区块链存储技术的应用

区块链存储技术的应用

随着科技的发展,尤其是互联网技术在各方面的普及,数据的重要性日益凸显。每时每刻,都有大量的数据在经意或不经意间产生;每时每刻,又都有大量的数据被应用于生产与生活中的方方面面。小到完成假期作业,大到火箭的成功发射,可以说,人类生活是离不开数据以及数据存储的。根据 Statista 不久前发布的数据显示,全球数据总量在 2020 年达到 64.2ZB,而这一数字预计将在之后的五年里快速增长并于 2025 年达到惊人的 180ZB。作为参考,全世界沙滩上沙子的数量总和约为 1ZB。

与如此庞大的数据量相对应的是不断攀升的数据存储需求。从最初的结绳记事,到以软盘、硬盘为代表的硬件存储,再到当下已是市场主流的云存储,存储技术在人们的重视下不断演变升级,存储容量也在不断变大。但是,存储容量的增长速度与数据量的增长速度相比还远远不够,2020 年,已安装的基础数据存储总量约为 6.7ZB,而当年产生的全部数据中仅 2% 被保存了下来。同时,当下主流的存储方案依然无法避免地会碰到一些问题,比如:中心化数据的丢失、个人隐私的泄露以及存储供应商的服务限制等。市场需要更安全、更高效的数据存储方案。

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传统数据存储方案面临的问题与挑战

#数据丢失

自数据存储这一概念诞生以来,数据丢失事件便屡见不鲜,最为常见的原因有:火灾、高温等造成的物理损害、黑客攻击以及人为操作失误等。如果没有备份,数据一旦丢失便很难找回,由此造成的损失是极为庞大的。而备份不仅成本高昂,本身也存在着不低的数据丢失风险。

2017 年,由于华为技术人员操作失误,在为广西移动进行扩容迁移时删除了大量用户数据,造成重大通信事故,不仅要赔偿客户损失还要面临由此导致的企业声誉损害。

2018 年,由于硬盘故障和运维人员违规操作,客户储存在腾讯云的数据丢失且无法通过备份进行数据恢复,造成客户损失高达千万且引发大众对云服务安全性的质疑。

……

2021 年,就在上个月,美国知名管道运输公司遭黑客攻击,并以公司大量数据作为威胁要求该运输公司支付赎金,导致该公司整个输油网络被迫关闭。燃油短缺造成油价暴涨,由此引发的直接和间接经济损失无法估量。

由于当前主流数据存储方案的中心化特性所带来的众多限制,数据安全性一直是一个亟待解决的问题,市场也一直期待着一个全新的数据存储方案的诞生和广泛应用。

#个人隐私泄露

大数据时代,互联网技术在为生活带来便利的同时,也使数据滥用和隐私泄露问题彻底暴露于人前。数据显示,从 2011 年至 2019 年,已有 11.27 亿用户隐私信息遭泄露,而这一数据的增长率更是惊人。今年以来,仅 Facebook 就在黑客攻击中泄露了 5.33 亿用户的个人数据。而黑客攻击之外,这些互联网公司也存在违规使用并泄露用户信息的现象,成为个人隐私保护的另一重巨大冲击。

2016 年,由于 8700 万用户数据被政治分析公司“剑桥分析”获取并不当利用,Facebook 被判罚了 50 亿美元的天价罚款。谷歌、亚马逊、推特等互联网巨头们也多次因为用户数据的泄露和滥用陷入舆论与监管的风波。

随着人们对个人隐私信息的逐渐重视以及隐私泄露情况的日趋严重,中心化数据存储暴露出的种种问题再次成为讨论的焦点。

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#供应商服务限制

在数据丢失以及隐私泄露之外,供应商在存储服务上加诸的种种限制是中心化存储中另一个值得深思的问题。由于中心化性质,存储服务供应商能够对所提供的服务进行修改和限制。而为了获取更高收益,这类限制通常对用户体验产生极大影响。

以百度网盘为例,非会员用户可以正常使用平台提供的存储服务,但在使用存储的数据时则会受到平台的诸多限制。例如:限制数据下载时的带宽和数据下载数量。当然,中心化数据存储是有高昂成本的,服务商为了赚取收益区分非会员与会员之间的权益无可厚非。但是,5G 时代,每秒几十 KB 的下载速度未免过于夸张。同时,平台付了费的会员用户对于限速的质疑也不在少数,本应享有的权益受到了侵害。此外,存储在百度网盘的文件以及相关链接时有失效,虽然其中涉及到部分版权问题,但也暴露出一个严重问题,那就是用户存储在平台的数据毫无隐私可言。

数据存储对现代社会发展的重要性不言而喻,但主流的数据存储方案因为中心化性质,不可避免地会带来种种问题。那么,有没有一种新的方案能够解决上述问题呢?答案是肯定的,区块链技术的发展将[去中心化存储]这一概念从设想变为现实。

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区块链与去中心化存储

区块链技术是由包括密码学、数学、经济学、网络科学等在内的多种技术,以特定方式整合后形成的一种新的去中心化数据记录与存储体系,简单理解就是能够保证系统诚实的分布式数据库,与数据存储具有天然的内在联系。

当然,数据存储只是区块链技术的一种表现形式,在这项技术诞生之初,由于区块容量和性能的限制,技术本身也并没有被直接用于数据储存。它最为人所熟知的应用领域还在于链上的交易支付和转账。直到市场对于安全的数据存储需求的攀升以及区块链各项性能的逐渐完善,人们对于区块链技术在数据存储这一应用领域的技术探索才逐步深入。

去中心化存储又称分布式存储,利用区块链技术去中心化、透明开放、不可篡改等特性,为用户提供安全、可信任的存储方案。数据信息以密码学的方式加密储存在各个分布的区块中,个人隐私不会遭泄露,黑客成功攻击的可能性也非常低。同时,链上所有节点共同参与数据存储,与当下流行的共享经济理念也有一定的异曲同工之处,部分去中心化存储项目就提倡用户共享闲置内存空间参与数据存储以获得额外收益。

随着技术发展,很多区块链存储项目已经能够提供实际的数据存储服务,其中比较突出的是 Filecoin 和 Arweave,前者具有目前分布式存储领域最完善的生态体系,后者主打永久存储概念,颇具特色。

区块链与分布式存储背后的技术原理较为复杂,此处不多加赘述,本文主要通过对比 Filecoin 与 Arweave 生态现状,探讨去中心化存储在实际应用层面的发展前景。

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Filecoin

Filecoin 是一种将文件存储在互联网上的点对点网络,具有内置的经济激励措施以确保文件随着时间的推移可靠地存储。可用的存储和定价不受任何一家公司的控制,保证了一定的市场公平性。

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共识机制方面,除了 POS (权益证明),Filecoin 还采用了 PoRep (复制证明)和 PoSpace (空间证明),在提高存储效率的同时,有效地防范了外部攻击的产生,保证了奖励代币分配的公平性。

自 2020 年 10 月主网上线以来,Filecoin 的市场热度就一直居高不下,增长速度也十分惊人,短短半年多时间全网有效算力(即有效存储空间)就增长到了 6.26EB (备注:1ZB=1024EB),行文时,Filecoin 总市值达到了 1456.52 亿美元。

Filecoin 生态的各类应用也在逐步落地当中,为人熟知的有以下项目:

#Space Storage

Space Storage 是基于 IPFS 和 Filecoin 的加密数据存储、分享平台,具有开源、完全由用户控制等特点,每一个账号都由一个只由用户掌握和使用的以太坊私钥保护,支持信用卡法币和 ETH\DAI\USDC\WBTC 等加密货币支付。

Space Storage 的使用体验与传统的中心化云存储服务类似,但数据备份在 Filecoin 网络完成,保证数据安全性的同时也方便用户从中心化存储向去中心化存储迁移。

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通过对比 Storage Space 与中心化云存储方案 Google Drive 可以发现,虽然后者的免费容量是前者的 3 倍,但在收费部分两者的差距并不大。随着人们对数据安全存储需求的提升,免费容量部分是绝对不够用的,而 Storage Space 能够提供的绝对的隐私保护和数据安全保障的价值是高于这个收费差距的。同时,去中心化存储的发展起步远远晚于中心化存储,随着 Filecoin 技术和生态的进一步完善,存储成本的下降是可以预期的,未来 Storage Space 产品降价的可能性也是存在的。因此,这一产品的市场竞争优势十分强大。

与之类似的生态项目还有 Slate 和 ChainSafe Files 等,前者提供 50GB 的免费存储空间,主打照片存储,后者提供 20GB 的免费存储空间。具体的收费细节暂未可知,但在免费存储容量方面,这两个项目已胜过大部分传统的个人中心化存储方案。

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来源:Storage Space

#file.video

file.video 是去中心化视频托管领域的一次实验,集成 Filecoin 和 Livepeer 网络,支持视频文件在去中心化网络的存储和使用。

要将人们的生活娱乐从中心化网络迁移到去中心化网络,视频文件的存储和播放功能必不可少,毕竟看剧是现代人最流行的娱乐方式之一。而中心化视频播放网站令人烦不胜烦的广告、对于个人信息的获取以及时有发生的播放卡顿一直以来都是困扰用户的大问题,而这些都是去中心化视频托管服务旨在解决的问题。

目前,file.video 仅支持最大 30MB 的 MP4 文件,但随着技术的发展,相信未来这一项目的容量和性能都会有所提高。file.video 产生的网络费用全部由 Livepeer 和 Protocol Labs 承担,但平台功能完善之后,应该会上线收费功能。

除了独立应用项目,不少 NFT、DeFi、DAO 赛道的区块链应用也都用到了 Filecoin 的数据存储功能以提供更具竞争力的服务。

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Arweave

中心化的存储服务往往由企业提供,既然是企业就会有关闭的风险,存储的文件得不到百分之百的保障,中心化存储服务商声称的永久存储可以被认为是虚假宣传,典型的例子就是中国雅虎。

2007 年,中国雅虎曾高调宣布推出无限容量的免费终身邮箱,该邮箱同时整合了相册、音乐等功能。但是 2009 年,中国雅虎关闭了空间功能,导致众多用户没有备份的照片文件丢失。2013 年,中国雅虎继关闭了部分功能之后,停止了整个邮箱服务,未能及时迁移的邮箱数据都将被全部删除。

而区块链技术的诞生使永久存储成为可能。区块链去中心化,依赖众多分布式节点共同维护的特性使得其避免了受中心化企业控制的风险。只要共识存在,区块链应用就不会因企业倒闭、服务器关闭等原因受到影响。

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Arweave 正是基于区块链技术开发出的能够提供永久存储服务的文件存储协议,具有一次性付费,永久存储文件的特点,通过一套简单的经济激励规则,让矿工能长久的存储数据。Arweave 颇具创新地使用了 POA 共识机制,每次出新区块的时候必须同时验证一个以前的随机区块,只有拥有随机区块的节点才能进行 POW 出块,促使节点存储更多的文件,在提高效率的同时减少了电力浪费。此外,Arweave 采用了利润共享代币机制,对于 Arweave 整体生态的发展有十分积极的作用。

当前,Arweave 的生态应用已相对完善,以下是较为突出的项目:

#Arweave Web Archive

你是否曾在上网时碰到这一现象:点开某一网址链接,出现的却是 [404 Page Not Found] 的界面。据了解,约有 30% 的网站链接会在两年内失效。针对这一问题,Arweave 推出了可以永久保存网站及网站内容的应用 Arweave Web Archive

Arweave Web Archive 相关功能通过谷歌浏览器应用扩展程序的方式呈现,使用时十分方便,只需点击几个按钮就能将网站数据永久保存在 Arweave 网络上。同时,这一扩展程序还包括 Arweave 钱包功能,可以进行 Arweave 原生代币的链上交易。

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来源:Arweave Web Archive

#Ardrive

Ardrive 功能与传统的云存储网盘类似,用户可以在这里上传保存所有需要的文件。但与传统网盘不同的是,它没有所谓的免费存储容量,所有文件在上传时都需要支付一定的费用,但只要支付一次就能永久保存这一文件,而不是像传统网盘一样需要定期支付一定费用才能一直使用网盘的存储功能。

对于有长期存储需求的用户来说,Ardrive 的性价比相对较高。

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来源:Ardrive

#Arweave 存储价格

由于链上存储供求和币价的波动,Arweave 的存储价格是在一直变动的。根据已知信息,随着生态的发展完善,Arweave 网络的存储价格呈下降趋势,下表是行文时 Arweave Web Archive 和 Ardrive 的收费情况,当时 AR 币价为 $16.63。

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由于支持更多类型的文件种类,应用范围更广,Ardrive 的收费要略高于 Arweave Web Archive。

除了以上项目,Arweave 还有专门的代码托管平台 Gitopia,直接对标 Github,但安全性和透明度要远远高于后者;以及 Argo 平台,可以帮助任何前端应用在永存网络上进行部署。

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Filecoin 与 Arweave 部分数据对比

今年以来,Filecoin 和 Arweave 都经历了一轮快速增长,不仅体现在整体市值,更体现在多样化生态应用的陆续落地。

总体来看,Filecoin 的市场热度和矿工参与度是远远高于 Arweave 的,这一点也能够在前者更大的有效存储空间上体现(1EB=1024PB,1PB=1024TB)。而更大的有效存储空间往往意味着更多的应用可能性,Filecoin 的生态将会更繁荣、更多样化。

但由于商业模式的不同(Filecoin 提供部分免费存储空间,而 Arweave 上所有文件的存储都需要收费),在相同存储空间的前提下,Arweave 的收益潜力要高于 Filecoin。

站在用户的角度,Filecoin 与 Arweave 各具特色,它们的实用性毋庸置疑,发展前景长期看好。

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备注:存储价格一栏,Filecoin 取了 Space Storage 的价格,Arweave 的价格取了前文两款应用的平均值,按 200 年的时间维度计算平均每月的存储价格。

现代社会,数据存储是一切发展的大前提,也是最重要的基础设施之一。去中心化存储能够有效解决中心化存储中常见的痛点,随着多项应用的落地,它的可行性也得到了实际的验证,而不仅仅只是一个完美的设想。

随着技术更加深入的发展,目前去中心化存储的一些不足之处也将会得到完善,中心化向去中心化的迁移是未来发展的大趋势,去中心化存储将会成为未来应用的主流。

参考资料:

1.Statista:www.statista.com/statistics/871513/worldwide-data-created/

2.www.arweave.org

3.https://docs.filecoin.io/store/

4.https://filscout.com/zh

5.https://viewblock.io/arweave

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