分散化ストレージの発展の歴史と未来の展望

ストレージはかつてブロックチェーン業界の人気のある分野の一つでした。Filecoinは前回のブルマーケットのリーダープロジェクトとして、一時的に時価総額が100億ドルを超えました。Arweaveは永久ストレージを主打ちし、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実用性が疑問視されるにつれて、分散化ストレージの将来も疑問符がつけられています。

最近Walrusの登場は、長い間静まり返っていたストレージの物語に新たな注目をもたらしました。そしてAptosとJump Cryptoが共同で立ち上げた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へと引き上げようとしています。さて、分散化ストレージは再び盛り上がり、広く利用されるインフラストラクチャーとなることができるのでしょうか？それとも単なる一時的なブームに過ぎないのでしょうか？本記事ではFilecoin、Arweave、Walrus、Shelbyの4つのプロジェクトの発展の道筋を出発点として、分散化ストレージの物語の進化過程を分析し、その将来の発展方向を探ります。

! 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:ストレージは表面的なものであり、マイニングこそが本質である

Filecoinは初期に登場した暗号通貨プロジェクトの一つで、その発展方向は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、様々な伝統的分野で分散化の意義を探求しています。Filecoinはストレージと分散化を組み合わせ、中央集権的なデータストレージには信頼リスクが存在すると主張しています。しかし、分散化を実現するために行ったいくつかの妥協が、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っています。

Filecoinが実質的に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がホットデータストレージに適していない客観的制限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、伝送ボトルネックに制約されています

IPFS(インターシステムファイルシステム)は2015年頃に登場し、コンテンツアドレッシングによって従来のHTTPプロトコルを覆すことを目的としています。しかし、IPFSの最大の問題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レベル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には依然として十数秒かかるため、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を説明しています。

IPFSの基盤となるP2Pプロトコルは、主に"コールドデータ" - 変動が少ない静的コンテンツ（動画、画像、文書など）に適しています。しかし、動的ウェブページ、オンラインゲーム、またはAIアプリケーションなどのホットデータを処理する際には、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、その採用する有向非巡回グラフ(DAG)の設計理念は多くの公的チェーンやWeb3プロトコルと高度に一致しており、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、実用的な価値が欠けていても、ブロックチェーンの物語を支える基盤フレームワークとしては十分です。初期の模倣プロジェクトは、機能するフレームワークさえあれば壮大なビジョンを始めることができましたが、Filecoinが一定の段階に達したとき、IPFSによってもたらされる限界がそのさらなる発展を妨げ始めました。

ストレージの外衣の下のマイニングコインのロジック

IPFSの設計の主旨は、ユーザーがデータを保存するだけでなく、保存ネットワークの一部としても機能することです。しかし、経済的インセンティブがない場合、ユーザーが自発的にこのシステムを利用するのは難しく、活発なストレージノードになることは言うまでもありません。これは、ほとんど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したり、他の人のファイルを保存したりしないことを意味します。このような背景の中で、Filecoinが登場しました。

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報酬を獲得します; 検索マイナーはユーザーが必要なときにデータを提供し、報酬を得ます。

このモデルには潜在的な悪用の余地が存在します。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に、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の罰金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、ユーザーデータが無断で削除されていないことを確認することしかできませんが、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の運営は、エンドユーザーによる分散化ストレージの真の需要に基づくのではなく、マイナーによるトークン経済への継続的な投資に大きく依存しています。プロジェクトは依然として継続的にイテレーションを行っていますが、現段階では、Filecoinのエコシステム構築は「マイナーコインの論理」により適しており、「アプリケーション駆動型」のストレージプロジェクトの定義には当てはまりません。

アーウィーブ:長期主義から生まれ、長期主義に敗北

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、Arweaveはストレージの別の方向に極端に進んでいる: データに永久的な保存能力を提供すること。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な仮定に基づいて展開されています - 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す。この極端な長期主義により、Arweaveはメカニズムからインセンティブモデル、ハードウェアの要件から物語の視点に至るまで、Filecoinとは大きく異なっています。

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続ストレージネットワークを最適化し続けようとしています。Arweaveはマーケティングにも競合他社や市場の動向にも関心がありません。ただネットワークアーキテクチャのイテレーションの道を歩み続けており、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開発チームの本質だからです: 長期主義。長期主義のおかげで、Arweaveは前回のブルマーケットで熱狂的に支持されました。また、長期主義のために、たとえ底に落ちても、Arweaveは数回のブルとベアを乗り越えることができるかもしれません。ただ、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？永続ストレージの存在価値は時間によってのみ証明されることができます。

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、市場での議論の熱が失われているにもかかわらず、より広範囲の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、マイナーがデータを最大限に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ています。Arweaveは市場の好みに合わないことを深く理解しており、保守的なアプローチを取り、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ています。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絶えず下げています。

1.5-2.9のアップグレードの道のりの振り返り

Arweave 1.5バージョンでは、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の確率を最適化する脆弱性が明らかになりました。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、一般的なCPUがマイニングに参加することが求められることで、計算能力の分散化が進められます。

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トランザクション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帯域幅の圧力を緩和し、ノードの協調能力を大幅に向上させました。しかし、一部のマイナーは依然として集中型の高速ストレージプール戦略を通じて、実際のデータ保持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はSPoRAメカニズムを導入し、グローバルインデックスと遅延ハッシュランダムアクセスを取り入れ、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るようにし、メカニズム的に計算能力のスタッキング効果を弱めました。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および高速読み書きデバイスの利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り、中小マイナーに公平な参加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の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、大容量の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形式を使用して新しいパッケージプロセスを導入し、大幅に効率を向上させ、計算依存を低減し、データ指向のマイニングモデルのクローズドループを完成させます。

全体的に見て、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：算力集中の傾向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、それとも深い意味があるのか?

Walrusの設計思想は、FilecoinやArweaveとは完全に異なります。Filecoinの出発点は、分散化可能な検証可能なストレージシステムを構築することであり、その代償として冷データストレージがあります；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、その代償としてシーンが少なすぎます；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に旧酒?

ストレージコスト設計の観点から、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2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、強力な耐障害性とノード間の独立性を備えていることです。この種のアーキテクチャは、一部の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維持できることを保証します。しかし、これはシステムがロバスト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も意味します。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ます。それに対して、Filecoinはコスト管理においてより柔軟性がありますが、その代償として一部の低コストストレージはデータ損失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見つけようとしており、そのメカニズムは複製コストを管理しながら、構造化された冗長性を通じて可用性を強化し、データの可用性とコスト効率の間に新たな妥協点を築くことを目指しています。

Walrusが独自に開発したRedstuffは、ノードの冗長性を低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、エラーハンドリングコードは冗長なフラグメント(erasure code)を追加することによって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されます。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。

エラー訂正符号は、ユーザーが1MBのブロックを取得し、それを2MBに"拡張"することを可能にします。この追加の1MBは、エラー訂正コード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簡単にそれらのバイトを復元できます。最大1MBのブロックが失われた場合でも、全体のブロックを復元できます。同じ技術は、損傷を受けたCD-ROMのすべてのデータをコンピュータが読み取ることを可能にします。

現在最も一般的に使用されているのはRS符号です。実現方法は、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します。RS誤り訂正符号を使用すると、ランダムにサンプリングされた大きなデータの損失の可能性は非常に小さいです。

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つのチェックブロックに分け、合計10部となります。いずれか6部を保持するだけで、元のデータを完全に復元できます。

利点：フォールトトレランスが強く、CD/DVD、障害耐性ハードディスクアレイ(RAID)、およびクラウドストレージシステム(（Azure Storage、Facebook F4)）に広く使用されています。

欠点: デコード計算が複雑で、オーバーヘッドが高い; 頻繁に変動するデータシナリオには適していない。したがって、通常はチェーン外の分散化環境でのデータ回復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ています。

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によって、Walrusは非構造化データブロックを小さな分片に迅速かつ堅牢にエンコードでき、これらの分片はストレージノードネットワークに分散保存されます。3分の2までの分片が失われても、一部の分片を使用して元のデータブロックを迅速に再構築することができます。これは、複製係数を4倍から5倍に保つことが可能になります。

したがって、Walrusを分散化シーンを中心に再設計された軽量冗長性と回復プロトコルとして定義することは合理的です。従来のエラー訂正コード(であるReed-Solomon)と比較して、RedStuffは厳密な数学的一貫性を追求するのではなく、データ分布、ストレージ検証、および計算コストに対して現実的なトレードオフを行っています。このモデルは集中型スケジューリングを放棄しました。