據網格技術提供獨特的網絡設計。我們將去中心化計算，尤其是Stratos網絡的網絡設計，視為未來研究的一個領域。

本文為作者獨立觀點，本內容僅供廣大加密愛好者科普學習和交流，不構成投資意見或建議，請理性看待，樹立正確的理念，提高風險意識。

來源：金色財經

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