Phi tập trung lưu trữ của tiến hóa: từ lý tưởng đến thực tế

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, có giá trị thị trường từng vượt quá 10 tỷ USD. Arweave với điểm mạnh là lưu trữ vĩnh viễn, đã đạt giá trị thị trường cao nhất là 3,5 tỷ USD. Tuy nhiên, khi những hạn chế của lưu trữ dữ liệu lạnh được tiết lộ, tính cần thiết của lưu trữ vĩnh viễn bị đặt ra câu hỏi, và triển vọng của Phi tập trung lưu trữ cũng bị nghi ngờ.

Sự xuất hiện của Walrus đã mang lại sức sống mới cho lĩnh vực lưu trữ đã im ắng từ lâu. Hiện nay, Aptos hợp tác với Jump Crypto ra mắt Shelby, nhằm đưa Phi tập trung lưu trữ trong lĩnh vực dữ liệu nóng lên một tầm cao mới. Vậy, liệu Phi tập trung lưu trữ có thể quay trở lại, cung cấp giải pháp cho nhiều ứng dụng khác nhau? Hay chỉ đơn thuần là một đợt lừa đảo khác? Bài viết này sẽ bắt đầu từ lộ trình phát triển của bốn dự án: Filecoin, Arweave, Walrus và Shelby, phân tích quá trình biến đổi của câu chuyện Phi tập trung lưu trữ, khám phá triển vọng tương lai của con đường phổ biến Phi tập trung lưu trữ.

Filecoin: Tên lưu trữ, thực tế khai thác

Filecoin là một trong những dự án tiền điện tử nổi bật từ sớm, và hướng phát triển của nó tự nhiên xoay quanh Phi tập trung. Đây là đặc điểm chung của các dự án tiền điện tử sớm - tìm kiếm ý nghĩa của Phi tập trung trong các lĩnh vực truyền thống khác nhau. Filecoin cũng không phải là ngoại lệ, nó liên kết lưu trữ với Phi tập trung, do đó tự nhiên chỉ ra những bất lợi của lưu trữ dữ liệu tập trung: giả định về niềm tin vào các nhà cung cấp dịch vụ lưu trữ tập trung. Do đó, mục tiêu của Filecoin là chuyển đổi lưu trữ tập trung sang lưu trữ Phi tập trung. Tuy nhiên, một số khía cạnh đã bị hy sinh để đạt được Phi tập trung sau đó trở thành những điểm đau mà các dự án như Arweave hoặc Walrus 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 để xử lý dữ liệu nóng.

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

IPFS( Hệ thống tệp giữa các vì sao) đã ra đời vào khoảng năm 2015, nhằm mục đích lật đổ giao thức HTTP truyền thống thông qua việc định danh nội dung. Nhược điểm 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 thời gian phản hồi trong mili giây, việc truy xuất một tệp từ IPFS vẫn mất hàng chục giây, điều này khiến nó khó có thể được phổ biến trong ứng dụng thực tế, cũng giải thích lý do tại sao ngoài một số dự án blockchain, nó hiếm khi được các ngành công nghiệp truyền thống áp dụng.

Giao thức P2P dưới tầng IPFS chủ yếu phù hợp với "dữ liệu lạnh", tức là nội dung tĩnh không thường thay đổi, chẳng hạn như video, hình ảnh và tài liệu. Tuy nhiên, trong việc xử lý dữ liệu nóng, chẳng hạn như trang web động, trò chơi trực tuyến hoặc ứng dụng trí tuệ nhân tạo, giao thức P2P không có lợi thế rõ ràng so với CDN truyền thống.

Mặc dù IPFS bản thân không phải là blockchain, nhưng thiết kế dựa trên 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 tự nhiên trở thành khung xây dựng cơ sở cho blockchain. Do đó, ngay cả khi nó không có giá trị thực tiễn, nhưng với tư cách là một khung nền tảng để kể câu chuyện về blockchain thì đã đủ, các dự án tiền điện tử ban đầu chỉ cần một khung có thể hoạt động là có thể bắt đầu giấc mơ vĩ đại, nhưng khi Filecoin phát triển đến một giai đoạn nhất định, những hạn chế mà IPFS mang lại bắt đầu cản trở sự tiến bộ của nó.

Logic của tiền mã hóa dưới lớp lưu trữ

Thiết kế của IPFS nhằm mục đích cho phép người dùng lưu trữ dữ liệu đồng thời cũng là một phần của mạng lưu trữ. Tuy nhiên, trong bối cảnh không có động lực kinh tế, rất khó để người dùng tự nguyện sử dụng hệ thống này, chưa nói đến việc trở thành các nút lưu trữ hoạt động. Điều này có nghĩa là, hầu hết người dùng chỉ lưu trữ tệp trên IPFS mà không đóng góp không gian lưu trữ của 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 do 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 mỏ lưu trữ có thể điền dữ liệu rác sau khi cung cấp không gian lưu trữ để nhận thưởng. Do những dữ liệu rác này sẽ không được truy xuất, nên ngay cả khi chúng bị mất, cũng sẽ không kích hoạt cơ chế phạt cho các thợ mỏ lưu trữ. Điều này cho phép các thợ mỏ lưu trữ xóa dữ liệu rác và lặp lại quy trình này. Sự đồng thuận chứng minh sao chép của Filecoin chỉ có thể đảm bảo rằng dữ liệu của người dùng không bị xóa riêng lẻ, nhưng không thể ngăn chặn các thợ mỏ điền dữ liệu rác.

Hoạt động của Filecoin chủ yếu phụ thuộc vào việc các thợ mỏ liên tục đầu tư vào kinh tế token, thay vì dựa vào 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" thay vì "dự án lưu trữ do ứng dụng dẫn dắt".

Arweave: Thành công nhờ chủ nghĩa dài hạn, thất bại do 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, toàn bộ hệ thống của nó xoay quanh một giả thuyết 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 đã khiến Arweave khác biệt hoàn toàn với Filecoin từ cơ chế đến mô hình kích thích, từ yêu cầu phần cứng đến góc độ kể chuyện.

Arweave lấy Bitcoin làm đối tượng học tập, cố gắng tối ưu hóa mạng lưu trữ vĩnh viễn của mình trong một 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 bước trên con đường lặp lại kiến trúc mạng, ngay cả khi không ai quan tâm, cũng không để 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 đợt bull market trước; cũng nhờ vào chủ nghĩa dài hạn, ngay cả khi rơi xuống đáy, Arweave vẫn có thể vượt qua vài vòng bull và bear. Chỉ là trong tương lai, liệu lưu trữ Phi tập trung có 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 đây nhất 2.9, mặc dù đã mất đi sự chú ý của thị trường, nhưng vẫn đang nỗ lực để cho một phạm vi rộng hơn các thợ mỏ tham gia vào mạng với chi phí tối thiểu, và khuyến khích các thợ mỏ lưu trữ dữ liệu tối đa, giúp tăng cường độ bền vững của toàn bộ mạng. Arweave đã chọn con đường bảo thủ khi nhận thức rõ rằng mình không phù hợp với sở thích của thị trường, không ôm lấy cộng đồng thợ mỏ, hệ sinh thái hoàn toàn đình trệ, nâng cấp mạng chính với chi phí tối thiểu, không làm tổn hại đến sự an toàn của mạng, liên tục hạ thấp ngưỡng phần cứng.

Tổng quan về con đường nâng cấp 1.5-2.9

Phiên bản Arweave 1.5 đã phát hiện ra lỗ hổng cho phép thợ mỏ dựa vào GPU để tối ưu hóa xác suất tạo khối thay vì lưu trữ thực tế. 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, thay vào đó yêu cầu CPU đa năng tham gia vào việc khai thác, từ đó làm yếu đi tính 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, và giới thiệu giao dịch định dạng 2 để giảm gánh nặng đồng bộ. Kiến trúc này giảm áp lực băng thông mạng, làm tăng khả năng hợp tác giữa các nút một cách đáng kể. Tuy nhiên, một số thợ mỏ vẫn có thể tránh trách nhiệm 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 thợ mỏ phải thực sự nắm giữ khối dữ liệu để tham gia vào việc tạo khối hợp lệ, từ đó làm giảm hiệu ứng xếp chồng sức mạnh tính toán về mặt cơ chế. Kết quả là, 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 đa dạng hóa lưu trữ: 2.7 thêm cơ chế khai thác hợp tác và bể khai thác, nâng cao sức cạnh tranh của thợ mỏ nhỏ; 2.8 ra mắt cơ chế đóng gói phức hợp, cho phép thiết bị dung lượng lớn tốc độ thấp tham gia linh hoạt; 2.9 thì giới thiệu quy trình đóng gói mới theo định dạng replica_2_9, nâng cao đáng kể hiệu suất và giảm phụ thuộc tính toán, hoàn thành mô hình khai thác hướng dữ liệu.

Nhìn chung, lộ trình nâng cấp của Arweave rõ ràng thể hiện chiến lược dài hạn hướng tới lưu trữ: đồng thời kháng cự xu hướng tập trung sức mạnh tính toán, liên tục giảm bớt rào cản tham gia, đảm bảo khả năng hoạt động 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, hoàn toàn khác với Filecoin và Arweave. Điểm khởi đầu của Filecoin là xây dựng một hệ thống lưu trữ phi tập trung có thể xác minh, với cái giá là lưu trữ dữ liệu lạnh; Điểm khởi đầu của Arweave là tạo ra một thư viện Alexandria trên chuỗi có thể lưu trữ dữ liệu mãi mãi, với cái giá là quá ít kịch bản; Điểm khởi đầu của Walrus là tối ưu hóa chi phí lưu trữ cho giao thức lưu trữ dữ liệu nóng.

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

Trong thiết kế chi phí lưu trữ, Walrus cho rằng chi phí lưu trữ của Filecoin và Arweave là không hợp lý, hai hệ thống này 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 sự độc lập giữa các nút. Kiến trúc này đảm bảo rằng ngay cả khi một số nút bị ngoại tuyến, mạng vẫn có khả năng truy cập 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 tự nó khuyến khích việc lưu trữ dư thừa của các nút để tăng cường tính bảo mật 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 mát 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 khả năng sử dụng thông qua cách dư thừa có cấu trúc, từ đó thiết lập một con đường thỏa hiệp mới giữa khả năng truy cập dữ liệu và hiệu quả chi phí.

Công nghệ Redstuff do Walrus tự phát triển là kỹ thuật then chốt để giảm thiểu độ dư thừa của nút, nó được lấy cảm hứng từ mã Reed-Solomon(RS). Mã RS là một thuật toán mã sửa lỗi rất truyền thống, mã sửa lỗi là một kỹ thuật cho phép tăng gấp đôi bộ dữ liệu bằng cách thêm các đoạn dư (erasure code), có thể được sử dụng để tái tạo dữ liệu gốc. Từ CD-ROM đến truyền thông vệ tinh cho đến mã QR, nó thường được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày.

Mã sửa chữa cho phép người dùng lấy một khối, ví dụ 1MB, sau đó "mở rộng" nó lên 2MB, trong đó 1MB bổ sung là dữ liệu đặc biệt được gọi là mã sửa chữa. Nếu bất kỳ byte nào trong khối bị mất, người dùng có thể dễ dàng phục hồi những byte này thông qua mã. Ngay cả khi tối đa 1MB khối 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 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 nhận được các khối mã. Sử dụng mã sửa lỗi RS, khả năng mất 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 lại bất kỳ 6 phần nào trong số đó, bạn có thể phục hồi hoàn toàn dữ liệu gốc.

Ưu điểm: khả năng chịu lỗi cao, được ứng dụng rộng rãi trong CD/DVD, hệ thống ổ đĩa cứng RAID( chống lỗi), cũng như trong các 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 trong môi trường tập trung phi tập trung bên ngoài chuỗi để phục hồi và lên lịch dữ liệu.

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

Điều đặc biệt 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 nút lưu trữ. Ngay cả khi mất tới hai phần ba các mảnh, vẫn có thể nhanh chóng tái tạo lại khối dữ liệu gốc bằng cách sử dụng một phần các mảnh. Điều này trở nên khả thi khi giữ cho hệ số sao chép chỉ từ 4 đến 5 lần.

Do đó, định nghĩa Walrus là một vòng