Décentralisation du stockage : un long chemin de la conception à l'application

Le stockage a été l'un des secteurs les plus en vogue dans l'industrie de la blockchain. Filecoin, en tant que projet phare du dernier marché haussier, a vu sa capitalisation boursière dépasser 10 milliards de dollars. Pendant ce temps, Arweave, avec son argument de stockage permanent, a atteint une capitalisation maximale de 3,5 milliards de dollars. Cependant, avec la remise en question de l'utilité du stockage de données froides, la capacité du stockage décentralisé à vraiment se concrétiser est mise en doute.

Récemment, l'apparition de Walrus a apporté une nouvelle attention à un secteur de stockage longtemps silencieux. Le projet Shelby, lancé par Aptos en collaboration avec Jump Crypto, vise à porter le stockage décentralisé vers de nouveaux sommets dans le domaine des données chaudes. Alors, le stockage décentralisé peut-il renaître, ou n'est-ce qu'un nouveau tour de spéculation ? Cet article analysera l'évolution du stockage décentralisé en se basant sur les trajectoires de développement de quatre projets : Filecoin, Arweave, Walrus et Shelby, et discutera de ses perspectives de développement future.

Filecoin : nom de stockage, réalité de l'extraction

Filecoin est l'un des projets représentatifs qui a émergé tôt, et son orientation de développement s'articule autour de la Décentralisation. Cela correspond à la caractéristique générale des premiers altcoins : rechercher des cas d'application décentralisés dans divers domaines traditionnels. Filecoin combine le stockage avec la Décentralisation, visant à résoudre le problème de confiance des services de stockage centralisés. Cependant, certains compromis faits pour réaliser la Décentralisation sont devenus des points de douleur que les projets ultérieurs essaient de résoudre.

Pour comprendre que Filecoin est essentiellement une cryptomonnaie, il est nécessaire de comprendre les limitations objectives de sa technologie sous-jacente, l'IPFS, dans le cadre des applications de données chaudes.

IPFS: goulots d'étranglement de transmission dans une architecture de Décentralisation

Le système de fichiers interplanétaire IPFS( a été lancé vers 2015, visant à remplacer le protocole HTTP traditionnel par l'adressage de contenu. Cependant, le principal inconvénient d'IPFS est la lenteur d'accès. Alors que les services de données traditionnels peuvent atteindre des temps de réponse en millisecondes, il faut encore plusieurs secondes pour obtenir un fichier via IPFS, ce qui rend son adoption dans des applications pratiques difficile et explique pourquoi, en dehors de quelques projets blockchain, il est rarement utilisé par les industries traditionnelles.

Le protocole P2P de base d'IPFS est principalement adapté aux "données froides", c'est-à-dire aux contenus statiques peu susceptibles de changer, comme les vidéos, les images et les documents. Cependant, en ce qui concerne les données chaudes, telles que les pages web dynamiques, les jeux en ligne ou les applications d'IA, le protocole P2P n'offre pas d'avantages significatifs par rapport aux CDN traditionnels.

Bien que l'IPFS ne soit pas une blockchain en soi, le concept de conception DAG (Directed Acyclic Graph) qu'il utilise, ), est hautement compatible avec de nombreuses blockchains et protocoles Web3, ce qui le rend naturellement adapté en tant que cadre de construction sous-jacent pour les blockchains. Ainsi, même en l'absence de valeur pratique, il est déjà suffisant en tant que cadre sous-jacent pour porter le récit de la blockchain. Les projets initiaux n'ont besoin que d'un cadre fonctionnel pour réaliser une grande vision, mais lorsque Filecoin a atteint un certain stade de développement, les limitations apportées par l'IPFS ont commencé à entraver son avancement.

( Logique des pièces de monnaie sous une couche de stockage

Le design d'IPFS vise à permettre aux utilisateurs de stocker des données tout en faisant partie d'un réseau de stockage. Cependant, sans incitations économiques, il est difficile pour les utilisateurs d'utiliser ce système de manière volontaire, sans parler de devenir des nœuds de stockage actifs. Cela signifie que la plupart des utilisateurs ne feront que stocker des fichiers sur IPFS, mais ne contribueront pas avec leur espace de stockage et ne stockeront pas 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 obtiennent 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 espace potentiel pour des abus. Les mineurs de stockage peuvent, après avoir fourni de l'espace de stockage, remplir des données indésirables pour obtenir des récompenses. Étant donné que ces données indésirables 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 les données indésirables 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 illicitement, mais ne peut pas empêcher les mineurs de remplir des données indésirables.

Le fonctionnement de Filecoin dépend en grande partie de l'investissement continu des mineurs dans l'économie des tokens, plutôt que de la demande réelle 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 de la monnaie minière" qu'à la définition d'un projet de stockage "piloté par l'application".

Arweave : l'épée à double tranchant du long terme

Si l'objectif de conception de Filecoin est de construire un "cloud de données" décentralisé, incitatif et prouvable, alors Arweave prend une direction extrême dans le stockage : fournir la capacité de stockage permanent des données. Arweave ne tente pas de construire une plateforme de calcul distribué, son système entier se développe autour d'une hypothèse centrale : les données importantes devraient être stockées une fois pour toutes et rester à jamais sur le réseau. Ce long-termisme extrême fait qu'Arweave diffère considérablement de Filecoin, tant au niveau des mécanismes que des modèles d'incitation, des exigences matérielles aux perspectives narratives.

Arweave se concentre sur Bitcoin comme objet d'apprentissage, cherchant à 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 ou des tendances du marché. Il avance simplement sur le chemin de l'itération de l'architecture du réseau, indifférent même à l'indifférence des autres, car c'est là l'essence de l'équipe de développement d'Arweave : le long-termisme. Grâce à ce long-termisme, Arweave a été fortement plébiscité lors du dernier marché haussier ; et c'est également à cause de ce long-termisme qu'il pourrait survivre à plusieurs cycles haussiers et baissiers, même s'il tombe au fond du trou. Mais y a-t-il une place pour Arweave dans le stockage décentralisé de demain ? La valeur d'existence du stockage permanent ne peut être prouvée que par le temps.

Depuis la version 1.5 jusqu'à la version 2.9 récente, le réseau principal d'Arweave, bien qu'ayant perdu l'attention du marché, s'est toujours engagé à permettre à un plus grand nombre de mineurs de participer au réseau à moindre coût, tout en incitant les mineurs à stocker un maximum de données, ce qui améliore continuellement la robustesse de l'ensemble du réseau. Arweave est bien conscient de ne pas correspondre aux préférences du marché, c'est pourquoi il adopte une approche conservatrice, n'embrassant pas la communauté des mineurs, l'écosystème étant complètement stagné, et mettant à niveau 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 des GPU empilés 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 génériques au minage, afin d'atténuer la Décentralisation de la puissance de calcul.

Dans la version 2.0, Arweave adopte le SPoA, transformant la preuve de données en un chemin succinct 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 considérablement la capacité de collaboration des nœuds. Cependant, certains mineurs peuvent toujours échapper à la responsabilité de détention réelle des données 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, intégrant un index global et un accès aléatoire par hachage lent, obligeant les mineurs à détenir réellement des blocs de données pour participer à la production de blocs valide, affaiblissant ainsi mécaniquement l'effet d'accumulation de puissance de calcul. En conséquence, les mineurs ont commencé à se concentrer sur la vitesse d'accès au stockage, stimulant l'utilisation des SSD et des dispositifs de lecture/écriture haute vitesse. La version 2.6 a introduit une chaîne de hachage pour contrôler le rythme de production des blocs, équilibrant l'utilité marginale des équipements haute performance et offrant un espace de participation équitable pour les mineurs de taille intermédiaire et petite.

Les versions ultérieures renforcent davantage la capacité de collaboration réseau et la diversité de stockage : la version 2.7 ajoute un mécanisme de minage collaboratif et de pools de minage, améliorant la compétitivité des petits mineurs ; la version 2.8 introduit un mécanisme d'emballage composite, permettant aux appareils de grande capacité et à basse vitesse de participer de manière flexible ; la version 2.9 introduit un nouveau processus d'emballage au 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 continuant à résister à la tendance de la concentration de la puissance de calcul, il réduit continuellement le seuil de participation, garantissant ainsi la possibilité de fonctionnement à long terme du protocole.

Walrus: Une nouvelle tentative de stockage de données chaudes

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 on-chain qui peut stocker des données de manière permanente, au prix d'un nombre de cas d'utilisation 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 nouvelle bouteille pour du vieux vin?

En ce qui concerne la conception des coûts de stockage, Walrus estime que les dépenses de stockage de Filecoin et d'Arweave sont déraisonnables. Les deux derniers adoptent une architecture de réplication complète, dont l'avantage principal est que chaque nœud détient une copie complète, offrant ainsi 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 pour les données. Cependant, cela signifie également que le système nécessite une redondance de copies pour maintenir la robustesse, augmentant ainsi 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 revanche, Filecoin est plus flexible en matière de contrôle des coûts, mais cela implique que certains stockages à faible coût peuvent présenter un risque de perte de données plus élevé. Walrus tente de trouver un équilibre entre les deux, son mécanisme cherchant à contrôler les coûts de réplication tout en renforçant la disponibilité par un moyen 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 provient de l'encodage Reed-Solomon###RS###. L'encodage 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 ensemble de données en ajoutant des fragments redondants(erasure code), ce qui peut être utilisé pour reconstruire les données originales. Des 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'"étendre" à 2 Mo, où le Mo supplémentaire est constitué de données spéciales appelées codes de correction d'erreurs. Si un quelconque 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, l'ensemble du bloc peut être récupéré. 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 mise en œuvre consiste à partir de k blocs d'information, à construire des polynômes connexes et à les 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.

Quelle est la caractéristique principale de Redstuff ? Grâce à l'amélioration de l'algorithme de codage de correction d'erreur, Walrus peut encoder rapidement et de manière robuste des blocs de données non structurées en fragments plus petits, qui seront 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 de seulement 4 à 5 fois.

Il est donc raisonnable de définir Walrus comme un protocole léger de redondance et de récupération repensé autour d'un scénario de Décentralisation. Par rapport aux codes de correction traditionnels ( comme Reed-Solomon ), RedStuff ne cherche plus à atteindre une cohérence mathématique stricte, mais effectue 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, pour s'adapter à une structure de réseau plus dynamique et marginalisée en vérifiant sur la chaîne si les nœuds détiennent des copies spécifiques de données grâce à des preuves.

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 strictement contrôlées, le seuil de restauration étant de f+1, et nécessitant 2f+1 signatures comme garantie de disponibilité ; les tranches secondaires sont générées par des opérations simples telles que la combinaison par XOR, visant à fournir une tolérance d'erreur élastique et à améliorer la robustesse globale du système. Cette structure réduit essentiellement les exigences de cohérence des données - permettant à différents nœuds de stocker temporairement différentes versions des données, en soulignant le chemin pratique de "cohérence finale". Bien que cela soit similaire aux exigences assouplies sur les blocs de retour dans des systèmes comme Arweave, obtenant un certain effet sur la réduction de la charge du réseau, cela affaiblit également la disponibilité immédiate des données et la garantie d'intégrité.

Il ne faut pas ignorer que RedStuff a réalisé