Descentralização de Armazenamento: Um Longo Caminho do Conceito à Prática

A Descentralização de armazenamento foi uma das áreas mais populares da indústria de blockchain. O Filecoin, como o projeto líder da última corrida de alta, teve um valor de mercado que ultrapassou os dez bilhões de dólares. O Arweave, com o conceito de armazenamento permanente, também alcançou um valor de mercado de 3,5 bilhões de dólares. No entanto, à medida que a disponibilidade de armazenamento de dados frios foi questionada, a necessidade de armazenamento permanente também foi colocada em dúvida, e se a Descentralização de armazenamento pode realmente se concretizar é uma questão pendente.

Recentemente, o surgimento da Walrus trouxe nova vitalidade para o setor de armazenamento que estava adormecido há muito tempo. O projeto Shelby, lançado em colaboração entre a Aptos e a Jump Crypto, tenta fazer avanços na área de armazenamento de dados quentes. Assim, será que a Descentralização do armazenamento pode voltar com força, oferecendo soluções para uma ampla gama de cenários de aplicação? Ou será apenas mais uma rodada de especulação de conceitos? Este artigo analisará as trajetórias de desenvolvimento dos quatro projetos: Filecoin, Arweave, Walrus e Shelby, explorando a evolução da narrativa sobre o armazenamento descentralizado e tentando responder à seguinte pergunta: quão longe está o caminho para a popularização do armazenamento descentralizado?

Filecoin: o armazenamento é apenas uma aparência, a mineração é a essência

Filecoin é uma das criptomoedas alternativas que surgiram precocemente, e sua direção de desenvolvimento naturalmente gira em torno da Descentralização. Esta é uma característica comum das criptomoedas iniciais - buscar o significado da Descentralização em vários campos tradicionais. Filecoin não é exceção, pois relaciona o armazenamento com a Descentralização, apontando os problemas de confiança dos provedores de serviços de armazenamento de dados centralizados. Assim, o objetivo do Filecoin é mudar o armazenamento centralizado para armazenamento descentralizado. No entanto, certos aspectos sacrificados no processo de alcançar a Descentralização tornaram-se, precisamente, os pontos problemáticos que projetos posteriores como Arweave ou Walrus tentaram resolver. Para entender por que o Filecoin é, na verdade, apenas uma moeda de mineração, é necessário compreender as limitações objetivas da sua tecnologia subjacente, IPFS, que não é adequada para lidar com dados quentes.

IPFS: Descentralização 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 de conteúdo. A maior desvantagem do IPFS é a sua velocidade de obtenção extremamente lenta. Em uma época em que provedores de serviços de dados tradicionais conseguem alcançar tempos de resposta na ordem de milissegundos, o IPFS ainda leva dezenas de segundos para obter um arquivo, o que dificulta sua promoção em aplicações práticas e explica por que, além de alguns projetos de blockchain, raramente é adotado por setores tradicionais.

O protocolo P2P subjacente do IPFS é principalmente adequado para "dados frios", ou seja, conteúdos estáticos que não mudam com frequência, como vídeos, imagens e documentos. No entanto, ao lidar com dados quentes, como páginas da web dinâmicas, jogos online ou aplicações de inteligência artificial, o protocolo P2P não apresenta vantagens claras em relação ao CDN tradicional.

Embora o IPFS em si não seja uma blockchain, o conceito de design baseado em um grafo acíclico direcionado )DAG( que ele adota está altamente alinhado com muitas blockchains públicas e protocolos Web3, tornando-o naturalmente adequado como uma estrutura de construção subjacente para blockchain. Portanto, mesmo que não tenha valor prático, como uma estrutura subjacente que suporta a narrativa da blockchain, já é suficiente; projetos iniciais apenas precisavam de uma estrutura funcional para começar a explorar o vasto universo. No entanto, quando o Filecoin alcançou um certo estágio de desenvolvimento, as limitações trazidas pelo IPFS começaram a obstruir seu progresso.

) Lógica das moedas mineradas sob o armazenamento

O design do IPFS foi concebido para permitir que os usuários, ao armazenar dados, também possam fazer parte de uma rede de armazenamento. No entanto, sem incentivos econômicos, é difícil para os usuários utilizarem voluntariamente este sistema, quanto mais tornarem-se nós de armazenamento ativos. Isso significa que a maioria dos usuários apenas armazenará arquivos no IPFS, mas não contribuirá com seu espaço de armazenamento, nem armazenará os arquivos de outros. É neste contexto que o Filecoin surgiu.

No modelo econômico do token do Filecoin, existem três papéis principais: os usuários são responsáveis por pagar taxas para armazenar dados; os mineradores de armazenamento recebem incentivos em tokens por armazenar os dados dos usuários; os mineradores de recuperação fornecem dados quando os usuários precisam e recebem incentivos.

Este modelo apresenta um espaço potencial para ações maliciosas. Os mineradores de armazenamento podem, após fornecer espaço de armazenamento, preencher com dados inúteis para obter recompensas. Como esses dados inúteis não serão recuperados, mesmo que sejam perdidos, não ativarão o mecanismo de penalização dos mineradores de armazenamento. Isso permite que os mineradores de armazenamento apaguem os dados inúteis e repitam esse processo. O consenso de prova de replicação do Filecoin só pode garantir que os dados do usuário não foram excluídos sem autorização, mas não pode impedir que os mineradores preencham com dados inúteis.

A operação do Filecoin depende em grande parte do investimento contínuo dos mineradores na economia do token, e não da verdadeira demanda dos usuários finais por armazenamento distribuído. Embora o projeto continue a iterar, nesta fase, a construção do ecossistema do Filecoin se alinha mais à definição de um projeto de armazenamento "baseado em mineração" do que a um "impulsionado por aplicações".

Arweave: Nasce do long-termismo, perde para o long-termismo

Se o objetivo de design do Filecoin é construir uma "nuvem de dados" descentralizada, incentivada e provada, então o Arweave segue em uma direção extrema no armazenamento: proporcionando a capacidade de armazenamento permanente para os dados. O Arweave não tenta construir uma plataforma de computação distribuída; todo o seu sistema gira em torno de uma hipótese central - dados importantes devem ser armazenados uma única vez e permanecer para sempre na rede. Este extremismo de longo prazo faz com que o Arweave, desde os mecanismos até o modelo de incentivos, passando pelas exigências de hardware até a narrativa, seja radicalmente diferente do Filecoin.

Arweave usa o Bitcoin como objeto de estudo, tentando otimizar continuamente sua rede de armazenamento permanente ao longo de longos períodos medidos em anos. Arweave não se importa com marketing, nem com concorrentes e as tendências do mercado. Ele apenas avança no caminho da iteração da arquitetura da rede, mesmo que ninguém se importe, pois essa é a essência da equipe de desenvolvimento da Arweave: o longo prazo. Graças ao longo prazo, a Arweave foi amplamente aclamada durante o último mercado em alta; e também por causa do longo prazo, mesmo que caia ao fundo do poço, a Arweave ainda pode resistir a vários ciclos de alta e baixa. Mas será que o armazenamento descentralizado do futuro terá um lugar para a Arweave? O valor da existência do armazenamento permanente só pode ser comprovado pelo tempo.

A mainnet do Arweave, desde a versão 1.5 até à recente versão 2.9, embora tenha perdido o calor da discussão no mercado, tem-se esforçado para permitir que um maior número de mineradores participe na rede com o mínimo custo possível e incentivar os mineradores a armazenar dados ao máximo, aumentando continuamente a robustez de toda a rede. O Arweave está ciente de que não se alinha com as preferências do mercado, por isso adotou uma abordagem conservadora, não abraçando a comunidade mineradora, com o ecossistema completamente estagnado, atualizando a mainnet com o mínimo custo e, sem comprometer a segurança da rede, continuando a reduzir a barreira de hardware.

Revisão do caminho de atualização de 1.5-2.9

A versão 1.5 do Arweave expôs uma vulnerabilidade que permitia aos mineradores otimizar a probabilidade de mineração usando empilhamento de GPU em vez de armazenamento real. Para conter essa tendência, a versão 1.7 introduziu o algoritmo RandomX, limitando o uso de poder computacional especializado e exigindo a participação de CPUs genéricas na mineração, assim enfraquecendo a centralização do poder computacional.

Na versão 2.0, Arweave adotou SPoA, transformando a prova de dados em um caminho simplificado na estrutura de árvore de Merkle, e introduziu transações de formato 2 para reduzir a carga de sincronização. Esta arquitetura aliviou a pressão sobre a largura de banda da rede, aumentando significativamente a capacidade de colaboração dos nós. No entanto, alguns mineradores ainda podem evitar a responsabilidade real pela posse de dados 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 à hash, fazendo com que os mineradores precisem realmente possuir blocos de dados para participar da validação efetiva de blocos, enfraquecendo assim o efeito de acumulação de poder de computação. Como resultado, os mineradores começaram a se preocupar com a velocidade de acesso ao armazenamento, impulsionando a aplicação de SSDs e dispositivos de leitura e gravação em alta velocidade. A versão 2.6 introduziu uma cadeia de hash para controlar o ritmo da validação de blocos, equilibrando os benefícios marginais dos dispositivos de alto desempenho e proporcionando um espaço justo de participação para mineradores de pequeno e médio porte.

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

De uma forma geral, o caminho de atualização do Arweave apresenta claramente sua estratégia de longo prazo orientada para o armazenamento: ao mesmo tempo em que resiste continuamente à tendência de concentração de poder computacional, reduz constantemente a barreira de entrada, garantindo a viabilidade da operação do protocolo a longo prazo.

Walrus: Abraçar dados quentes é especulação ou contém segredos?

A abordagem de design do Walrus é completamente diferente da do Filecoin e do Arweave. O ponto de partida do Filecoin é construir 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 na cadeia que possa armazenar dados permanentemente, com o custo de ter poucos cenários; o ponto de partida do Walrus é otimizar o protocolo de armazenamento de dados quentes.

Modificação mágica de código de correção: inovação de custo ou novo vinho em garrafa velha?

Na concepção dos custos de armazenamento, a Walrus acredita que as despesas de armazenamento do Filecoin e do Arweave são irracionais, pois ambos adotam uma arquitetura de replicação completa, cuja principal vantagem é que cada nó possui uma cópia completa, conferindo uma forte capacidade de tolerância a falhas e independência entre os nós. Esse tipo de arquitetura garante que, mesmo que parte dos nós esteja 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 aumenta os custos de armazenamento. Especialmente no design do Arweave, o próprio mecanismo de consenso incentiva o armazenamento redundante dos nós, para aumentar a segurança dos dados. Em comparação, o Filecoin é mais flexível no controle de custos, mas o preço a pagar é que parte do armazenamento de baixo custo pode ter um risco maior de perda de dados. A Walrus tenta encontrar um equilíbrio entre os dois, seu mecanismo controla os custos de replicação ao mesmo tempo que aumenta a disponibilidade através de uma abordagem de redundância estruturada, estabelecendo assim um novo caminho de compromisso entre a disponibilidade de dados e a eficiência de custos.

A Redstuff criado pelo Walrus é a tecnologia chave para reduzir a redundância dos nós, originando-se da codificação Reed-Solomon###RS(. A codificação RS é um algoritmo de código de correção de erros muito tradicional, e o código de correção de erros é uma técnica que permite duplicar um conjunto de dados através da adição de fragmentos redundantes)erasure code(, podendo ser utilizada para reconstruir os dados originais. Desde CD-ROMs até comunicações por satélite e códigos QR, é frequentemente utilizada na vida cotidiana.

Códigos de correção de erros permitem que os usuários obtenham um bloco, por exemplo, de 1MB, e o "ampliem" para 2MB, onde o adicional de 1MB é chamado de dados especiais de correção de erros. Se qualquer byte no bloco for perdido, o usuário pode facilmente recuperar esses bytes através do código. Mesmo que até 1MB do bloco seja perdido, você ainda pode recuperar o bloco inteiro. A mesma técnica pode permitir que os computadores leiam todos os dados em um CD-ROM, mesmo que esteja danificado.

Atualmente, o mais utilizado é o código RS. A forma de implementação é, a partir de k blocos de informação, construir um polinómio relacionado e avaliá-lo em diferentes coordenadas x para obter os blocos codificados. Usando códigos de correção RS, a probabilidade de perda aleatória de grandes blocos de dados é muito baixa.

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 sejam perdidos, é possível reconstituir rapidamente os blocos de dados originais usando fragmentos parciais. Isso se torna possível mantendo o fator de replicação apenas entre 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 a consistência matemática rigorosa, mas faz um compromisso realista em relação à distribuição de dados, verificação de armazenamento e custo computacional. Esse modelo abandona o mecanismo de decodificação instantânea exigido pelo agendamento centralizado, optando por verificar através de Proof na blockchain se os nós possuem cópias específicas dos dados, 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 estão sujeitas a restrições rigorosas, o limiar de recuperação é f+1, e é necessária a assinatura de 2f+1 como endosse de disponibilidade; as fatias secundárias são através de