去中心化存儲：Web 3.0 遇見元界
文章來自：
https://medium.com/@ld-capital/decentralized-storage-where-web-3-0-meets-metaverse-9629b4beb960
出品：LD Capital Research
作者：Betty, YY
Research Associates: James Kuo, Noise Zhou, Lightmanben
翻譯：Lightmanben, Betty
將物理生活轉(zhuǎn)移到線上，用戶生成內(nèi)容（UGC）如火如荼地進(jìn)行，產(chǎn)生了對具有重要商業(yè)和應(yīng)用前景的數(shù)據(jù)存儲的海量需求。
由于成本高昂以及預(yù)先要求的存儲設(shè)置等因素，集中存儲很難跟上在線數(shù)據(jù)呈指數(shù)級增長帶來的容量、讀寫速度、安全性和數(shù)據(jù)關(guān)系的變化。于是，去中心化存儲應(yīng)運(yùn)而生。
去中心化存儲基于區(qū)塊鏈技術(shù)，具有擴(kuò)展性更強(qiáng)、安全性更高、效率更高、自動容錯、可靠性更高、成本更低等特點(diǎn)。
對于Web 3.0，用戶的海量在線足跡和在線內(nèi)容會產(chǎn)生數(shù)量驚人的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)依賴于可靠、穩(wěn)定和安全的數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)。
在元界中，如果貨幣化的虛擬資產(chǎn)失去了受信任的區(qū)塊鏈存儲的保護(hù)，并且其相應(yīng)的元數(shù)據(jù)變得無效或被篡改，則貨幣化的虛擬資產(chǎn)將成為無法贖回的無價值支票。
當(dāng)前的去中心化存儲解決方案是 IPFS/Filecoin 和 Arweave。IPFS 創(chuàng)新性地引入激勵層 Filecoin 來確保在約定期限內(nèi)可靠地存儲數(shù)據(jù)，Arweave 通過其技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了鏈上數(shù)據(jù)的永久存儲。
一、簡介
2021年夏天，一組由10000個不規(guī)則像素組成的奇形怪狀人物突然走紅。令市場感到驚訝的是，這些數(shù)字中的任何一個都可以以價值數(shù)千萬美元的 ETH 出售。從那時起，Bored Ape Yacht Club 和 Loot 等類似產(chǎn)品成為加密市場的新寵。從加密藝術(shù)和游戲到頭像和文字，NFT 的興起點(diǎn)燃了人們對元界和 Web 3.0 的無限想象。
然而，當(dāng) Cryptopunks 激勵我們成為身份的象征、熱情地玩游戲賺取收入的 Axie Infinity 以及元宇宙充滿希望的未來時，您是否曾想過將數(shù)據(jù)存儲在哪里？您是否擔(dān)心存儲數(shù)據(jù)被篡改？沒有人愿意在虛擬化身上花費(fèi)數(shù)千萬美元，最終因?yàn)榈讓訑?shù)據(jù)被篡改而得到一文不值的資產(chǎn)。沒有人希望在元宇宙中與朋友互動的寶貴記憶會因?yàn)橄到y(tǒng)中斷而永遠(yuǎn)消失。在元界和Web 3.0的起點(diǎn)和數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長，我們迫切需要一個安全、開放、免費(fèi)、可靠的存儲網(wǎng)絡(luò)。
本文將帶您領(lǐng)略存儲在 Web 3.0 和元界中的深刻含義，了解去中心化存儲在生態(tài)系統(tǒng)中的精彩應(yīng)用。此外，我們將展示基于當(dāng)前情況的不同去中心化存儲解決方案之間的研究和比較。
2、存儲產(chǎn)業(yè)生態(tài)
廣泛的 Covid 19 大流行加速了物理世界與虛擬世界之間的界限模糊。人們已經(jīng)將他們的活動從現(xiàn)實(shí)世界中的招聘、社交網(wǎng)絡(luò)、娛樂、餐飲、購物、旅游等轉(zhuǎn)移到網(wǎng)上。與此同時，從 Web 1.0 到 Web 3.0，數(shù)據(jù)生產(chǎn)已經(jīng)爆炸式增長，并將繼續(xù)呈指數(shù)級增長。從被動的數(shù)據(jù)瀏覽轉(zhuǎn)變?yōu)闊崆榈膬?nèi)容生成。根據(jù)#的行業(yè)研究，預(yù)計(jì)到2025年全球數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)作市場規(guī)模將達(dá)到16.9億美元。加上UGC模式的全面展開和數(shù)據(jù)的指數(shù)級增長導(dǎo)致海量數(shù)據(jù)存儲需要。芯片技術(shù)、算法、硬件的發(fā)展推動了存儲技術(shù)的進(jìn)步；數(shù)據(jù)價值的解鎖和數(shù)據(jù)安全的剛性需求，倒逼數(shù)據(jù)存儲的創(chuàng)新和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在軟件和算法的迭代與融合中，存儲行業(yè)已經(jīng)從傳統(tǒng)的磁盤存儲逐步超越了硬件的限制，向云數(shù)據(jù)存儲演進(jìn)。作為區(qū)塊鏈技術(shù)（即計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)）的支柱之一，存儲對于元界的發(fā)展具有重要意義。從應(yīng)用的角度看，虛擬世界的穩(wěn)定運(yùn)行依賴于數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)主權(quán)的終極隸屬關(guān)系；從經(jīng)濟(jì)角度來看，元界和Web 3.0所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)存儲需求，有著巨大的商業(yè)前景。
由于各種因素，我們目前無法評估整體存儲市場規(guī)模。然而，以云存儲為例，預(yù)計(jì)到 2027 年，全球云存儲市場規(guī)模將達(dá)到 2220 億美元，預(yù)測期內(nèi)復(fù)合年增長率為 21.9% （Sneha Korad Rachita Rake & Vineet Kumar，2021）。
數(shù)據(jù)存儲的商業(yè)模式主要分為集中式存儲和分散式存儲。中心化存儲將數(shù)據(jù)完全存儲在中心化服務(wù)器上，去中心化存儲使用分布式存儲技術(shù)將切片數(shù)據(jù)存儲在多個獨(dú)立的存儲提供商中。集中式數(shù)據(jù)存儲，以高穩(wěn)定性、低成本滿足企業(yè)級存儲需求；去中心化存儲因其定制的存儲解決方案、經(jīng)濟(jì)激勵模型和強(qiáng)大的隱私性而受到長尾市場的青睞，以滿足這些公司的特定要求。去中心化存儲的重要性在 Web 3.0 和 Metaverse 中變得更加重要，提高了對數(shù)據(jù)安全和用戶數(shù)據(jù)所有權(quán)的認(rèn)識。
2.1 集中存儲
去中心化存儲是從大型機(jī)時代開始，即整個存儲集中在具有固定數(shù)量節(jié)點(diǎn)的單個系統(tǒng)中的多組設(shè)備上。由于數(shù)據(jù)只經(jīng)過一個控制器，去中心化存儲具有延遲低但成本相對較高、安全性不足、服務(wù)提供商可擴(kuò)展性低等優(yōu)點(diǎn)。保持集中存儲系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一是存儲服務(wù)器的穩(wěn)定性。因此，它已成為存儲系統(tǒng)性能的瓶頸和可靠性的關(guān)注點(diǎn)。穩(wěn)定性問題對存儲環(huán)境和硬件提出了很高的要求。因此市場被AWS、Azure、谷歌云、阿里云等科技巨頭壟斷，占云存儲總市場份額的67%。
隨著UGC的普及和微博、Facebook等社交平臺的發(fā)展，我們進(jìn)入了數(shù)據(jù)指數(shù)級增長的時代。數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長對存儲容量、擴(kuò)展速度、數(shù)據(jù)備份能力提出了更高的要求；用戶之間的實(shí)時交互需要更快的讀寫速度和更高的安全性。同時，由于 UGC 數(shù)據(jù)的多樣性和復(fù)雜性及其相互關(guān)系，存儲系統(tǒng)需要將模型從單一文件類型轉(zhuǎn)換為各種半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)關(guān)系模型。由于高昂的基礎(chǔ)設(shè)施成本和中心化存儲的進(jìn)入門檻，去中心化存儲應(yīng)運(yùn)而生。這些功能使集中式方法難以跟上容量和數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)生產(chǎn)。
2.2 去中心化存儲
正如IPFS（星際文件系統(tǒng)）的早期布道者胡飛同所說，“在中心化數(shù)據(jù)存儲的世界中，用戶不僅為數(shù)據(jù)存儲付費(fèi)，而且得不到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保護(hù)。通過分散的方法，用戶可以管理他們的數(shù)據(jù)、加密存儲的數(shù)據(jù)、授權(quán)訪問數(shù)據(jù)以及備份存儲。這些功能有望通過共享模式極大地確保用戶隱私，增強(qiáng)長期數(shù)據(jù)存儲并降低成本。這是數(shù)據(jù)存儲發(fā)展的必然階段。”
去中心化存儲基于區(qū)塊鏈技術(shù)，使用開源應(yīng)用程序和算法將切片數(shù)據(jù)存儲到多個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。它通過為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和內(nèi)容上傳者提供激勵來倡導(dǎo)隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)備用冗余和價值導(dǎo)向的數(shù)據(jù)。在提到的功能中，激勵模型是去中心化存儲的點(diǎn)睛之筆，因?yàn)樗试S數(shù)據(jù)長期保存和安全。
去中心化存儲與區(qū)塊鏈技術(shù)的融合提供了強(qiáng)大的可擴(kuò)展性、高安全性、高效率、自動容錯、高可靠性和低成本。（ 教科教，2020）
可擴(kuò)展性：存儲節(jié)點(diǎn)數(shù)量可以無限擴(kuò)展，每個節(jié)點(diǎn)的存儲容量也可以靈活變化。
安全性：在不知道服務(wù)提供商或?qū)で蟮谌叫湃蔚那闆r下，將存儲的數(shù)據(jù)分成碎片并分配在多個節(jié)點(diǎn)中。數(shù)據(jù)加密過程不僅限于最終用戶和軟件，還通過零知識證明和私有網(wǎng)絡(luò)密鑰訪問等方法發(fā)生在存儲網(wǎng)絡(luò)的所有環(huán)節(jié)。
高 效率：同一網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可以直接共享文件。
自動容錯：由于存儲的數(shù)據(jù)已經(jīng)分發(fā)到網(wǎng)絡(luò)中的多個節(jié)點(diǎn)，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸或存儲出現(xiàn)錯誤時，多份數(shù)據(jù)就派上用場了。
高可靠性：存儲系統(tǒng)包含驗(yàn)證機(jī)制，確保存儲的文件完整真實(shí)，用戶24-7訪問。
低成本：建議愛奇藝向傳統(tǒng)存儲提供商支付 100 萬美元用于存儲《中國有嘻哈》的單集，成本為 0.001 美元/GB。相比之下，IPFS分布式傳輸可以節(jié)省60%的帶寬成本。（史客嬌，2020）
3.去中心化存儲：Web 3.0 遇見元界
3.1 去中心化存儲和 Web 3.0
互聯(lián)網(wǎng)的起源可以追溯到1989年萬維網(wǎng)的創(chuàng)新。如果說門戶網(wǎng)站開啟了Web 1.0時代，那么2003年博客的興起就標(biāo)志著Web 2.0的開始。從 Web 1.0 到 Web 2.0 的轉(zhuǎn)變表明，被動的信息接收逐漸被自創(chuàng)內(nèi)容和在線交互所取代。這些變化將互聯(lián)網(wǎng)用戶的注意力轉(zhuǎn)移到 UGC、可用性和互操作性等應(yīng)用體驗(yàn)上，最終將 Web 3.0 帶入生活。正如 Timothy Berners-Lee 所說，“人們一直在問什么是 Web 3.0。我想也許當(dāng)你在 Web 2.0 上覆蓋了可縮放的矢量圖形——所有的漣漪和折疊，看起來都是朦朧的——并訪問一個跨越巨大數(shù)據(jù)空間的語義網(wǎng)絡(luò)時，你將可以訪問一個令人難以置信的數(shù)據(jù)資源”。（Victoria Shannon, 2006）雖然我們還沒有就 Web 3.0 的定義達(dá)成共識，但它應(yīng)該具有以下特征（ Fabric Venture, 2020）：
開放：開源軟件由開放且可訪問的開發(fā)者社區(qū)構(gòu)建，在鏈上進(jìn)行的操作可以被其他人查看。
無信任：網(wǎng)絡(luò)允許在沒有受信任第三方的情況下公開或私下進(jìn)行交互。Web 3.0 采用去中心化的激勵機(jī)制，確保參與者遵守規(guī)則。Web 3.0 還通過區(qū)塊鏈協(xié)議的共識機(jī)制驗(yàn)證賬戶的真實(shí)性和交易轉(zhuǎn)移的有效性，實(shí)現(xiàn)價值轉(zhuǎn)移的去中介化。
無權(quán)限：用戶或存儲提供者都可以在沒有管理員授權(quán)的情況下參與。
Web 3.0 正在模糊數(shù)字世界和物理世界的界限。海量在線用戶的數(shù)字足跡和在線內(nèi)容創(chuàng)作需要幕后穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)。否則，Web 3.0 中發(fā)生的事情最終將成為無用的數(shù)據(jù)碎片。
3.2 去中心化存儲與元界
2021年，隨著Roblox的上市，元界的概念突然席卷互聯(lián)網(wǎng)、VR/AR、金融投資等各大行業(yè)。人們通過開發(fā)以5G為代表的微型計(jì)算機(jī)、VR設(shè)備和高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，已經(jīng)走到了元宇宙的邊緣。作為我們上一份研究報(bào)告《元界概覽：從過去到未來》，據(jù)說，Metaverse 的點(diǎn)睛之筆是它的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。首先，基于區(qū)塊鏈的開放式支付結(jié)算系統(tǒng)能夠滿足實(shí)時、公平、透明、快速的P2P支付需求。其次，將用戶在元界中的虛擬物品或創(chuàng)造物貨幣化，為用戶提供與現(xiàn)實(shí)世界類似的權(quán)益保護(hù)，進(jìn)一步促進(jìn)元界中資產(chǎn)的流通和交易，鼓勵用戶創(chuàng)新積累財(cái)富。在這一切的背后，如果貨幣化的虛擬資產(chǎn)失去了受信任的區(qū)塊鏈存儲的保護(hù)，并且其相應(yīng)的元數(shù)據(jù)變得無效或被篡改，則貨幣化的虛擬資產(chǎn)將成為一文不值的支票，不會被接受。
3.3 主要去中心化存儲解決方案
3.3.1 比特流
BitTorrent，即所謂的BT下載，是軟件工程師Bram Cohen在2003年提出的最早的去中心化傳輸解決方案。BitTorrent克服了傳統(tǒng)P2P下載方式的局限性。它不需要內(nèi)容資源發(fā)布者擁有高性能服務(wù)器來傳輸數(shù)據(jù)，并且下載相同文件的用戶越多，下載速度可以越快。此外，免費(fèi)模式也吸引了廣大網(wǎng)友使用。但是，BitTorrent 必須使用包含所有目標(biāo)內(nèi)容地址的 torrent 文件來執(zhí)行下載。下載內(nèi)容嚴(yán)格限制在torrent文件范圍內(nèi)。但由于傳播過程中丟失相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，種子文件會隨著時間的推移而減少或消失。
此外，BitTorrent 缺乏激勵用戶共享未付費(fèi)文件的動機(jī)。如果沒有適當(dāng)?shù)募顧C(jī)制，就只能存在那些被廣泛傳播和不斷下載的熱門內(nèi)容。那些未能吸引大眾的同樣重要的內(nèi)容可能會在漫長的歷史中消失。
3.3.2 IPFS/Filecoin
IFPS（InterPlanetary File System）是2015年提出的另一種去中心化存儲解決方案，它克服了BitTorrent的缺點(diǎn)，通過創(chuàng)建多個版本的文件，預(yù)先下載內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)去中心化、快速、高效、可靠、安全的內(nèi)容存儲方式。值得注意的是，IPFS 引入了其激勵層 Filecoin，這是一種開創(chuàng)性的方法，可確保在約定的時間內(nèi)可靠地存儲數(shù)據(jù)。
Filecoin 允許任何個人提供數(shù)據(jù)存儲和檢索服務(wù)，將他們閑置的硬盤和帶寬容量貨幣化。并且采用復(fù)制證明（PoRep）和時空證明（PoSt）機(jī)制來證明存儲數(shù)據(jù)的狀況，防止女巫攻擊、外包和生成攻擊等攻擊。簡而言之，PoRep 驗(yàn)證存儲數(shù)據(jù)的完整性，PoSt 在響應(yīng)時審核礦工提供的存儲。Filecoin 的工作原理如下圖所示：客戶端通過發(fā)出訂單信息找到合適的存儲礦工，然后將加密密封和切片的數(shù)據(jù)發(fā)送給礦工。最后，礦工將數(shù)據(jù)添加到扇區(qū)并不斷證明目標(biāo)內(nèi)容已存儲以獲得獎勵。
當(dāng)然，F(xiàn)ilecoin 的商業(yè)模式并不完美。需要專業(yè)設(shè)備，GPU礦機(jī)參與。較高的挖礦成本和進(jìn)入壁壘，使得普通人無法直接提供存儲，整個存儲網(wǎng)絡(luò)將被少數(shù)巨型存儲提供商和大型礦池所占據(jù)。IPFS 理想的去中心化存儲解決方案在一定程度上再次中心化。
Filecoin 于 2020 年 10 月推出其主網(wǎng)，目前有 3,175 個活躍節(jié)點(diǎn)，主要分布在北美、歐洲、中國和韓國。截至 2021 年 10 月 14 日，有效算力總和為 12.393 EiB，其基礎(chǔ)費(fèi)用為 0.3591 nanoFIL，封存 32G 扇區(qū)的成本為 4.958 Fil/TiB（數(shù)據(jù)來自 filscout.com）。
隨著Filecoin底層網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施的完善，其網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)的早期紅利已經(jīng)吸引了眾多應(yīng)用參與。目前，F(xiàn)ilecoin已經(jīng)建立了一個涵蓋“消費(fèi)者存儲應(yīng)用、數(shù)據(jù)市場、數(shù)據(jù)檢索、NFT、Defi、可驗(yàn)證存儲和隱私”領(lǐng)域的生態(tài)系統(tǒng)，其中包括Fileswan、NFT Storage、Opera和Livepeer等項(xiàng)目。
3.3.3 織紋
與 Filecoin 的鏈下數(shù)據(jù)存儲不同，Arweave 的新穎解決方案將數(shù)據(jù)直接存儲在區(qū)塊鏈中，側(cè)重于永久存儲和鏈上去中心化存儲。Arweave的框架如下圖所示：底層區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)Blockweave和上層基于HTTP的Permaweb。Arweave 的亮點(diǎn)在于其底層的 Blockweave 網(wǎng)絡(luò)：
Blockweave：該項(xiàng)目基于共識機(jī)制和特定的區(qū)塊生成模式，引入了全新的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)Blockweave。它為之前所有區(qū)塊的哈希值和活動錢包生成表格，供礦工稍后驗(yàn)證工作，而不是將整個節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證為 BTC 和 ETH。這種方法降低了能耗并提高了節(jié)點(diǎn)效率。
激勵算法，Wildfire：與Filecoin需要在約定的存儲期限后連續(xù)收取存儲費(fèi)用不同，Arweave僅在數(shù)據(jù)存儲時收取一次性永久費(fèi)用。之后，用戶可以自由讀取數(shù)據(jù)。為了鼓勵節(jié)點(diǎn)響應(yīng)數(shù)據(jù)讀取請求，Arweave 引入了激勵算法野火。它是一個基于響應(yīng)速度和接受數(shù)據(jù)量的節(jié)點(diǎn)排名系統(tǒng)。從相鄰節(jié)點(diǎn)獲得的數(shù)據(jù)越可靠，給出的分?jǐn)?shù)就越高，出塊的概率就越大。
SmartWeave： SmartWeave 現(xiàn)在不需要來自網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，而是要求用戶執(zhí)行智能合約。在這個模型中，Arweave 網(wǎng)絡(luò)作為通用數(shù)據(jù)共識和共享層執(zhí)行，它有助于在 Arweave 網(wǎng)絡(luò)之上啟用計(jì)算量大的 Dapp。
雖然 Arweave 存儲解決方案將數(shù)據(jù)存儲在鏈上以保證數(shù)據(jù)的不可篡改、永久存儲和公共訪問，但該模型有其缺點(diǎn)。首先，數(shù)據(jù)不能被調(diào)和，這意味著修改數(shù)據(jù)的唯一方法是更新新版本。雖然這個動作會增加迭代成本。其次，為了保證數(shù)據(jù)的永久存儲，Arweave 需要不斷吸引新節(jié)點(diǎn)的參與者，同時保持邊際收益超過邊際成本。但是，節(jié)點(diǎn)總數(shù)一直在減少。目前有146個節(jié)點(diǎn)，比2020年5月的490個節(jié)點(diǎn)減少了70%。
Arweave 于 2019 年 1 月 29 日上線主網(wǎng)，并于 2020 年 5 月發(fā)布了具有捆綁交易功能的 Arweave 2.0。鏈上交易量從 2021 年初開始上升，并在 9 月達(dá)到峰值（日均交易量超過 80,000） . Solana上Metaplex糖果機(jī)的上線，跨鏈橋ipfs2arweave的發(fā)布等，讓Arweave的表現(xiàn)更加出色。
在 Arweave 生態(tài)系統(tǒng)中的項(xiàng)目中，最活躍的是 NFT、Defi 和 Koii、Limestone 等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。Arweave 生態(tài)系統(tǒng)仍處于早期建設(shè)階段。
4 展望
隨著數(shù)據(jù)安全和用戶數(shù)據(jù)所有權(quán)意識的提高，分散存儲對于 Web 3.0 和 Metaverse 變得更加重要。去中心化存儲在存儲來源、帶寬來源、安全性、實(shí)用性等多個方面與中心化存儲不同，這些因素導(dǎo)致目前去中心化存儲的規(guī)模遠(yuǎn)小于中心化存儲。IPFS 和 Arweave 等項(xiàng)目通過引入不同的激勵機(jī)制來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)總計(jì)算能力，從而克服了去中心化存儲的不足。然而，成本結(jié)構(gòu)以及項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)與用戶之間利益不一致等事實(shí)阻礙了其快速增長。去中心化存儲生態(tài)尚處于早期階段，需要平衡成本、節(jié)點(diǎn)數(shù)量、
我們期待 Metaverse 和 Web 3.0 中去中心化存儲的未來。網(wǎng)絡(luò)的飛輪效應(yīng)將推動去中心化存儲應(yīng)用的激增。隨著存儲技術(shù)的改進(jìn)和激勵模型的優(yōu)化，去中心化存儲行業(yè)最終將取得重大而穩(wěn)定的進(jìn)展。