Descentralização de armazenamento: o longo caminho do conceito à aplicação

O armazenamento já foi uma das principais áreas do setor de blockchain. O Filecoin, como o projeto líder da última bull run, teve uma capitalização de mercado que ultrapassou os 10 bilhões de dólares. Na mesma época, o Arweave, que se destacou pelo armazenamento permanente, atingiu uma capitalização de mercado máxima de 3,5 bilhões de dólares. No entanto, com a utilidade do armazenamento de dados frios sendo questionada, a capacidade do armazenamento Descentralização de realmente se concretizar foi colocada em dúvida.

Recentemente, a aparição do Walrus trouxe nova atenção para o setor de armazenamento, que estava em silêncio há muito tempo. O projeto Shelby, lançado em parceria entre a Aptos e a Jump Crypto, visa levar a Descentralização do armazenamento a novas alturas no campo dos dados quentes. Portanto, a Descentralização do armazenamento pode ressurgir ou é apenas mais uma rodada de especulação? Este artigo analisará a evolução da Descentralização do armazenamento a partir das trajetórias de desenvolvimento de quatro projetos: Filecoin, Arweave, Walrus e Shelby, explorando suas perspectivas futuras.

Filecoin: O nome do armazenamento, a realidade da mineração

Filecoin é um dos projetos representativos que surgiu precocemente, com seu desenvolvimento orientado para a Descentralização. Isso está em linha com a característica comum dos primeiros altcoins - buscar cenários de aplicação descentralizada em vários setores tradicionais. O Filecoin combina armazenamento com Descentralização, focando em resolver o problema de confiança dos serviços de armazenamento centralizados. No entanto, algumas concessões feitas para alcançar a Descentralização acabaram se tornando pontos problemáticos que projetos posteriores tentaram resolver.

Para entender que o Filecoin é essencialmente uma moeda de mineração, é necessário compreender as limitações objetivas da sua tecnologia subjacente, o IPFS, em aplicações de dados quentes.

IPFS: Descentralização arquitetura do gargalo de transmissão

O IPFS(, sistema de arquivos interplanetário, surgiu por volta de 2015, com o objetivo de substituir o protocolo HTTP tradicional através da endereçamento por conteúdo. No entanto, a maior desvantagem do IPFS é a velocidade de obtenção extremamente lenta. Hoje em dia, quando os serviços de dados tradicionais atingem tempos de resposta na ordem dos milissegundos, o IPFS ainda leva dezenas de segundos para obter um arquivo, dificultando sua promoção em aplicações práticas e explicando por que, com exceção de alguns projetos de blockchain, ele raramente é adotado pela indústria tradicional.

O protocolo P2P subjacente do IPFS é principalmente adequado para "dados frios", ou seja, conteúdos estáticos que não mudam frequentemente, como vídeos, imagens e documentos. No entanto, ao lidar com dados quentes, como páginas da web dinâmicas, jogos online ou aplicações de IA, o protocolo P2P não apresenta vantagens significativas em comparação com CDNs tradicionais.

Embora o IPFS não seja uma blockchain, o conceito de design que utiliza um grafo acíclico dirigido )DAG( está altamente alinhado com muitas blockchains e protocolos Web3, tornando-o naturalmente adequado como uma estrutura de construção subjacente para blockchains. Portanto, mesmo na ausência de valor prático, é suficiente como uma estrutura subjacente que suporta a narrativa da blockchain. Projetos iniciais precisavam apenas de uma estrutura funcional para iniciar uma grande visão, mas quando o Filecoin atinge um certo estágio de desenvolvimento, as limitações trazidas pelo IPFS começam 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 façam parte de uma rede de armazenamento. No entanto, sem incentivos econômicos, é difícil para os usuários utilizarem este sistema de forma voluntária, quanto mais se tornarem nós de armazenamento ativos. Isso significa que a maioria dos usuários apenas armazenará arquivos no IPFS, mas não contribuirá com seu próprio espaço de armazenamento, nem armazenará arquivos de outros. É nesse contexto que o Filecoin surgiu.

No modelo econômico do token 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 comportamento malicioso. 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 se percam, não ativarão o mecanismo de penalização dos mineradores de armazenamento. Isso permite que os mineradores de armazenamento excluam dados inúteis e repitam esse processo. O consenso de prova de replicação do Filecoin só pode garantir que os dados dos usuários não foram excluídos sem autorização, mas não pode impedir os mineradores de preencherem com dados inúteis.

A operação do Filecoin depende em grande parte do investimento contínuo dos mineradores na economia dos tokens, em vez de se basear na demanda real dos usuários finais por armazenamento descentralizado. Embora o projeto continue a evoluir, neste estágio, a construção do ecossistema do Filecoin está mais alinhada com a definição de um projeto de armazenamento "baseado em mineração" do que "impulsionado por aplicações".

Arweave: A espada de dois gumes do longo prazo

Se o objetivo de design do Filecoin é construir uma "nuvem de dados" descentralizada, que seja incentivadora e comprovável, então o Arweave vai em outra direção extrema no armazenamento: oferecer a capacidade de armazenamento permanente para os dados. O Arweave não tenta construir uma plataforma de computação distribuída; todo o seu sistema se desenvolve em torno de uma suposição central – que os dados importantes devem ser armazenados uma única vez e permanecer para sempre na rede. Esse extremismo em termos de longo prazo faz com que o Arweave seja radicalmente diferente do Filecoin, desde os mecanismos até o modelo de incentivos, passando pelas exigências de hardware e pela narrativa.

Arweave toma o Bitcoin como objeto de estudo, tentando otimizar constantemente sua rede de armazenamento permanente ao longo de longos períodos, medidos em anos. Arweave não se importa com marketing, nem com concorrentes e tendências de mercado. Ele está apenas avançando no caminho da iteração da arquitetura da rede, mesmo que ninguém preste atenção, pois essa é a essência da equipe de desenvolvimento da Arweave: o longo prazo. Gracias ao longo prazo, a Arweave foi muito procurada durante o último mercado em alta; e também por causa do longo prazo, mesmo caindo ao fundo do poço, a Arweave ainda pode suportar várias rodadas de alta e baixa. Mas será que no futuro haverá um espaço para a Arweave no armazenamento descentralizado? O valor da existência do armazenamento permanente só pode ser provado pelo tempo.

A mainnet do Arweave, desde a versão 1.5 até a recente 2.9, apesar de ter perdido a atenção do mercado, tem se empenhado em permitir que um maior número de mineradores participe da rede com o mínimo custo e em incentivar os mineradores a armazenar dados ao máximo, aumentando constantemente 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 de mineradores, com o ecossistema completamente estagnado, atualizando a mainnet com o mínimo custo, enquanto reduz continuamente o limiar de hardware sem comprometer a segurança da rede.

Revisão do caminho de atualização de 1.5-2.9

A versão 1.5 do Arweave expôs uma vulnerabilidade onde os mineradores poderiam confiar na pilha de GPUs em vez de armazenamento real para otimizar a probabilidade de criação de blocos. Para conter essa tendência, a versão 1.7 introduziu o algoritmo RandomX, limitando o uso de poder de computação especializado e exigindo a participação de CPUs genéricas na mineração, enfraquecendo assim a centralização do poder de computação.

Na versão 2.0, Arweave adotou SPoA, transformando a prova de dados em um caminho simplificado de 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 de 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 a hashes, obrigando os mineradores a realmente possuírem blocos de dados para participar da produção efetiva de blocos, enfraquecendo assim o efeito de empilhamento de poder de hash. O resultado é que os mineradores começaram a se concentrar na velocidade de acesso ao armazenamento, impulsionando a aplicação de SSDs e dispositivos de leitura e gravação de alta velocidade. A versão 2.6 introduziu uma cadeia de hashes para controlar o ritmo da produção de blocos, equilibrando os benefícios marginais de dispositivos de alto desempenho e proporcionando um espaço de participação justo para mineradores de pequeno e médio porte.

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

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

Walrus: Uma nova tentativa de armazenamento de dados quentes

A abordagem de design do Walrus é completamente diferente da do Filecoin e do Arweave. O ponto de partida do Filecoin é criar 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 on-chain que pode armazenar dados permanentemente, com o custo de ter poucos cenários; o ponto de partida do Walrus é otimizar os custos de armazenamento do protocolo de armazenamento de dados quentes.

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

Na concepção de custos de armazenamento, a Walrus considera que os custos de armazenamento do Filecoin e do Arweave são irrazonáveis. Ambos adotam uma arquitetura de replicação completa, cuja principal vantagem é que cada nó possui uma cópia completa, oferecendo uma forte capacidade de tolerância a falhas e independência entre os nós. Esse tipo de arquitetura garante que, mesmo que alguns nós fiquem offline, a rede ainda mantenha a disponibilidade dos dados. No entanto, isso também significa que o sistema requer redundância de múltiplas cópias para manter a robustez, elevando assim os custos de armazenamento. Especialmente no design do Arweave, o mecanismo de consenso em si incentiva o armazenamento redundante dos nós para aumentar a segurança dos dados. Em contraste, o Filecoin é mais flexível no controle de custos, mas à custa de que alguns armazenamentos de baixo custo podem ter um risco maior de perda de dados. A Walrus tenta encontrar um equilíbrio entre os dois, com seu mecanismo controlando os custos de replicação enquanto aumenta a disponibilidade por meio de uma abordagem de redundância estruturada, estabelecendo assim um novo caminho de compromisso entre a disponibilidade dos dados e a eficiência de custos.

A Redstuff, criada pela Walrus, é uma tecnologia chave para reduzir a redundância de nós, originando-se da codificação Reed-Solomon###RS(. A codificação RS é um algoritmo de código de correção de erros muito tradicional; a 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 a comunicações via satélite e códigos QR, é frequentemente utilizada na vida cotidiana.

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

Atualmente, o mais utilizado é o código RS. O método de implementação é começar com k blocos de informação, construir um polinómio relacionado e avaliá-lo em diferentes coordenadas x para obter blocos codificados. Usando códigos de correção de erros RS, a probabilidade de amostragem aleatória de grandes blocos de dados perdidos 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 distribuídos em uma rede de nós de armazenamento. Mesmo que até dois terços dos fragmentos sejam perdidos, é possível reconstruir rapidamente o bloco de dados original usando fragmentos parciais. Isso se torna possível mantendo o fator de replicação de apenas 4 a 5 vezes.

Assim, 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 de erros tradicionais ) como Reed-Solomon (, o RedStuff não busca mais uma consistência matemática rigorosa, mas faz compromissos realistas em relação à distribuição de dados, validação de armazenamento e custo computacional. Este modelo abandonou o mecanismo de decodificação instantânea necessário para agendamento centralizado, optando por verificar on-chain se os nós possuem cópias específicas de dados através de provas, 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, cuja geração e distribuição estão sujeitas a restrições rigorosas, com um limite de recuperação de f+1, e requerem 2f+1 assinaturas como endosse de disponibilidade; as fatias secundárias são geradas através de operações simples, como combinações XOR, com o objetivo de fornecer tolerância a falhas elástica e melhorar a robustez geral do sistema. Essa estrutura, em essência, reduz a exigência de consistência dos dados — permitindo que diferentes nós armazenem versões de dados diferentes por um curto período, enfatizando o caminho prático da "consistência final". Embora similar aos requisitos flexíveis de blocos retroativos em sistemas como o Arweave, que alcançou algum efeito na redução da carga da rede, também enfraqueceu a garantia de disponibilidade imediata e integridade dos dados.

Não se pode ignorar que, embora o RedStuff tenha implementado