Phi tập trung lưu trữ của sự tiến hóa: từ chủ nghĩa lý tưởng đến chủ nghĩa hiện thực

Lưu trữ từng là một trong những câu chuyện nổi bật của ngành công nghiệp blockchain. Filecoin, như một dự án hàng đầu trong đợt tăng giá trước đó, có giá trị thị trường từng vượt qua 10 tỷ USD. Arweave với điểm bán hàng là lưu trữ vĩnh viễn, có giá trị thị trường cao nhất đạt 3,5 tỷ USD. Tuy nhiên, khi tính khả dụng của lưu trữ dữ liệu lạnh bị nghi ngờ, tính cần thiết của lưu trữ vĩnh viễn cũng bị đặt dấu hỏi, liệu lưu trữ Phi tập trung có thực sự có thể trở thành hiện thực hay không vẫn là một câu hỏi chưa có lời giải.

Sự xuất hiện của Walrus đã mang lại một chút sinh khí cho lĩnh vực lưu trữ vốn đã im ắng từ lâu. Gần đây, dự án Shelby được ra mắt bởi Aptos và Jump Crypto nhằm nâng cao lưu trữ phi tập trung trong lĩnh vực dữ liệu nóng lên một tầm cao mới. Vậy, liệu lưu trữ phi tập trung có thể trở lại và cung cấp giải pháp cho các tình huống ứng dụng rộng rãi hơn? Hay chỉ đơn giản là một đợt thổi phồng khác? Bài viết này sẽ phân tích lịch sử biến chuyển của câu chuyện lưu trữ phi tập trung thông qua sự phát triển của bốn dự án: Filecoin, Arweave, Walrus và Shelby, đồng thời thảo luận về khả năng phổ biến của lưu trữ phi tập trung.

Filecoin: Lưu trữ chỉ là bề ngoài, khai thác mới là bản chất

Filecoin là một trong những dự án tiền điện tử đầu tiên nổi lên, 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 đầu tiên - tức là tìm kiếm ý nghĩa của Phi tập trung trong các lĩnh vực truyền thống khác nhau. Filecoin cũng không phải là ngoại lệ, nó kết nối lưu trữ với Phi tập trung, từ đó chỉ ra một cách tự nhiên những bất lợi của dịch vụ lưu trữ dữ liệu tập trung: giả định về niềm tin vào các nhà cung cấp lưu trữ tập trung. Do đó, mục tiêu của Filecoin là chuyển đổi lưu trữ tập trung thành lưu trữ Phi tập trung. Tuy nhiên, một số thỏa hiệp được thực hiện để đạt được Phi tập trung đã trở thành những điểm đau mà các dự án sau này 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 trong truyền tải

IPFS( Hệ thống tệp liên hành tinh) đã ra mắt vào khoảng năm 2015, nhằm mục đích cách mạng hóa giao thức HTTP truyền thống thông qua việc định địa chỉ nội dung. Nhược điểm lớn nhất của IPFS là tốc độ truy cập cực kỳ chậm. Trong thời đại mà các nhà cung cấp dịch vụ dữ liệu truyền thống có thể đạt được phản hồi trong mili giây, việc lấy một tệp từ IPFS vẫn mất hàng chục giây, điều này khiến nó khó có thể được áp dụng trong thực tế, cũng giải thích lý do tại sao nó hiếm khi được các ngành công nghiệp truyền thống áp dụng, ngoại trừ một số dự án blockchain.

Giao thức P2P ở tầng IPFS chủ yếu phù hợp với "dữ liệu lạnh", tức là nội dung tĩnh không thường xuyên thay đổi, 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 rệt so với CDN truyền thống.

Mặc dù IPFS không phải là blockchain, nhưng thiết kế đồ thị có hướng không chu trình (DAG) mà nó áp dụng rất phù hợp với nhiều chuỗi công khai và giao thức Web3, làm cho nó tự nhiên thích hợp làm khung xây dựng cơ sở cho blockchain. Vì vậy, ngay cả khi nó không có giá trị thực tiễn, nhưng như một khung nền tảng để chứa đựng câu chuyện blockchain thì đã đủ, các dự án nhái ban đầu chỉ cần một khung có thể chạy là có thể bắt đầu khám phá những điều mới mẻ. Nhưng khi Filecoin phát triển đến một giai đoạn nhất định, những điểm yếu mà IPFS mang lại bắt đầu cản trở sự phát triển tiếp theo của nó.

Logic của đồng xu trong lớp lưu trữ

Mục đích ban đầu của thiết kế IPFS là cho phép người dùng vừa lưu trữ dữ liệu, vừa trở thành một phần của mạng lưu trữ. Tuy nhiên, trong bối cảnh thiếu động lực kinh tế, người dùng rất khó 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, cũng như không lưu trữ tệp của người khác. Chính trong bối cảnh này, 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 vì đã 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 có 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. Vì dữ liệu rác này sẽ không được truy xuất, ngay cả khi chúng bị mất, cũng sẽ không kích hoạt cơ chế phạt cho thợ mỏ lưu trữ. Điều này cho phép thợ mỏ lưu trữ có thể xóa dữ liệu rác và lặp lại quá 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 một cách trái phép, nhưng không thể ngăn chặn thợ mỏ điền dữ liệu rác.

Việc vận hành của Filecoin chủ yếu phụ thuộc vào sự đầu tư liên tục của các thợ mỏ vào nền kinh tế token, chứ không phải dựa trên nhu cầu thực sự của người dùng cuối đối với lưu trữ phi tập trung. Mặc dù dự án vẫn đang liên tục cải tiến, nhưng ở giai đoạn hiện tại, việc xây dựng hệ sinh thái của Filecoin phù hợp hơn với định nghĩa "logic thợ mỏ" hơn là "dự án lưu trữ ứng dụng".

Arweave: Thành công từ chủ nghĩa dài hạn, thất bại từ 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 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 tán, toàn bộ hệ thống của nó xoay quanh một giả định cốt lõi - dữ liệu quan trọng nên được lưu trữ một lần và luôn luôn tồn tại trên mạng. Chủ nghĩa lâu dài cực đoan này khiến Arweave khác biệt với Filecoin từ mô hình cơ chế đến mô hình khuyến khích, từ nhu cầu phần cứng đến góc độ kể chuyện.

Arweave sử dụng Bitcoin làm đối tượng học tập, cố gắng tối ưu hóa mạng lưu trữ vĩnh viễn của mình trong một chu kỳ dài tính theo 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 bận 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 thị trường bò trước đó; cũng vì chủ nghĩa dài hạn, ngay cả khi rơi xuống đáy, Arweave vẫn có thể vượt qua vài vòng bò gấu. Chỉ có điều, 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 bàn luận sôi nổi trên thị trường, nhưng vẫn nỗ lực để cho một phạm vi rộng hơn của các thợ mỏ tham gia vào mạng với chi phí tối thiểu, và khuyến khích các thợ mỏ tối đa hóa việc lưu trữ dữ liệu, giúp tăng cường tính ổn định của toàn bộ mạng. Arweave hiểu rõ rằng mình không phù hợp với sở thích của thị trường, vì vậy đã chọn con đường bảo thủ, không ôm lấy cộng đồng thợ mỏ, hệ sinh thái hoàn toàn ngừng phát triển, nâng cấp mạng chính với chi phí tối thiểu, liên tục giảm mức yêu cầu phần cứng mà không làm tổn hại đến an ninh mạng.

Lịch sử nâng cấp từ 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 khả năng tạo khối thay vì lưu trữ thực. Để ngăn chặn 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 đào, từ đó làm yếu đi sự 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 đơn giản và giới thiệu giao dịch định dạng 2 để giảm tải đồng bộ. Kiến trúc này giảm áp lực băng thông mạng, giúp khả năng hợp tác của các nút được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, một số thợ mỏ vẫn có thể tránh trách nhiệm nắm giữ dữ liệu thực thông qua chiến lược hồ chứa lưu trữ tốc độ cao tập trung.

Để khắc phục sự thiên lệch này, 2.4 giới thiệu cơ chế SPoRA, đưa vào chỉ mục toàn cầu và truy cập ngẫu nhiên bằng hàm băm chậm, buộc thợ mỏ phải thực sự nắm giữ 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, thợ mỏ bắt đầu chú ý đến tốc độ truy cập lưu trữ, thúc đẩy ứng dụng SSD và thiết bị đọc/ghi tốc độ cao. 2.6 giới thiệu chuỗi băm để kiểm soát nhịp độ tạo khối, cân bằng lợi ích biên của thiết bị hiệu suất cao, tạo ra không gian tham gia công bằng cho các thợ mỏ nhỏ và vừa.

Các phiên bản tiếp theo củng cố khả năng hợp tác mạng và sự đa dạng lưu trữ: 2.7 tăng cường khai thác hợp tác và cơ chế bể khai thác, nâng cao khả năng cạnh tranh của các 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, tăng cường hiệu quả đáng kể và giảm sự phụ thuộc vào tính toán, hoàn thành mô hình khai thác định hướng dữ liệu trong chu trình khép kín.

Tổng thể mà nói, lộ trình nâng cấp của Arweave rõ ràng thể hiện chiến lược lâu dài hướng đến lưu trữ: trong khi liên tục chống lại xu hướng tập trung sức mạnh tính toán, đồng thời giảm bớt rào cản tham gia, đảm bảo khả năng vận hành 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 biệt 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 xây dựng một thư viện Alexandria trên chuỗi có thể lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn, 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 sửa mã chỉnh sửa: Đổi mới chi phí hay rượu cũ trong chai mới?

Về thiết kế chi phí lưu trữ, Walrus cho rằng chi phí lưu trữ của Filecoin và Arweave là không hợp lý, cả hai đều sử dụng kiến trúc sao chép hoàn toàn, lợi thế chính của chúng là mỗi nút đều giữ một bản sao đầy đủ, có khả năng chịu lỗi mạnh mẽ và độc lập giữa các nút. Kiến trúc này đảm bảo rằng ngay cả khi một phần các nút ngoại tuyến, mạng vẫn có khả năng truy cập dữ liệu. Tuy nhiên, điều này cũng có nghĩa là hệ thống cần có thêm bản sao dự phòng để duy trì tính linh hoạt, từ đó đẩy cao chi phí lưu trữ. Đặc biệt trong thiết kế của Arweave, cơ chế đồng thuận bản thân đã khuyến khích việc lưu trữ dự phòng của các nút, để tăng cường tính an toàn 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 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 thức dự phòng 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 công nghệ chính để giảm thiểu độ dư thừa của các 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(erasure code) để có thể tái tạo lại dữ liệu gốc. Từ CD-ROM đến viễn thông vệ tinh và mã QR, nó thường được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày.

Mã sửa lỗi cho phép người dùng lấy một khối, ví dụ 1MB, sau đó "mở rộng" nó thành 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 các byte đó thông qua mã. Ngay cả khi mất tới 1MB khối, bạn vẫn có thể khôi phục toàn bộ khối. Công nghệ tương tự có thể 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 có được các khối mã. Khi 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 tập tin 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, các ổ đĩa RAID chống lỗi (, cũng như 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 cho các tình huống dữ liệu thay đổi thường xuyên. Do đó thường được sử dụng trong môi trường tập trung ngoài chuỗi cho việc phục hồi và lập 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.

Điểm đặc biệt nhất của Redstuff là gì? Thông qua việc cải tiến thuật toán mã hóa sửa lỗi, Walrus có thể nhanh chóng và ổn định 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 lưới nút lưu trữ. Ngay cả khi mất đến hai phần ba các mảnh, vẫn có thể nhanh chóng tái cấu trúc khối dữ liệu gốc bằng cách sử dụng một phần các mảnh.