Phi tập trung lưu trữ có còn xa không?

Lưu trữ từng là một trong những lĩnh vực nóng của ngành công nghiệp blockchain. Filecoin, như một dự án hàng đầu trong đợt tăng giá trước, có giá trị thị trường từng vượt qua 10 tỷ USD. Arweave tập trung vào lưu trữ vĩnh viễn, với giá trị thị trường cao nhất đạt 3,5 tỷ USD. Tuy nhiên, khi khả năng lưu trữ dữ liệu lạnh bị nghi ngờ, triển vọng phát triển của lưu trữ Phi tập trung cũng bị đặt dấu hỏi. Gần đây, sự xuất hiện của Walrus đã mang lại sự chú ý mới cho lĩnh vực lưu trữ đã yên tĩnh từ lâu, trong khi dự án Shelby do Aptos và Jump Crypto phát triển cố gắng có những bước đột phá trong lĩnh vực lưu trữ dữ liệu nóng. Bài viết này sẽ xuất phát từ lộ trình phát triển của bốn dự án Filecoin, Arweave, Walrus và Shelby, phân tích sự thay đổi trong câu chuyện lưu trữ Phi tập trung, và khám phá hướng phát triển tương lai của nó.

Filecoin: Bản chất đồng tiền khai thác dưới bề nổi của lưu trữ

Filecoin là một trong những dự án tiền điện tử nổi lên sớm, hướng phát triển của nó xoay quanh Phi tập trung. Filecoin cố gắng kết hợp lưu trữ với Phi tập trung, giải quyết vấn đề niềm tin đối với các nhà cung cấp dịch vụ lưu trữ dữ liệu tập trung. Tuy nhiên, một số sự đánh đổi được thực hiện để đạt được Phi tập trung lại trở thành những điểm đau mà các dự án sau này cố gắng giải quyết. Để hiểu rằng Filecoin về bản chất là một dự án tiền mã hóa, cần phải hiểu những hạn chế của công nghệ nền tảng IPFS trong việc xử lý dữ liệu nóng.

IPFS:Phi tập trung kiến trúc của nút thắt truyền tải

IPFS( Hệ thống tệp liên sao) được ra mắt vào khoảng năm 2015, nhằm mục đích cách mạng hóa giao thức HTTP truyền thống thông qua định danh nội dung. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất của IPFS là tốc độ truy xuất rất chậm. Trong thời đại dịch vụ dữ liệu truyền thống có thời gian phản hồi đạt mức mili giây, việc truy xuất một tệp từ IPFS vẫn mất hàng chục giây, điều này khiến nó khó có thể được áp dụng rộng rãi trong thực tế. Ngoài một số dự án blockchain, IPFS hiếm khi được các ngành công nghiệp truyền thống áp dụng.

Giao thức P2P nền tảng IPFS chủ yếu phù hợp với "dữ liệu lạnh", tức là nội dung tĩnh không thường xuyên thay đổi. Trong việc xử lý dữ liệu nóng, như trang web động, trò chơi trực tuyến hoặc ứng dụng AI, giao thức P2P không có lợi thế rõ ràng so với CDN truyền thống.

Mặc dù IPFS không phải là blockchain, nhưng thiết kế đồ thị không chu trình có hướng (DAG) của nó rất phù hợp với nhiều chuỗi công khai và giao thức Web3, khiến nó trở thành nền tảng lý tưởng cho blockchain. Do đó, ngay cả khi thiếu giá trị thực tiễn, IPFS như một nền tảng cho câu chuyện blockchain đã đủ. Các dự án giả mạo ban đầu chỉ cần một khung có thể hoạt động để bắt đầu kế hoạch vĩ đại, nhưng với sự phát triển của Filecoin, những vấn đề mà IPFS mang lại cũng bắt đầu cản trở sự tiến bộ của nó.

Lógica tiền xu dưới lớp lưu trữ

Thiết kế ban đầu của IPFS là để người dùng không chỉ lưu trữ dữ liệu mà còn trở thành một phần của mạng lưu trữ. Nhưng trong bối cảnh thiếu động lực kinh tế, người dùng rất khó để 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 riêng họ hoặc lưu trữ tệp của người khác. Chính trong bối cảnh như vậy, Filecoin ra đời.

Mô hình kinh tế token của Filecoin bao gồm ba vai trò chính: người dùng trả phí để lưu trữ dữ liệu; thợ mỏ lưu trữ nhận phần thưởng token vì đã lưu trữ dữ liệu của người dùng; thợ mỏ truy xuất cung cấp dữ liệu khi người dùng cần và nhận phần thưởng.

Mô hình này có không gian tiềm ẩn cho hành vi xấu. Các thợ mỏ lưu trữ có thể lấp đầy dữ liệu rác sau khi cung cấp không gian lưu trữ để nhận phần thưởng. Do các dữ liệu rác này sẽ không được truy xuất, nên ngay cả khi bị mất cũng sẽ không kích hoạt cơ chế phạt đối với thợ mỏ lưu trữ. Điều này cho phép thợ mỏ lưu trữ có thể xóa dữ liệu rác và lặp lại quá trình này. Đồng thuận bằng chứng sao chép của Filecoin chỉ có thể đảm bảo rằng dữ liệu của người dùng không bị xóa một cách trái phép, nhưng không thể ngăn chặn các thợ mỏ lấp đầy dữ liệu rác.

Việc vận hành của Filecoin phần lớn phụ thuộc vào sự đầu tư liên tục của các thợ mỏ 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 "logic tiền mỏ" thay vì định vị dự án lưu trữ "được thúc đẩy bởi ứng dụng".

Arweave: Thành công nhờ chủ nghĩa dài hạn, thất bại cũng do chủ nghĩa dài hạn

Nếu nói rằng mục tiêu của Filecoin là xây dựng một khung "đám mây dữ liệu" phi tập trung có thể khuyến khích 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 phối, 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 ở lại trên mạng. Chủ nghĩa dài hạn cực đoan này đã khiến Arweave khác biệt hoàn toàn với Filecoin từ cơ chế đến mô hình khuyến khích, từ yêu cầu phần cứng đến góc nhìn 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 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 tăng giá trước; cũng vì chủ nghĩa dài hạn, ngay cả khi rơi xuống đáy, Arweave vẫn có thể chịu đựng qua vài vòng thị trường bò và gấu. Chỉ là liệu lưu trữ phi tập trung trong tương lai có chỗ đứng cho Arweave hay 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 2.9 gần đây, mặc dù đã mất đi sự chú ý của thị trường, nhưng vẫn nỗ lực để cho một phạm vi rộng lớn hơn các thợ mỏ tham gia vào mạng với chi phí tối thiểu, và khuyến khích các thợ mỏ tối đa hóa lưu trữ dữ liệu, giúp tính ổn định của toàn bộ mạng không ngừng được nâng cao. Arweave hiểu rõ mình không phù hợp với sở thích của thị trường, đã chọn con đường thận trọng, không ôm ấp cộng đồng thợ mỏ, hệ sinh thái hoàn toàn ngừng trệ, nâng cấp mạng chính với chi phí tối thiểu, mà không làm tổn hại đến an ninh mạng, liên tục giảm bớt rào cản phần cứng.

Tóm tắt con đường nâng cấp từ 1.5-2.9

Phiên bản Arweave 1.5 đã tiết lộ một lỗ hổng cho phép thợ mỏ dựa vào việc chồng GPU thay vì lưu trữ thực tế để tối ưu hóa tỷ lệ tạo khối. 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 biệt, thay vào đó yêu cầu CPU thông dụng tham gia vào việc khai thác, từ đó làm giảm tình trạng 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 giản lược và giới thiệu giao dịch định dạng 2 để giảm gánh nặng đồng bộ. Kiến trúc này làm giảm áp lực băng thông mạng, giúp khả năng hợp tác của các nút được nâng cao 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 vào chỉ mục toàn cầu và truy cập ngẫu nhiên qua hàm băm chậm, buộc thợ mỏ phải thực sự sở hữu các khối dữ liệu để tham gia vào việc tạo khối hiệu quả, từ đó làm giảm hiệu ứng tích lũy sức mạnh tính toán về mặt cơ chế. Kết quả là, các thợ mỏ bắt đầu chú ý đến tốc độ truy cập lưu trữ, thúc đẩy việc sử 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 nhỏ và vừa.

Phiên bản tiếp theo sẽ tăng cường khả năng hợp tác mạng và đa dạng hóa lưu trữ: 2.7 thêm cơ chế khai thác hợp tác và nhóm khai thác, nâng cao năng lực cạnh tranh của các thợ mỏ nhỏ; 2.8 ra mắt cơ chế đóng gói phức hợp, cho phép thiết bị có dung lượng lớn và tốc độ thấp tham gia linh hoạt; 2.9 sẽ giới thiệu quy trình đóng gói mới theo định dạng replica_2_9, tăng cường hiệu quả và giảm phụ thuộc tính toán, hoàn thành vòng khép kín của mô hình khai thác dựa trên dữ liệu.

Xét về tổng thể, lộ trình nâng cấp của Arweave rõ ràng thể hiện chiến lược dài hạn hướng đến lưu trữ: trong khi liên tục chống lại xu hướng tập trung tính toán, vẫn giảm bớt rào cản tham gia, đảm bảo khả năng hoạt động lâu dài của giao thức.

Walrus: Ôm lấy dữ liệu nóng là sự thổi phồng hay có ý nghĩa khác?

Thiết kế của Walrus hoàn toàn khác biệt so với Filecoin và Arweave. Điểm xuất phát của Filecoin là xây dựng một hệ thống lưu trữ có thể xác minh và phi tập trung, đánh đổi bằng cách lưu trữ dữ liệu lạnh; điểm xuất phát của Arweave là tạo ra một thư viện Alexander trên chuỗi có thể lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn, nhưng đánh đổi bằng việc quá ít ứng dụng; điểm xuất phát 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 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. Cả hai đều áp dụng kiến trúc sao chép hoàn toàn, ưu điểm chính của chúng là mỗi nút đều có bản sao đầy đủ, có khả năng chịu lỗi mạnh mẽ và tính độc lập giữa các nút. Kiến trúc này đảm bảo rằng ngay cả khi một số nút ngoại tuyến, mạng vẫn có khả năng truy cập dữ liệu. Tuy nhiên, điều này cũng có nghĩa là hệ thống cần có độ dư thừa bản sao để duy trì tính linh hoạt, từ đó làm tăng chi phí lưu trữ. Đặc biệt trong thiết kế của Arweave, cơ chế đồng thuận bản thân khuyến khích lưu trữ dư thừa của các nút để tăng cường tính bảo mật của dữ liệu. So với đó, Filecoin có sự 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 nguy cơ mất 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 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 sự dư thừa của nút, nó xuất phát 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 nhân đôi tập dữ liệu bằng cách thêm các đoạn dư thừa, có thể được sử dụng để tái tạo dữ liệu gốc. Từ CD-ROM đến truyền thông vệ tinh đến mã vạch, nó thường được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày.

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

Ưu điểm: khả năng chịu lỗi cao, được ứng dụng rộng rãi trong CD/DVD, RAID( ổ đĩa cứng chống lỗi) và hệ thống lưu trữ đám mây( như Azure Storage, Facebook F4).

Nhược điểm: Giải mã tính toán phức tạp, chi phí cao; không thích hợp cho các tình huống dữ liệu thay đổi thường xuyên. Do đó thường được sử dụng cho phục hồi và điều phối dữ liệu trong môi trường tập trung phi tập trung.

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

Điểm đặc biệt nhất của Redstuff là gì? Thông qua việc cải tiến thuật toán mã hóa sửa lỗi, Walrus có khả năng nhanh chóng và ổn định mã hóa các khối dữ liệu phi cấu trúc thành các phân đoạn nhỏ hơn, những phân đoạn này sẽ được lưu trữ phân tán trong một mạng lưới nút lưu trữ. Ngay cả khi mất đến hai phần ba các phân đoạn, vẫn có thể tái cấu trúc nhanh chóng khối dữ liệu gốc bằng cách sử dụng một phần các phân đoạn. Điều này trở thành khả thi khi giữ cho hệ số sao chép chỉ từ 4 đến 5 lần.

Do đó, việc định nghĩa Walrus là một giao thức phục hồi và dư thừa nhẹ được thiết kế lại xung quanh cảnh phi tập trung là hợp lý. So với các mã sửa lỗi truyền thống ( như Reed-Solomon ), RedStuff không còn theo đuổi sự nhất quán toán học nghiêm ngặt, mà đã thực hiện những thỏa hiệp thực dụng về phân phối dữ liệu, xác minh lưu trữ và chi phí tính toán. Mô hình này từ bỏ cơ chế giải mã tức thì cần thiết cho lập lịch tập trung, thay vào đó sử dụng xác minh Proof trên chuỗi để kiểm tra xem nút có lưu giữ bản sao dữ liệu cụ thể hay không, từ đó thích ứng với cấu trúc mạng động và biên hóa hơn.

Cốt lõi thiết kế của RedStuff là phân tách dữ liệu thành hai loại: phần chính và phần phụ. Phần chính được sử dụng để phục hồi dữ liệu gốc, việc tạo ra và phân phối của nó phải tuân theo các ràng buộc nghiêm ngặt, ngưỡng phục hồi là f+1, và cần 2f+1 chữ ký để làm chứng cho khả năng sử dụng; phần phụ được tạo ra thông qua các phép toán đơn giản như kết hợp XOR, có tác dụng cung cấp khả năng chịu lỗi linh hoạt, nâng cao độ bền tổng thể của hệ thống.