Décentralisation du stockage: de l'idéal à la réalité

Le stockage a longtemps été l'un des secteurs les plus populaires de l'industrie de la blockchain. Filecoin, en tant que projet phare du dernier marché haussier, a vu sa capitalisation boursière dépasser les dix milliards de dollars à un moment donné. Arweave, avec son argument de stockage permanent, a atteint une capitalisation maximale de 3,5 milliards de dollars. Cependant, à mesure que les limites du stockage de données froides sont révélées, la nécessité du stockage permanent est remise en question, et l'avenir du stockage décentralisé est également mis en doute.

L'apparition de Walrus a apporté une nouvelle vitalité à un secteur de stockage longtemps silencieux. Aujourd'hui, Aptos s'associe à Jump Crypto pour lancer Shelby, visant à porter la décentralisation du stockage dans le domaine des données chaudes à de nouveaux sommets. Alors, la décentralisation du stockage peut-elle faire son retour et fournir des solutions pour de larges cas d'utilisation ? Ou n'est-ce qu'un nouveau cycle de spéculation ? Cet article partira des trajectoires de développement des quatre projets que sont Filecoin, Arweave, Walrus et Shelby, pour analyser l'évolution du récit sur le stockage décentralisé et explorer les perspectives d'avenir de la généralisation du stockage décentralisé.

Filecoin : le nom du stockage, la réalité du minage

Filecoin est l'un des projets de cryptomonnaie émergents, dont le développement s'articule naturellement autour de la Décentralisation. C'est une caractéristique commune des projets de cryptographie précoces - rechercher le sens de la Décentralisation dans divers domaines traditionnels. Filecoin ne fait pas exception, il associe le stockage à la Décentralisation, soulignant ainsi les inconvénients du stockage de données centralisé : l'hypothèse de confiance envers les fournisseurs de services de stockage centralisés. Par conséquent, l'objectif de Filecoin est de passer du stockage centralisé au stockage décentralisé. Cependant, certains aspects sacrifiés pour réaliser la Décentralisation sont ensuite devenus des points de douleur que des projets comme Arweave ou Walrus tentent de résoudre. Pour comprendre pourquoi Filecoin est essentiellement une monnaie de minage, il est nécessaire de comprendre les limitations objectives de sa technologie sous-jacente IPFS, qui n'est pas adaptée au traitement des données chaudes.

IPFS : Décentralisation architecture, mais limité par les goulots d'étranglement de transmission

IPFS(Système de fichiers interplanétaire)a été lancé vers 2015, avec pour objectif de révolutionner le protocole HTTP traditionnel grâce à l'adressage par contenu. Le principal inconvénient d'IPFS est que la vitesse d'accès est extrêmement lente. À une époque où les fournisseurs de services de données traditionnels peuvent atteindre des temps de réponse de l'ordre de la milliseconde, IPFS met toujours une quinzaine de secondes pour récupérer un fichier, ce qui rend son adoption difficile dans des applications pratiques et explique pourquoi, en dehors de quelques projets blockchain, il est rarement utilisé par les secteurs traditionnels.

Le protocole P2P sous-jacent d'IPFS est principalement adapté aux "données froides", c'est-à-dire aux contenus statiques qui ne changent pas souvent, tels que des vidéos, des images et des documents. Cependant, dans le traitement des données chaudes, comme les pages web dynamiques, les jeux en ligne ou les applications d'intelligence artificielle, le protocole P2P n'a pas d'avantage significatif par rapport aux CDN traditionnels.

Bien qu'IPFS ne soit pas en soi une blockchain, son concept de conception basé sur un graphe acyclique orienté (DAG) s'aligne fortement avec de nombreuses blockchains publiques et protocoles Web3, ce qui le rend naturellement adapté en tant que cadre de construction sous-jacent pour les blockchains. Ainsi, même s'il n'a pas de valeur pratique, en tant que cadre sous-jacent pour porter le récit de la blockchain, il est déjà suffisant. Les premiers projets cryptographiques n'avaient besoin que d'un cadre fonctionnel pour réaliser une grande vision, mais lorsque Filecoin a atteint un certain stade de développement, les limitations imposées par IPFS ont commencé à entraver ses progrès.

Logique des pièces minées sous l'enveloppe de stockage

Le but initial de la conception d'IPFS était de permettre aux utilisateurs de stocker des données tout en faisant également partie d'un réseau de stockage. Cependant, sans incitations économiques, il est difficile pour les utilisateurs de vouloir utiliser ce système, encore moins de devenir des nœuds de stockage actifs. Cela signifie que la plupart des utilisateurs ne feront que stocker des fichiers sur IPFS, sans contribuer leur propre espace de stockage ni stocker les fichiers d'autres personnes. C'est dans ce contexte que Filecoin est né.

Dans le modèle économique des jetons de Filecoin, il y a principalement trois rôles : les utilisateurs sont responsables du paiement des frais de stockage des données ; les mineurs de stockage reçoivent des incitations en jetons pour avoir stocké les données des utilisateurs ; les mineurs de récupération fournissent des données lorsque les utilisateurs en ont besoin et obtiennent des incitations.

Ce modèle présente un espace potentiel pour des actes malveillants. Les mineurs de stockage peuvent, après avoir fourni de l'espace de stockage, remplir des données inutiles pour obtenir des récompenses. Étant donné que ces données inutiles ne seront pas récupérées, même si elles sont perdues, cela ne déclenchera pas le mécanisme de pénalité des mineurs de stockage. Cela permet aux mineurs de stockage de supprimer des données inutiles et de répéter ce processus. Le consensus de preuve de réplication de Filecoin ne peut garantir que les données des utilisateurs n'ont pas été supprimées illégalement, mais ne peut pas empêcher les mineurs de remplir des données inutiles.

Le fonctionnement de Filecoin dépend en grande partie de l'engagement continu des mineurs envers l'économie des tokens, plutôt que de la demande réelle des utilisateurs finaux pour le stockage décentralisé. Bien que le projet continue d'évoluer, à ce stade, la construction de l'écosystème de Filecoin correspond davantage à une définition de projet de stockage "logique des mineurs" qu'à une définition "drivée par l'application".

Arweave : né du long-termisme, échoué par le long-termisme

Si l'objectif de conception de Filecoin est de construire un "cloud de données" décentralisé et prouvé, alors Arweave va dans l'autre direction extrême en matière de stockage : fournir la capacité de stockage permanent des données. Arweave ne tente pas de construire une plateforme de calcul distribué, son système entier repose sur une hypothèse centrale - les données importantes devraient être stockées une fois pour toutes et conservées indéfiniment sur le réseau. Ce long terme extrême fait qu'Arweave diffère de Filecoin tant en termes de mécanisme que de modèle d'incitation, des exigences matérielles à la perspective narrative.

Arweave utilise Bitcoin comme objet d'apprentissage, tentant d'optimiser en continu son réseau de stockage permanent sur de longues périodes mesurées en années. Arweave ne se soucie ni du marketing, ni des concurrents, ni des tendances du marché. Elle avance simplement sur le chemin de l'itération de l'architecture du réseau, même si personne ne s'y intéresse, car c'est l'essence même de l'équipe de développement d'Arweave : le long-termisme. Grâce au long-termisme, Arweave a été fortement prisée lors du dernier marché haussier ; et aussi à cause du long-termisme, même en tombant au plus bas, Arweave pourrait encore survivre à plusieurs cycles de haussier et baissier. Mais l'avenir du stockage décentralisé a-t-il une place pour Arweave ? La valeur d'existence du stockage permanent ne peut être prouvée que par le temps.

Depuis la version 1.5 du réseau principal d'Arweave jusqu'à la récente version 2.9, bien qu'il ait perdu l'attention du marché, il s'est toujours engagé à permettre à un plus large éventail de mineurs de participer au réseau à un coût minimal, et à encourager les mineurs à stocker des données au maximum, renforçant ainsi la robustesse de l'ensemble du réseau. Arweave, conscient de son inadéquation avec les préférences du marché, adopte une approche conservatrice, n'embrassant pas la communauté des mineurs, avec un écosystème complètement stagné, mettant à jour le réseau principal à moindre coût, tout en continuant à abaisser le seuil matériel sans compromettre la sécurité du réseau.

Rétrospective du chemin de mise à niveau de 1.5 à 2.9

La version 1.5 d'Arweave a révélé une vulnérabilité permettant aux mineurs de s'appuyer sur l'empilement de GPU plutôt que sur un stockage réel pour optimiser les chances de création de blocs. Pour freiner cette tendance, la version 1.7 a introduit l'algorithme RandomX, limitant l'utilisation de la puissance de calcul spécialisée et exigeant la participation de CPU généraux à l'extraction, afin de réduire la Décentralisation de la puissance de calcul.

Dans la version 2.0, Arweave adopte le SPoA, transformant la preuve de données en un chemin simplifié de structure d'arbre de Merkle, et introduit des transactions de format 2 pour réduire la charge de synchronisation. Cette architecture atténue la pression sur la bande passante du réseau, améliorant ainsi la capacité de coopération des nœuds. Cependant, certains mineurs peuvent encore échapper à la responsabilité de détention des données réelles en utilisant des stratégies de pools de stockage centralisés à haute vitesse.

Pour corriger ce biais, la version 2.4 a introduit le mécanisme SPoRA, qui intègre un index global et un accès aléatoire à un hachage lent, obligeant les mineurs à réellement détenir des blocs de données pour participer à la création efficace de blocs, affaiblissant ainsi l'effet d'accumulation de puissance de calcul. En conséquence, les mineurs commencent à se concentrer sur la vitesse d'accès au stockage, stimulant l'application des SSD et des dispositifs de lecture/écriture à haute vitesse. La version 2.6 a introduit une chaîne de hachage pour contrôler le rythme de création des blocs, équilibrant les rendements marginaux des équipements haute performance et offrant un espace de participation équitable pour les petits et moyens mineurs.

Les versions ultérieures renforcent encore la capacité de collaboration en réseau et la diversité du stockage : la version 2.7 ajoute le minage collaboratif et le mécanisme des pools, améliorant la compétitivité des petits mineurs ; la version 2.8 introduit un mécanisme d'emballage composite, permettant aux appareils à faible vitesse et de grande capacité de participer de manière flexible ; la version 2.9 introduit un nouveau processus d'emballage au format replica_2_9, améliorant considérablement l'efficacité et réduisant la dépendance au calcul, complétant ainsi le modèle de minage orienté données.

Dans l'ensemble, la feuille de route de mise à niveau d'Arweave présente clairement sa stratégie à long terme axée sur le stockage : tout en résistant constamment à la tendance de concentration de la puissance de calcul, elle continue de réduire les barrières à l'accès, garantissant ainsi la possibilité de fonctionnement à long terme du protocole.

Walrus: Embrasser les données chaudes est-il un battage médiatique ou cache-t-il quelque chose?

Walrus, en termes de conception, est complètement différent de Filecoin et d'Arweave. Le point de départ de Filecoin est de créer un système de stockage décentralisé et vérifiable, au prix d'un stockage de données froides ; le point de départ d'Arweave est de créer une bibliothèque d'Alexandrie en chaîne capable de stocker des données de manière permanente, au prix d'un nombre de scénarios trop faible ; le point de départ de Walrus est d'optimiser le coût de stockage du protocole de stockage de données chaudes.

Magic modification des codes de correction: innovation des coûts ou réchauffement d'un vieux vin dans une nouvelle bouteille?

En matière de conception des coûts de stockage, Walrus estime que les frais de stockage de Filecoin et d'Arweave sont déraisonnables, les deux derniers adoptant une architecture de copie complète, dont l'avantage principal est que chaque nœud possède une copie complète, offrant une forte tolérance aux pannes et une indépendance entre les nœuds. Ce type d'architecture garantit que même si certains nœuds sont hors ligne, le réseau reste disponible en données. Cependant, cela signifie également que le système nécessite une redondance de multiples copies pour maintenir la robustesse, ce qui augmente les coûts de stockage. En particulier dans la conception d'Arweave, le mécanisme de consensus lui-même encourage le stockage redondant des nœuds pour améliorer la sécurité des données. En comparaison, Filecoin est plus flexible en matière de contrôle des coûts, mais le prix à payer est que certains stockages à bas coût peuvent présenter un risque de perte de données plus élevé. Walrus tente de trouver un équilibre entre les deux, son mécanisme contrôlant les coûts de copie tout en renforçant la disponibilité par une redondance structurée, établissant ainsi une nouvelle voie de compromis entre la disponibilité des données et l'efficacité des coûts.

La technologie Redstuff, créée par Walrus, est la clé pour réduire la redondance des nœuds. Elle provient du codage Reed-Solomon ( RS ). Le codage RS est un algorithme de code de correction d'erreurs très traditionnel. Le code de correction d'erreurs est une technique qui permet de doubler un jeu de données en ajoutant des segments redondants ( erasure code ), ce qui peut être utilisé pour reconstruire les données d'origine. Du CD-ROM aux communications par satellite en passant par les codes QR, il est fréquemment utilisé dans la vie quotidienne.

Les codes de correction d'erreurs permettent aux utilisateurs d'obtenir un bloc, par exemple de 1 Mo, puis de "l'agrandir" à 2 Mo, où le Mo supplémentaire est constitué de données spéciales appelées codes de correction d'erreurs. Si un octet du bloc est perdu, l'utilisateur peut facilement récupérer ces octets grâce aux codes. Même si jusqu'à 1 Mo de bloc est perdu, vous pouvez récupérer l'intégralité du bloc. La même technique permet à un ordinateur de lire toutes les données d'un CD-ROM, même si celui-ci a été endommagé.

Actuellement, le code RS est le plus couramment utilisé. La méthode de mise en œuvre consiste à partir de k blocs d'informations, à construire un polynôme correspondant et à l'évaluer à différentes coordonnées x pour obtenir des blocs codés. En utilisant le code de correction d'erreurs RS, la probabilité de perdre de gros blocs de données par échantillonnage aléatoire est très faible.

Par exemple : diviser un fichier en 6 blocs de données et 4 blocs de parité, soit un total de 10 parts. Il suffit de conserver n'importe quelle 6 parts pour pouvoir restaurer complètement les données d'origine.

Avantages : capacité de tolérance aux pannes élevée, largement utilisé dans les CD/DVD, les ensembles de disques durs anti-panne (RAID), ainsi que dans les systèmes de stockage cloud ( tels qu'Azure Storage, Facebook F4).

Inconvénients : décodage computationnel complexe, coûts élevés ; pas adapté aux scénarios de données à changements fréquents. Il est donc généralement utilisé pour la récupération et la planification des données dans des environnements centralisés hors chaîne.

Dans une architecture décentralisée, Storj et Sia ont ajusté le codage RS traditionnel pour s'adapter aux besoins réels des réseaux distribués. Walrus a également proposé sa propre variante - l'algorithme de codage RedStuff - pour réaliser un mécanisme de stockage redondant à coût réduit et plus flexible.

Quelle est la caractéristique principale de Redstuff ? En améliorant l'algorithme de codage de correction d'erreurs, Walrus peut rapidement et de manière robuste coder des blocs de données non structurées en fragments plus petits, qui sont stockés de manière distribuée dans un réseau de nœuds de stockage. Même si jusqu'à deux tiers des fragments sont perdus, il est possible de reconstruire rapidement le bloc de données d'origine à partir de fragments partiels. Cela devient possible tout en maintenant un facteur de réplication compris entre 4 et 5.

Ainsi, définir Walrus comme un enclos