Décentralisation du stockage : un long chemin de la théorie à la pratique

La décentralisation du stockage a été l'un des secteurs les plus en vue de l'industrie de la blockchain. Filecoin, en tant que projet phare de la dernière bulle, a vu sa capitalisation boursière dépasser les dix milliards de dollars à un moment donné. Arweave, avec son concept de stockage permanent, a également atteint une capitalisation boursière de 3,5 milliards de dollars. Cependant, alors que la disponibilité du stockage de données froides est remise en question, la nécessité du stockage permanent est également mise en doute, et la question de savoir si la décentralisation du stockage peut réellement se concrétiser reste en suspens.

Récemment, l'apparition de Walrus a apporté une nouvelle vitalité à un secteur de stockage longtemps silencieux. Le projet Shelby, lancé en collaboration entre Aptos et Jump Crypto, tente de réaliser une percée dans le domaine du stockage de données chaudes. Alors, la décentralisation du stockage a-t-elle une chance de revenir sur le devant de la scène, offrant des solutions pour des cas d'utilisation variés ? Ou s'agit-il simplement d'un nouveau tour de spéculation sur les concepts ? Cet article analysera les trajectoires de développement des quatre projets : Filecoin, Arweave, Walrus et Shelby, explorant les évolutions narratives du stockage décentralisé, et tentera de répondre à cette question : quel est le chemin restant avant la généralisation du stockage décentralisé ?

Filecoin : le stockage n'est qu'une apparence, le minage est l'essence.

Filecoin est l'une des cryptomonnaies émergentes des débuts, et son orientation de développement s'articule naturellement autour de la Décentralisation. C'est une caractéristique commune des premières cryptomonnaies - chercher le sens de la Décentralisation dans divers domaines traditionnels. Filecoin ne fait pas exception, il lie le stockage à la Décentralisation, soulignant les problèmes de confiance des fournisseurs de services de stockage de données centralisés. Par conséquent, l'objectif de Filecoin est de passer du stockage centralisé au stockage décentralisé. Cependant, certains aspects sacrifiés dans le processus de réalisation de la Décentralisation sont précisément les points de douleur que des projets ultérieurs comme Arweave ou Walrus essaient de résoudre. Pour comprendre pourquoi Filecoin est en réalité juste une monnaie minière, il est nécessaire de comprendre les limites objectives de sa technologie sous-jacente, IPFS, qui n'est pas adaptée au traitement des données chaudes.

IPFS : le goulot d'étranglement de transmission de l'architecture décentralisée

Le système de fichiers interplanétaire IPFS( a été lancé vers 2015, visant à révolutionner le protocole HTTP traditionnel par l'adressage par contenu. Le principal inconvénient d'IPFS est sa vitesse d'accès 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, l'accès à un fichier via IPFS prend encore plusieurs secondes, ce qui rend difficile sa promotion dans les applications pratiques et explique pourquoi, à l'exception de quelques projets blockchain, il est rarement adopté par l'industrie traditionnelle.

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 les vidéos, les images et les documents. Cependant, en ce qui concerne 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 que l'IPFS ne soit pas lui-même une blockchain, le concept de conception de son graphe acyclique dirigé )DAG( s'aligne étroitement avec de nombreuses chaînes publiques et protocoles Web3, ce qui en fait un cadre de construction sous-jacent naturellement adapté pour les blockchains. Ainsi, même s'il n'a pas de valeur utilitaire, en tant que cadre de base portant le récit de la blockchain, il est déjà suffisant ; les projets de clones précoces n'ont besoin que d'un cadre fonctionnel pour commencer à explorer l'univers. Cependant, lorsque Filecoin a atteint un certain stade de développement, les défauts majeurs introduits par l'IPFS ont commencé à entraver son avancée.

) Logique des pièces de monnaie sous l'enveloppe de stockage

Le design d'IPFS a été conçu pour permettre aux utilisateurs de stocker des données tout en faisant partie d'un réseau de stockage. Cependant, sans incitation économique, 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 stockeront que des fichiers sur IPFS sans contribuer avec leur propre espace de stockage ni stocker les fichiers des autres. C'est dans ce contexte que Filecoin a vu le jour.

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

Ce modèle présente un potentiel d'espace de malveillance. Les mineurs de stockage peuvent remplir des données inutiles après avoir fourni de l'espace de stockage 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 pour les 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 clandestinement, mais ne peut pas empêcher les mineurs de remplir des données inutiles.

Le fonctionnement de Filecoin dépend en grande partie de l'investissement continu des mineurs dans l'économie des tokens, plutôt que de la véritable demande des utilisateurs finaux pour le stockage décentralisé. Bien que le projet continue d'itérer, à ce stade, la construction de l'écosystème de Filecoin correspond davantage à la "logique des mineurs" qu'à la définition d'un projet de stockage "piloté par l'application".

Arweave : Réussite par le long terme, échec par le long terme

Si l'objectif de conception de Filecoin est de construire une "cloud de données" décentralisé, incitatif et vérifiable, alors Arweave prend une direction extrême dans le stockage : fournir la capacité de stockage permanent des données. Arweave n'essaie pas de construire une plateforme de calcul distribuée, tout son système s'articule autour d'une hypothèse centrale - les données importantes doivent être stockées une fois pour toutes et rester éternellement sur le réseau. Ce long terme extrême fait qu'Arweave diffère considérablement de Filecoin en termes de mécanisme, de modèle d'incitation, de besoins matériels et de perspective narrative.

Arweave utilise le Bitcoin comme objet d'étude, tentant d'optimiser continuellement son réseau de stockage permanent sur de longues périodes mesurées en années. Arweave ne se soucie pas du marketing, ni des concurrents ou des tendances du marché. Il avance simplement sur le chemin d'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 chaudement accueilli lors du dernier marché haussier ; et en raison du long-termisme, même après avoir chuté au plus bas, Arweave pourrait encore survivre à plusieurs cycles de hausses et de baisses. Mais l'avenir du stockage décentralisé aura-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 en popularité sur le marché, il s'est toujours efforcé de permettre à un plus large éventail de mineurs de participer au réseau à moindre coût, et d'inciter les mineurs à stocker un maximum de données, renforçant ainsi la robustesse du réseau dans son ensemble. Arweave est bien conscient de ne pas correspondre aux préférences du marché, c'est pourquoi il a adopté une approche conservatrice, ne s'alliant pas aux communautés de mineurs, avec un écosystème complètement stagné, cherchant à mettre à niveau le réseau principal à moindre coût, tout en continuant à abaisser le seuil matériel sans compromettre la sécurité du réseau.

Retour sur le 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 se fier à l'empilement de GPU plutôt qu'à un stockage réel pour optimiser leurs chances de production de blocs. Pour contrer cette tendance, la version 1.7 a introduit l'algorithme RandomX, limitant l'utilisation de puissance de calcul spécialisée et exigeant plutôt la participation de CPU génériques pour le minage, afin d'affaiblir 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 les transactions de format 2 pour réduire la charge de synchronisation. Cette architecture atténue la pression sur la bande passante du réseau, améliorant considérablement la capacité de collaboration des nœuds. Cependant, certains mineurs peuvent encore éviter la responsabilité de la détention réelle des données grâce à une stratégie de pools de stockage centralisés à haute vitesse.

Pour corriger ce biais, la version 2.4 introduit le mécanisme SPoRA, qui intègre un index global et un accès aléatoire par hachage lent, obligeant les mineurs à posséder réellement des blocs de données pour participer à la création efficace de blocs, ce qui affaiblit mécaniquement l'effet d'accumulation de puissance de calcul. Le résultat est que les mineurs commencent à se concentrer sur la vitesse d'accès au stockage, ce qui stimule l'application des SSD et des dispositifs de lecture/écriture à haute vitesse. La version 2.6 introduit une chaîne de hachage pour contrôler le rythme de création de blocs, équilibrant l'utilité marginale des équipements haute performance et offrant un espace de participation équitable aux mineurs de petite et moyenne taille.

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

Dans l'ensemble, le chemin de mise à niveau d'Arweave présente clairement sa stratégie à long terme axée sur le stockage : tout en résistant continuellement à la tendance de concentration de la puissance de calcul, il réduit constamment les barrières à l'entrée, garantissant 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 de plus profond ?

La conception de Walrus est complètement différente de celle de Filecoin et d'Arweave. Le point de départ de Filecoin est de créer un système de stockage décentralisé et vérifiable, au prix du stockage de données froides ; le point de départ d'Arweave est de créer une bibliothèque d'Alexandrie sur la chaîne pouvant stocker des données de manière permanente, au prix d'un trop peu de scénarios ; le point de départ de Walrus est d'optimiser le coût de stockage du protocole de stockage de données chaudes.

Magic modification of error correction codes : innovation de coût ou réinvention de l'ancien ?

Dans le domaine de la conception des coûts de stockage, Walrus estime que les frais de stockage de Filecoin et d'Arweave ne sont pas raisonnables, les deux derniers utilisant une architecture de réplication complète. Leur principal avantage réside dans le fait que chaque nœud détient 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 conserve la disponibilité des données. Cependant, cela signifie également que le système nécessite une redondance de plusieurs copies pour maintenir sa robustesse, ce qui augmente les coûts de stockage. En particulier, dans la conception d'Arweave, le mécanisme de consensus encourage lui-même le stockage redondant des nœuds pour renforcer la sécurité des données. En revanche, Filecoin est plus flexible en matière de contrôle des coûts, mais au prix d'un risque de perte de données plus élevé pour certains stockages à faible coût. Walrus cherche à trouver un équilibre entre les deux, son mécanisme contrôlant les coûts de réplication tout en renforçant la disponibilité par une approche de 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 est dérivée du codage Reed-Solomon###RS(. Le codage RS est un algorithme de code de correction d'erreurs très traditionnel. Les codes de correction d'erreurs sont une technique qui permet de doubler un ensemble de données en ajoutant des segments redondants)erasure code(, ce qui peut être utilisé pour reconstruire les données originales. 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'ensemble du bloc. La même technique permet aux ordinateurs de lire toutes les données d'un CD-ROM, même si celui-ci est endommagé.

Actuellement, le code RS est le plus couramment utilisé. La méthode de réalisation consiste à partir de k blocs d'informations, à construire des polynômes connexes et à les évaluer à différents x pour obtenir des blocs codés. En utilisant le code de correction RS, la probabilité de perdre de grands blocs de données par échantillonnage aléatoire est très faible.

Quelle est la principale caractéristique de RedStuff ? En améliorant l'algorithme de codage de correction d'erreurs, Walrus peut encoder rapidement et de manière robuste 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 en utilisant une partie des fragments. Cela devient possible tout en maintenant un facteur de duplication de seulement 4 à 5 fois.

Il est donc raisonnable de définir Walrus comme un protocole léger de redondance et de récupération redessiné autour d'un scénario de Décentralisation. Contrairement aux codes de correction d'erreurs traditionnels ) tels que Reed-Solomon (, RedStuff ne vise plus une cohérence mathématique stricte, mais a plutôt effectué des compromis réalistes concernant la distribution des données, la vérification du stockage et le coût de calcul. Ce modèle abandonne le mécanisme de décodage instantané requis par la planification centralisée et passe à une vérification proof sur la chaîne pour déterminer si les nœuds détiennent des copies spécifiques de données, s'adaptant ainsi à une structure réseau plus dynamique et marginalisée.

Le cœur de la conception de RedStuff est de diviser les données en deux catégories : les tranches principales et les tranches secondaires. Les tranches principales sont utilisées pour restaurer les données originales, leur génération et leur distribution étant soumises à des contraintes strictes, le seuil de restauration étant de f+1, et nécessitant 2f+1 signatures comme garantie de disponibilité ; les tranches secondaires sont ensuite produites par