Filecoin et Arweave : du stockage au calcul, la renaissance du stockage décentralisé
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Filecoin et Arweave : du stockage au calcul, la renaissance du stockage décentralisé
Il existe de nombreux protocoles de stockage décentralisé des données, mais les plus remarquables sont sans conteste Filecoin et Arweave.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesAuteur : Leo, IOSG Ventures
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Résumé :
Le protocole Arweave garantit techniquement le stockage permanent, ce qui le rend particulièrement adapté à la conservation d'actifs numériques à haute valeur, tels que les métadonnées des NFT.
Au-delà du simple stockage, le calcul devient essentiel. Avec l'introduction des contrats intelligents et de la programmabilité, les réseaux de stockage décentralisés entrent dans une nouvelle ère : « bien plus que du stockage ».
Pour assurer la redondance des données, Filecoin repose sur des incitations économiques, tandis qu’Arweave s’appuie sur la conception même de son protocole.
Le FVM permet à Filecoin de créer une finance autour du stockage, transformant l’espace et le temps de stockage en produits marchands. Les utilisateurs peuvent ainsi bloquer leurs coûts à l’avance, tandis que les fournisseurs récupèrent des liquidités anticipées et planifient leur gestion des stocks, du matériel et des opérations selon la demande future.
L'évolution principale des réseaux informatiques se concentre sur trois axes : calcul, transmission et stockage des données. À ce jour, le développement des protocoles de stockage décentralisé dans l’écosystème Web3 est indéniable.
Le 14 mars 2023, à la hauteur de l’Epoch 2 683 348, Filecoin a officiellement lancé sur son réseau principal la Filecoin Virtual Machine (FVM), compatible avec l’EVM, intégrant ainsi les contrats intelligents et la programmabilité au sein du réseau Filecoin. Ce jalon marque l’entrée des protocoles de stockage décentralisé dans une nouvelle phase : « bien plus que du stockage ».
Bien que de nombreux protocoles de stockage décentralisés existent, Filecoin et Arweave attirent particulièrement l’attention. Dans cet article, nous analysons en détail les nouvelles fonctionnalités offertes par Filecoin grâce au déploiement du FVM.
Stockage perpétuel (Perpetual Storage)
Le stockage perpétuel revêt une signification particulière dans Web3, répondant à un besoin spécifique : la conservation durable d’actifs numériques à forte valeur, comme les métadonnées des NFT.
Filecoin
Après le lancement du FVM, Filecoin met en avant sa capacité à offrir un « stockage permanent ». Selon notre compréhension, cette fonctionnalité repose essentiellement sur des mécanismes économiques pour assurer une sauvegarde à long terme, sans modification fondamentale du protocole Filecoin lui-même.
Dans la conception actuelle de Filecoin, les ordres de stockage sont négociés hors chaîne entre fournisseurs et demandeurs, puis enregistrés sur chaîne. Ces ordres incluent des informations telles que la taille des données, la durée de stockage, le prix et la mise en garantie. Si un utilisateur souhaite prolonger le stockage après expiration du contrat initial, il doit manuellement renouveler l’ordre.
Cependant, avec le FVM, ces ordres peuvent désormais être automatiquement renouvelés directement sur la blockchain.
Lighthouse
Lighthouse est un projet visant à implémenter un stockage permanent sur Filecoin : l’utilisateur paie une seule fois, et le fichier est conservé « indéfiniment ». Lighthouse utilise un pool de dons (endowment pool) basé sur des contrats intelligents pour financer continuellement les frais de stockage. Lorsqu’un utilisateur crée un ordre et paie, une partie du montant est transférée au fournisseur de stockage, tandis que le reste alimente le pool de dons. Un contrat intelligent gère automatiquement le renouvellement de l’ordre à l’expiration, en utilisant les fonds du pool. Ce modèle repose sur l’hypothèse que les actifs du pool croissent grâce à des stratégies de mise en staking ou de farming, générant assez de rendement pour couvrir les coûts futurs de stockage.
Cette approche rejoint celle décrite dans le Yellow Paper d’Arweave, qui suppose une baisse continue des coûts de stockage, permettant aux revenus générés par les paiements initiaux de suffire à couvrir les dépenses de stockage permanent.
Arweave
« Au cours des 50 dernières années, le coût de stockage a diminué en moyenne de 30,57 % par an. »
Arweave Yellow Paper : Coût de stockage de 1 Go pendant 1 heure depuis 1980 (échelle logarithmique)
Arweave introduit une structure appelée Blockweave, dérivée de la blockchain classique, dont la conception même vise à garantir le stockage permanent des données.
Dans Blockweave, chaque bloc (à l’exception du dernier bloc confirmé et du bloc candidat en cours de minage) est lié à trois autres blocs : le bloc précédent, le bloc suivant et un bloc de rappel (recall block).
Pour un bloc donné, le bloc de rappel peut être n’importe quel bloc historique antérieur. Le choix de ce bloc est déterminé aléatoirement à partir de la hauteur et du hachage du bloc précédent.
Le bloc de rappel joue un rôle central dans le mécanisme de consensus d’Arweave, appelé Succinct Proof of Random Access (SPoRA).
Dans Arweave, les mineurs ne sont pas obligés de conserver tous les blocs historiques. Toutefois, posséder localement le bloc de rappel sélectionné aléatoirement est une condition nécessaire pour participer au minage d’un nouveau bloc. Fonctionnellement, cela revient à un contrôle aléatoire vérifiant si le mineur conserve effectivement une partie des données historiques, assurant ainsi la pérennité du stockage.
Le stockage permanent d’Arweave est garanti techniquement par la conception du protocole, ce qui en fait une solution plus robuste que celle de Filecoin. C’est aussi la raison principale pour laquelle des géants du Web2 comme Meta, Instagram, ou des applications Web3 comme Mirror choisissent Arweave pour y stocker leurs NFT et contenus.
Calcul décentralisé (Decentralized Computation)
Conserver les données est important, mais encore plus crucial : savoir les utiliser. Ni Filecoin ni Arweave ne se limitent à être de simples « disques durs décentralisés » (bien que la majorité des utilisateurs les emploient aujourd’hui ainsi). Leur ambition est de devenir des protocoles blockchain combinant stockage à faible coût et calcul à haut débit.
Au-delà du stockage, les Dapps Web3 ont besoin de puissance de calcul.
Filecoin
Filecoin et IPFS distribuent des jeux de données adressés par contenu (content-addressed) entre divers fournisseurs de stockage répartis dans le monde, augmentant ainsi la redondance et la résilience des données. Cette distribution décentralisée offre des avantages en termes de coût, disponibilité et fiabilité. Toutefois, elle pose un problème : les fragments d’un même jeu de données sont souvent stockés chez des fournisseurs géographiquement éloignés. Cette dispersion complique l’exécution efficace de calculs ou d’indexations sur les données. Recombiner physiquement ces données dispersées en un point central pour les traiter serait coûteux, inefficace, lent, et va à l’encontre du principe même du stockage décentralisé.
La solution proposée par FVM, compatible EVM, combine du calcul en périphérie (edge computation) et une coordination sur chaîne.
Les contrats dans FVM peuvent agir comme intermédiaires pour allouer des ressources de calcul, inciter leur exécution, répartir les charges de travail entre les fournisseurs disponibles, et prouver la validité des résultats afin de percevoir une récompense.
Les fournisseurs de stockage peuvent s’inscrire via des contrats FVM pour participer au réseau de calcul décentralisé. Les clients de calcul publient leurs tâches sur ces contrats. Un mécanisme défini par le contrat attribue alors la tâche à un fournisseur inscrit. Une fois le calcul terminé, le fournisseur soumet une preuve pour être rémunéré.
Arweave
Le calcul décentralisé sur Arweave s’effectue via le protocole SmartWeave, capable de traiter des données complexes. La principale différence entre SmartWeave et d'autres protocoles de contrats intelligents réside dans l’évaluation « paresseuse » (Lazy Evaluation), qui déplace le fardeau du calcul des nœuds du réseau vers l’utilisateur du contrat. Ce découplage entre stockage et calcul présente un avantage majeur : les nœuds n’ont plus besoin de maintenir un état global en constante expansion.
L’état d’un contrat intelligent n’est calculé et validé que lorsqu’il est utilisé par un utilisateur, sans que chaque nœud participant à la validation de la chaîne ait à le recalculer systématiquement. En externalisant le calcul vers les utilisateurs, la blockchain gagne en scalabilité.
Warp
Warp a développé un SDK basé sur la version initiale de SmartWeave, améliorant significativement les performances et la modularité, tout en supportant différents environnements d’exécution.
Récemment, Warp a publié sa feuille de route 2023, comprenant notamment :
1) Synchroniseur de niveau 1 (Layer1 synchronizer) : Permet une synchronisation efficace entre les contrats Warp et la couche Arweave sous-jacente ;
2) Ordinateur de tri de niveau 2 (Layer2 sequencer) : Plutôt que d’envoyer directement les transactions sur le réseau principal Arweave (ce qui peut entraîner un délai de 2 à 3 minutes jusqu’à l’inclusion dans un bloc), celles-ci sont acheminées via le séquenceur Warp, puis traitées par le réseau Bundlr, permettant un règlement immédiat, un accès instantané aux données et une quasi-finalité immédiate pour l’utilisateur ;
3) Améliorations des contrats : Warp Contract vise à fournir une pile technique complète aux Dapps Web3, leur permettant de rivaliser avec les services Web2 ;
4) Développement d’un environnement de résolution délégué (Delegated Resolution Environment) et de nœuds agrégateurs : L’environnement de résolution déléguée permet de confier le calcul pour les contrats très interactifs ou potentiellement non sécurisés. Les nœuds agrégateurs offrent une surveillance et des analyses détaillées de l’état des contrats.
Redondance du stockage (Storage Redundancy)
Les réseaux de stockage décentralisés évitent les points de défaillance unique. Mais comment garantir que chaque nœud ou fournisseur conserve effectivement les données ? Et comment assurer que plusieurs nœuds stockent indépendamment les mêmes données, assurant redondance et fiabilité ?
Filecoin et Arweave adoptent des approches différentes : Filecoin repose sur des incitations économiques, Arweave sur la conception du protocole.
Filecoin
Parmi les nouveautés apportées par le FVM figurent les Replication Worker (travailleurs de duplication) et Repair Worker (travailleurs de réparation).
Avant le FVM, si un utilisateur souhaitait dupliquer ses données sur plusieurs nœuds pour maximiser leur résilience en cas de panne, il devait négocier manuellement N commandes hors chaîne, exécuter N transactions sur chaîne et transmettre N fois les données — un processus fastidieux et coûteux.
Désormais, le Replication Worker agit comme intermédiaire, facturant des frais minimes pour automatiser la redondance, économisant ainsi temps et ressources aux utilisateurs. En fonction des préférences de l’utilisateur (nombre de copies, zones géographiques, latence, budget), le worker automatise la négociation et la création d’ordres sur le réseau Filecoin.
Le Repair Worker, quant à lui, agit comme agent de surveillance, détectant toute perte ou expiration de données. En cas de chute en dessous du seuil de redondance requis, il copie automatiquement les données vers d’autres fournisseurs, et peut même renouveler les ordres expirés ou annulés au nom de l’utilisateur.
Arweave
La redondance du stockage sur Arweave est naturellement assurée par la conception du protocole. Arweave utilise le bloc de rappel comme entrée de l’algorithme de travail SPoRA, garantissant que le mineur ayant extrait un nouveau bloc possède bien toutes les données du bloc de rappel. Ce mécanisme incite fortement les mineurs à conserver autant de blocs historiques et de données Blockweave que leur capacité le leur permet. Si un mineur ne peut pas tout stocker, il privilégiera les blocs moins couramment conservés par les autres mineurs. En effet, si un bloc de rappel très répandu est sélectionné, de nombreux mineurs peuvent participer au minage, augmentant la concurrence. En revanche, si un bloc peu répandu est choisi, la concurrence est moindre. Comme le choix du bloc de rappel est hautement aléatoire et uniformément distribué, un mineur rationnel optimisera ses chances de succès en priorisant les blocs rares. Ainsi, par une combinaison subtile de conception de protocole et d’incitations économiques, Arweave maximise la redondance de chaque bloc historique dans l’ensemble du réseau, assurant fiabilité et robustesse au système de stockage décentralisé.
Récupération des données (Data Retrieval)
Une fois les données stockées, un autre défi se pose : comment les récupérer rapidement, précisément et efficacement ?
Sur Filecoin, le service de récupération des données forme un système d’incitation économique distinct. Les Providers de récupération (Retrieval Provider) offrent un accès rapide aux données aux utilisateurs. Contrairement aux fournisseurs de stockage, ils se concentrent sur la rapidité d’accès plutôt que sur la conservation à long terme. La plupart des fournisseurs de stockage agissent également comme providers de récupération. L’utilisateur paie pour accéder à ses données. Des projets comme retrieval.market et Saturn Network dans l’écosystème Filecoin permettent déjà une récupération rapide et une diffusion efficace du contenu.
Outre ses avantages en matière de stockage permanent et de redondance, le mécanisme SPoRA d’Arweave améliore également la vitesse de récupération et d’accès aux données. Avant SPoRA, l’ancien mécanisme Proof-of-Access (PoA) encourageait les mineurs à stocker davantage de données, mais ne les incitait pas à les récupérer rapidement. En réalité, durant l’ère PoA, les mineurs regroupaient leurs ressources dans des « pools de stockage », conservant les blocs historiques en commun. Quand un bloc de rappel était sélectionné, le pool envoyait son contenu au mineur demandeur. Ce modèle nuisait à la décentralisation. Des statistiques du réseau Arweave avaient montré une augmentation du hachpower total accompagnée d’une baisse du nombre de nœuds, preuve indirecte de l’existence de ces pools. Pour y remédier et encourager le stockage local, Arweave a mis à niveau PoA vers SPoRA. Après cette mise à jour, les mineurs ne stockant pas localement les blocs historiques doivent faire de multiples requêtes coûteuses au pool pour obtenir le bloc de rappel, ce qui augmente fortement leur temps et coût. En revanche, ceux qui stockent localement ont plus de chances d’extraire un nouveau bloc. Ce mécanisme élimine de facto les pools de stockage. Enfin, le fait que des nœuds répartis dans le monde entier stockent localement les données historiques améliore considérablement la vitesse d’accès pour les utilisateurs.
Financiarisation du stockage (Financialization)
Avec le lancement du FVM, Filecoin peut désormais intégrer de nombreuses applications Web3, notamment des protocoles DeFi tels que le staking, l’assurance ou encore les produits dérivés liés au stockage.
Les fournisseurs de stockage sur Filecoin doivent bloquer une certaine quantité de FIL comme garantie. Jusqu’ici, ils devaient soit acheter des FIL, soit recourir à des prêts hors chaîne. Grâce aux protocoles de staking construits sur FVM, les détenteurs de FIL peuvent désormais déposer leurs jetons inutilisés dans un protocole selon des règles définies. Tout fournisseur, quelle que soit sa taille, peut alors emprunter ces FIL sur chaîne pour atteindre le montant requis en garantie et démarrer ses activités.
Les produits dérivés de stockage constituent un autre cas d’usage passionnant. Les coûts variables du stockage posent des défis budgétaires aux demandeurs comme aux fournisseurs. En marchandisant (commoditize) l’espace et le temps de stockage, les utilisateurs peuvent bloquer leurs coûts à l’avance, tandis que les fournisseurs bénéficient d’une trésorerie anticipée et peuvent planifier leur gestion des stocks, du matériel, des opérations et de leurs finances selon la demande future.
Positionnement et situation actuelle
Actuellement, Filecoin compte environ 3 678 nœuds offrant environ 19,544 EiB d’espace de stockage, tandis qu’Arweave dispose de 112 nœuds conservant réellement 125,62 TiB de données.
En termes d’échelle, Filecoin est nettement plus grand. Pourtant, bien que Filecoin et Arweave soient tous deux des protocoles de stockage décentralisé, leurs positionnements diffèrent. Il serait réducteur de les comparer uniquement sur le nombre de nœuds ou la capacité totale.
Protocol Labs positionne Filecoin comme un « marché de stockage » et une « couche d’incitation », ayant bâti autour de Filecoin un écosystème complet incluant marché du stockage, marché de récupération, produits financiers, etc. Grâce à des incitations économiques, Filecoin développe des fonctionnalités riches (stockage permanent, duplication, réparation…) et vise à devenir le protocole décentralisé le plus important pour le stockage, la distribution et le calcul de données.
Le positionnement central d’Arweave est la préservation permanente des données, en développant par-dessus une couche de contrats intelligents pour le calcul. Chaque mécanisme d’Arweave sert cet objectif primordial. Comme illustré précédemment, la conception d’Arweave apparaît élégante et cohérente.
Perspectives
Comparé à l’avancée fulgurante de l’écosystème Ethereum et de sa machine virtuelle, le développement des réseaux de stockage décentralisés a semblé relativement lent ces dernières années.
De nombreux projets et entrepreneurs talentueux œuvrent dans les écosystèmes Filecoin et Arweave. Pourtant, les Dapps Web3 n’adoptent pas massivement ces solutions de stockage, continuant souvent à dépendre de solutions Web2. Réaliser du calcul sur des blockchains spécialisées dans le stockage est une voie novatrice. Que ce soit via FVM ou SmartWeave, ces technologies ouvrent la porte à des applications décentralisées auparavant inaccessibles.
Pour les développeurs ou utilisateurs, le choix entre Filecoin et Arweave n’est pas une alternative binaire, mais doit s’adapter aux besoins spécifiques de l’application ou du contenu.
Bien que leurs domaines se chevauchent parfois, Filecoin et Arweave peuvent chacun exceller dans leurs spécificités respectives, répondant ainsi aux besoins évolutifs du stockage décentralisé, et réalisant progressivement la vision d’un passage du « disque dur décentralisé » au « serveur décentralisé ».
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