Phi tập trung lưu trữ的发展历程与未来展望

Lưu trữ từng là một trong những lĩnh vực hot của ngành công nghiệp blockchain. Filecoin, như một dự án hàng đầu trong đợt tăng giá trước đó, đã có thời điểm vốn hóa thị trường vượt qua 10 tỷ USD. Arweave tập trung vào lưu trữ vĩnh viễn, với vốn hóa thị trường cao nhất đạt 3,5 tỷ USD. Nhưng khi tính thực tiễn của lưu trữ dữ liệu lạnh bị nghi ngờ, triển vọng của Phi tập trung lưu trữ cũng bị đánh dấu là một dấu hỏi.

Gần đây, sự xuất hiện của Walrus đã mang lại sự chú ý mới cho câu chuyện lưu trữ đã im ắng từ lâu. Dự án Shelby được Aptos và Jump Crypto hợp tác ra mắt đang cố gắng đưa lưu trữ phi tập trung vào lĩnh vực dữ liệu nóng lên một tầm cao mới. Vậy, liệu lưu trữ phi tập trung có thể quay lại và trở thành cơ sở hạ tầng được ứng dụng rộng rãi? Hay chỉ đơn giản là một đợt thổi phồng khác? Bài viết này sẽ xuất phát từ lộ trình phát triển của bốn dự án Filecoin, Arweave, Walrus và Shelby, phân tích quá trình tiến hóa của câu chuyện lưu trữ phi tập trung, và khám phá hướng phát triển tương lai của nó.

Filecoin: Lưu trữ chỉ là bề ngoài, khai thác mới là bản chất

Filecoin là một trong những dự án tiền điện tử ra đời sớm, với hướng phát triển xoay quanh Phi tập trung. Đây là đặc trưng chung của các dự án tiền điện tử sớm - tìm kiếm ý nghĩa của Phi tập trung trong các lĩnh vực truyền thống. Filecoin cố gắng kết hợp lưu trữ với Phi tập trung, đưa ra quan điểm rằng lưu trữ dữ liệu trung tâm tồn tại rủi ro về niềm tin. Tuy nhiên, một số sự hy sinh được thực hiện để đạt được Phi tập trung lại trở thành điểm đau mà các dự án như Arweave hoặc Walrus sau này cố gắng giải quyết.

Để hiểu tại sao Filecoin thực chất chỉ là một đồng tiền khai thác, cần phải hiểu những hạn chế khách quan của công nghệ nền tảng IPFS không phù hợp với việc lưu trữ dữ liệu nóng.

IPFS:Phi tập trung kiến trúc, nhưng bị hạn chế bởi nút thắt truyền tải

IPFS( Hệ thống tệp vũ trụ) đã ra mắt vào khoảng năm 2015, nhằm mục đích lật đổ giao thức HTTP truyền thống thông qua định địa chỉ nội dung. Nhưng vấn đề lớn nhất của IPFS là tốc độ truy xuất cực kỳ chậm. Trong thời đại mà các nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu truyền thống có thể đạt được phản hồi trong mili giây, việc lấy một tệp từ IPFS vẫn cần hàng chục giây, điều này làm cho nó khó có thể được triển khai trong thực tế, và cũng giải thích tại sao, ngoài một số dự án blockchain, nó hiếm khi được các ngành công nghiệp truyền thống áp dụng.

Giao thức P2P cơ sở của IPFS chủ yếu phù hợp với "dữ liệu lạnh" - nội dung tĩnh không thường xuyên thay đổi như video, hình ảnh và tài liệu. Nhưng khi xử lý dữ liệu nóng, như trang web động, trò chơi trực tuyến hoặc ứng dụng AI, giao thức P2P không có lợi thế rõ rệt so với CDN truyền thống.

Mặc dù IPFS bản thân nó không phải là blockchain, nhưng khái niệm thiết kế đồ thị có hướng không chu trình (DAG) mà nó áp dụng rất phù hợp với nhiều chuỗi công khai và giao thức Web3, khiến nó trở thành nền tảng xây dựng dưới blockchain. Do đó, ngay cả khi thiếu giá trị thực tiễn, nó đã đủ để trở thành nền tảng cho câu chuyện blockchain. Các dự án giả mạo sớm chỉ cần một khung có thể hoạt động để mở ra tầm nhìn lớn, nhưng khi Filecoin phát triển đến một giai đoạn nhất định, những hạn chế mà IPFS mang lại bắt đầu cản trở sự phát triển tiếp theo của nó.

Logic đồng xu dưới lớp lưu trữ

Thiết kế ban đầu của IPFS là để người dùng có thể lưu trữ dữ liệu trong khi cũng trở thành một phần của mạng lưu trữ. Tuy nhiên, trong điều kiện không có động lực kinh tế, người dùng rất khó tự nguyện sử dụng hệ thống này, chưa nói đến việc trở thành các nút lưu trữ tích cực. Điều này có nghĩa là hầu hết người dùng chỉ lưu trữ tệp trên IPFS mà không đóng góp không gian lưu trữ của riêng họ, cũng như không lưu trữ tệp của người khác. Chính trong bối cảnh như vậy, Filecoin ra đời.

Trong mô hình kinh tế token của Filecoin có ba vai trò chính: Người dùng chịu trách nhiệm thanh toán phí để lưu trữ dữ liệu; Thợ mỏ lưu trữ nhận được phần thưởng token vì đã lưu trữ dữ liệu của người dùng; Thợ mỏ truy xuất cung cấp dữ liệu khi người dùng cần và nhận được phần thưởng.

Mô hình này tồn tại không gian tiềm ẩn cho hành vi xấu. Các thợ khai thác lưu trữ có thể chèn dữ liệu rác để nhận thưởng sau khi cung cấp không gian lưu trữ. Do những dữ liệu rác này sẽ không được truy xuất, nên ngay cả khi mất đi cũng sẽ không kích hoạt cơ chế phạt đối với thợ khai thác lưu trữ. Điều này cho phép các thợ khai thác lưu trữ có thể xóa dữ liệu rác và lặp lại quá trình này. Consen sự chứng nhận sao chép của Filecoin chỉ có thể đảm bảo rằng dữ liệu của người dùng không bị xóa một cách trái phép, nhưng không thể ngăn chặn các thợ khai thác chèn dữ liệu rác.

Việc vận hành của Filecoin phần lớn phụ thuộc vào sự đầu tư liên tục của các thợ mỏ vào nền kinh tế token, thay vì dựa trên nhu cầu thực sự của người dùng cuối đối với lưu trữ phân tán. Mặc dù dự án vẫn đang tiếp tục phát triển, nhưng ở giai đoạn hiện tại, việc xây dựng hệ sinh thái của Filecoin phù hợp hơn với định nghĩa "logic thợ mỏ" hơn là "ứng dụng thúc đẩy" cho các dự án lưu trữ.

Arweave: Thành công nhờ chủ nghĩa dài hạn, thất bại cũng vì chủ nghĩa dài hạn

Nếu nói rằng mục tiêu thiết kế của Filecoin là xây dựng một "đám mây dữ liệu" phi tập trung có thể kích thích và chứng minh, thì Arweave lại đi theo một hướng cực đoan khác trong lưu trữ: cung cấp khả năng lưu trữ vĩnh viễn cho dữ liệu. Arweave không cố gắng xây dựng một nền tảng tính toán phân tán, mà toàn bộ hệ thống của nó xoay quanh một giả định cốt lõi - dữ liệu quan trọng nên được lưu trữ một lần và mãi mãi tồn tại trên mạng. Chủ nghĩa dài hạn cực đoan này khiến Arweave khác biệt hoàn toàn với Filecoin, từ cơ chế, mô hình khuyến khích, cho đến yêu cầu phần cứng và cách kể chuyện.

Arweave lấy Bitcoin làm đối tượng học tập, cố gắng tối ưu hóa mạng lưu trữ vĩnh viễn của mình trong những chu kỳ dài tính bằng năm. Arweave không quan tâm đến tiếp thị, cũng không quan tâm đến đối thủ cạnh tranh và xu hướng phát triển của thị trường. Nó chỉ đang tiếp tục tiến lên trên con đường lặp đi lặp lại cấu trúc mạng, ngay cả khi không ai quan tâm cũng không bận tâm, vì đó chính là bản chất của đội ngũ phát triển Arweave: chủ nghĩa dài hạn. Nhờ vào chủ nghĩa dài hạn, Arweave đã nhận được sự ủng hộ nồng nhiệt trong mùa tăng giá trước; cũng chính vì chủ nghĩa dài hạn, ngay cả khi rơi vào đáy, Arweave vẫn có thể vượt qua vài vòng tăng giảm. Chỉ là liệu trong tương lai, lưu trữ Phi tập trung có còn chỗ đứng cho Arweave không? Giá trị tồn tại của lưu trữ vĩnh viễn chỉ có thể được chứng minh qua thời gian.

Mạng chính Arweave từ phiên bản 1.5 đến phiên bản gần nhất 2.9, mặc dù đã mất đi độ nóng thảo luận trên thị trường, nhưng vẫn đang nỗ lực để cho nhiều thợ mỏ tham gia vào mạng với chi phí tối thiểu, và khuyến khích thợ mỏ tối đa hóa việc lưu trữ dữ liệu, làm cho độ bền vững của toàn mạng ngày càng được nâng cao. Arweave hiểu rõ rằng mình không phù hợp với sở thích của thị trường, đã chọn con đường bảo thủ, không ôm ấp cộng đồng thợ mỏ, hệ sinh thái hoàn toàn đình trệ, nâng cấp mạng chính với chi phí tối thiểu, trong khi vẫn đảm bảo an ninh mạng, liên tục giảm bớt rào cản phần cứng.

Tổng quan về con đường nâng cấp từ 1.5-2.9

Phiên bản Arweave 1.5 đã tiết lộ một lỗ hổng cho phép thợ mỏ dựa vào việc xếp chồng GPU thay vì lưu trữ thực tế để tối ưu hóa xác suất tạo khối. Để kiềm chế xu hướng này, phiên bản 1.7 đã giới thiệu thuật toán RandomX, hạn chế việc sử dụng sức mạnh tính toán chuyên dụng, mà thay vào đó yêu cầu CPU đa năng tham gia vào việc khai thác, từ đó làm suy yếu sự tập trung sức mạnh tính toán.

Trong phiên bản 2.0, Arweave áp dụng SPoA, chuyển đổi chứng minh dữ liệu thành cấu trúc đường dẫn Merkle tree đơn giản, và giới thiệu giao dịch định dạng 2 để giảm tải đồng bộ. Kiến trúc này làm giảm áp lực băng thông mạng, giúp khả năng hợp tác của các nút được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, một số thợ mỏ vẫn có thể tránh trách nhiệm nắm giữ dữ liệu thực tế thông qua chiến lược hồ chứa lưu trữ tốc độ cao tập trung.

Để khắc phục sự thiên lệch này, 2.4 đã giới thiệu cơ chế SPoRA, đưa ra chỉ mục toàn cầu và truy cập ngẫu nhiên chậm vào hàm băm, buộc các thợ mỏ phải thực sự sở hữu các khối dữ liệu để tham gia vào việc tạo khối hiệu quả, từ đó giảm bớt hiệu ứng tích lũy sức mạnh tính toán. Kết quả là, các thợ mỏ bắt đầu chú trọng đến tốc độ truy cập lưu trữ, thúc đẩy việc ứng dụng SSD và thiết bị đọc ghi tốc độ cao. 2.6 đã giới thiệu chuỗi băm để kiểm soát nhịp độ tạo khối, cân bằng lợi ích biên của thiết bị hiệu suất cao, cung cấp không gian tham gia công bằng cho các thợ mỏ vừa và nhỏ.

Các phiên bản tiếp theo tăng cường khả năng hợp tác mạng và sự đa dạng lưu trữ: 2.7 tăng cường khai thác hợp tác và cơ chế bể khai thác, nâng cao năng lực cạnh tranh của các thợ mỏ nhỏ; 2.8 ra mắt cơ chế đóng gói tổng hợp, cho phép các thiết bị dung lượng lớn và tốc độ thấp tham gia linh hoạt; 2.9 thì với định dạng replica_2_9 giới thiệu quy trình đóng gói mới, nâng cao hiệu suất đáng kể và giảm thiểu sự phụ thuộc vào tính toán, hoàn thành mô hình khai thác hướng dữ liệu theo chu trình.

Nhìn chung, lộ trình nâng cấp của Arweave rõ ràng thể hiện chiến lược dài hạn hướng đến lưu trữ: trong khi liên tục chống lại xu hướng tập trung sức mạnh tính toán, đồng thời tiếp tục giảm bớt rào cản tham gia, đảm bảo khả năng vận hành lâu dài của giao thức.

Walrus: Ôm ấp dữ liệu nóng là sự thổi phồng hay ẩn chứa điều kỳ diệu?

Walrus từ góc độ thiết kế thì hoàn toàn khác với Filecoin và Arweave. Điểm xuất phát của Filecoin là xây dựng một hệ thống lưu trữ có thể xác minh phi tập trung, cái giá phải trả là lưu trữ dữ liệu lạnh; Điểm xuất phát của Arweave là xây dựng một thư viện Alexandrina trên chuỗi có thể lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn, cái giá phải trả là quá ít tình huống; Điểm xuất phát của Walrus là tối ưu hóa chi phí lưu trữ cho giao thức lưu trữ dữ liệu nóng.

Ma cải biến mã sửa lỗi: Đổi mới chi phí hay chỉ là rượu cũ trong chai mới?

Về thiết kế chi phí lưu trữ, Walrus cho rằng chi phí lưu trữ của Filecoin và Arweave là không hợp lý, cả hai đều áp dụng kiến trúc sao chép hoàn toàn, lợi thế chính của chúng là mỗi nút đều giữ bản sao đầy đủ, có khả năng chịu lỗi mạnh mẽ và tính độc lập giữa các nút. Kiến trúc này đảm bảo rằng ngay cả khi một số nút ngoại tuyến, mạng vẫn duy trì tính khả dụng của dữ liệu. Tuy nhiên, điều này cũng có nghĩa là hệ thống cần có sự dư thừa bản sao để duy trì tính mạnh mẽ, từ đó làm tăng chi phí lưu trữ. Đặc biệt trong thiết kế của Arweave, cơ chế đồng thuận bản thân khuyến khích các nút lưu trữ dư thừa để tăng cường tính an toàn của dữ liệu. So với đó, Filecoin có tính linh hoạt hơn trong việc kiểm soát chi phí, nhưng cái giá phải trả là một số lưu trữ chi phí thấp có thể có rủi ro mất dữ liệu cao hơn. Walrus cố gắng tìm kiếm sự cân bằng giữa hai bên, cơ chế của nó kiểm soát chi phí sao chép trong khi tăng cường tính khả dụng thông qua cách cấu trúc dư thừa, từ đó thiết lập một con đường thỏa hiệp mới giữa tính khả dụng dữ liệu và hiệu quả chi phí.

Công nghệ Redstuff do Walrus tự sáng tạo là công nghệ then chốt để giảm thiểu độ dư thừa của các nút, nó bắt nguồn từ mã Reed-Solomon(RS). Mã RS là một thuật toán mã sửa lỗi rất truyền thống, mã sửa lỗi là một công nghệ cho phép nhân đôi tập dữ liệu bằng cách thêm các đoạn dư thừa(erasure code), có thể được sử dụng để tái tạo lại dữ liệu gốc. Từ CD-ROM đến truyền thông vệ tinh cho tới mã QR, nó được sử dụng thường xuyên trong cuộc sống hàng ngày.

Mã sửa lỗi cho phép người dùng lấy một khối, chẳng hạn như kích thước 1MB, sau đó "mở rộng" nó lên 2MB, trong đó 1MB bổ sung được gọi là dữ liệu đặc biệt của mã sửa lỗi. Nếu bất kỳ byte nào trong khối bị mất, người dùng có thể dễ dàng phục hồi các byte này thông qua mã. Ngay cả khi một khối lên đến 1MB bị mất, bạn vẫn có thể phục hồi toàn bộ khối. Công nghệ tương tự cũng cho phép máy tính đọc tất cả dữ liệu trên CD-ROM, ngay cả khi nó đã bị hư hỏng.

Hiện tại, mã RS là mã được sử dụng phổ biến nhất. Cách thực hiện là bắt đầu từ k khối thông tin, xây dựng đa thức liên quan và đánh giá nó tại các tọa độ x khác nhau để có được các khối mã hóa. Sử dụng mã sửa lỗi RS, khả năng mất mát một lượng lớn dữ liệu ngẫu nhiên là rất nhỏ.

Ví dụ: Chia một tệp thành 6 khối dữ liệu và 4 khối kiểm tra, tổng cộng 10 phần. Chỉ cần giữ bất kỳ 6 phần nào trong số đó, bạn có thể phục hồi hoàn toàn dữ liệu gốc.

Ưu điểm: Khả năng chống lỗi mạnh, được ứng dụng rộng rãi trong CD/DVD, ổ đĩa cứng RAID( chống lỗi), cũng như hệ thống lưu trữ đám mây( như Azure Storage, Facebook F4).

Nhược điểm: Giải mã tính toán phức tạp, chi phí cao; không phù hợp với các tình huống dữ liệu thay đổi thường xuyên. Do đó thường được sử dụng để phục hồi và sắp xếp dữ liệu trong môi trường tập trung hóa ngoài chuỗi.

Trong kiến trúc Phi tập trung, Storj và Sia đã điều chỉnh mã hóa RS truyền thống để phù hợp với nhu cầu thực tế của mạng phân tán. Walrus cũng đã đưa ra biến thể của riêng mình - thuật toán mã hóa RedStuff, nhằm đạt được cơ chế lưu trữ dư thừa với chi phí thấp hơn và linh hoạt hơn.

Đặc điểm nổi bật nhất của Redstuff là gì? Thông qua việc cải tiến thuật toán mã hóa sửa lỗi, Walrus có thể nhanh chóng và đáng tin cậy mã hóa các khối dữ liệu phi cấu trúc thành các mảnh nhỏ hơn, những mảnh này sẽ được lưu trữ phân tán trong một mạng lưới nút lưu trữ. Ngay cả khi mất đến hai phần ba các mảnh, vẫn có thể sử dụng một phần các mảnh để nhanh chóng tái cấu trúc lại khối dữ liệu gốc. Điều này trở nên khả thi trong khi giữ cho hệ số sao chép chỉ từ 4 đến 5 lần.

Do đó, việc định nghĩa Walrus là một giao thức phục hồi và dư thừa nhẹ được thiết kế lại xung quanh Phi tập trung là hợp lý. So với mã sửa lỗi truyền thống ( như Reed-Solomon ), RedStuff không còn theo đuổi sự nhất quán toán học nghiêm ngặt nữa, mà đã có sự cân nhắc thực tế về phân phối dữ liệu, xác minh lưu trữ và chi phí tính toán. Mô hình này từ bỏ việc lập lịch tập trung.