なぜWeb3には独立したデータ可用性レイヤーが必要なのか？
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なぜWeb3には独立したデータ可用性レイヤーが必要なのか？
データはWeb3時代のコア資産であり、ユーザーがデータを所有することはWeb3の主要な特徴である。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察データ経済が一定の段階に達すると、人々は広範かつ深くその中に参加することになり、誰もが避けられない形でさまざまなデータストレージ活動に関与するようになる。
さらに、Web3時代の到来に伴い、今後数年間で大部分のテクノロジー分野が徐々にアップグレードまたは転換を始めると予想される。その中でも、去中心化ストレージはWeb3の重要なインフラとして、今後ますます多くの応用シナリオに採用されていくだろう。たとえば、私たちがよく知るソーシャルデータ、ショート動画、ライブ配信、スマートカーなど、それらの背後にあるデータストレージネットワークも、将来的には去中心化ストレージ方式を採用することが予想される。
データはWeb3時代におけるコア資産であり、ユーザー自身がデータを所有することはWeb3の主な特徴である。ユーザーが安全にデータおよびそのデータが表す資産を保有できることで、一般ユーザーの資産安全性に対する不安を解消し、次の10億人のユーザーをWebへ誘導する助けとなる。独立したデータ可用性層（Data Availability Layer）は、Web3において欠かせない構成要素となるだろう。
去中心化ストレージからデータ可用性層へ
過去には、データは伝統的な中心化方式によるクラウドストレージが主流であり、データは通常、中央集権的なサーバーに完全な形で保存されていた。
Amazon Web Services（AWS）はクラウドストレージの先駆けであり、現在も世界最大のクラウドストレージプロバイダーである。
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時間の経過とともに、個人情報のセキュリティやデータストレージに対するニーズは高まり続けており、特に大手データ事業者でのデータ漏洩事件をきっかけに、中心化ストレージの問題点が次第に明らかになってきた。伝統的なストレージ方式では、現在の市場の要求を満たすことが難しくなっている。
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加えて、Web3時代の進展により、ブロックチェーンアプリケーションが広がり、データは多様化し、規模も拡大している。個人のネットワークデータの次元はより包括的になり、価値も高まっているため、データのセキュリティとプライバシーの重要性が増しており、データストレージへの要求も高まっている。
こうした背景から、去中心化データストレージが登場した。
去中心化ストレージは、Web3領域で最も早く登場し、注目を集めたインフラの一つであり、最初の実装例は2017年にリリースされたFilecoinである。
AWSと比較して、去中心化ストレージと中心化ストレージには本質的な違いがある。AWSは複数のサーバーからなる自社のデータセンターを構築・維持しており、ストレージサービスを利用するユーザーは直接AWSに支払いを行う。一方、去中心化ストレージは共有経済モデルに基づき、多数のエッジストレージデバイスを利用してストレージサービスを提供する。データは実際にはProviderノードが提供するストレージに保存される。そのため、去中心化ストレージプロジェクト側はこれらのデータを制御できない。つまり、最も本質的な違いは「ユーザーが自身のデータを制御できるかどうか」にある。このような中央管理者のいないシステムでは、データのセキュリティレベルは非常に高い。
去中心化ストレージは、主に分散型ストレージ技術によってファイルまたはファイルセットを断片化し、ストレージ空間上に分配して保存するビジネスモデルである。去中心化ストレージが重要視される理由は、Web2における中心化クラウドストレージの多くの課題を解決でき、ビッグデータ時代の発展ニーズに合致しており、非構造化エッジデータをより低コストかつ高効率に保存でき、新興技術を強化できるからである。このため、去中心化ストレージはWeb3発展の基盤とも言える。
現在、一般的な去中心化ストレージプロジェクトには主に2種類ある：
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一つはブロック生成を目的とし、ストレージを使ってマイニングを行うタイプ。この方式の問題点は、チェーン上でストレージやダウンロードを行うことで実際の使用速度が遅くなることだ。写真一枚のダウンロードに数時間かかってしまうことも珍しくない。
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もう一つは、一つまたは複数のノードを中央集権的ノードとして設け、それらの検証を経て初めてストレージやダウンロードが可能になる方式。しかし、中央集権的ノードが攻撃されたり障害が発生したりすれば、データ損失などのリスクが生じる。
第一種のプロジェクトと比べて、MEMOのストレージ階層化メカニズムは、ストレージとダウンロードの速度問題をうまく解決しており、ダウンロード速度を秒単位にまで高めている。
第二種のプロジェクトと比べて、MEMOはKeeperという役割を導入し、検証ノードをランダムに選択することで中央集権化を回避しつつ、セキュリティを確保している。また、MEMOは独自のRAFI技術を開発しており、これにより修復能力が数倍向上し、ストレージの安全性、信頼性、可用性が大幅に向上している。
データ可用性（DA: Data Availability）とは、本質的にライトノードがコンセンサスに参加せず、全データを保存せず、全ネットワーク状態をリアルタイムで維持しない状態でも、データが利用可能であることを保証することである。このようなノードにとって、データの可用性と正確性を効率的に確保する方法が必要となる。なぜなら、ブロックチェーンの核となるのはデータの改ざん防止だからである。ブロックチェーンはネットワーク全体でのデータの一貫性を保証できる。コンセンサスノードはパフォーマンスを確保するために、より中央集権的な傾向を持つが、他のノードはDAを通じてコンセンサスで確認された利用可能なデータを得る必要がある。独立したデータ可用性層は、単一障害点（SPOF）の問題を効果的に防ぎ、データの安全性を最大化する。
さらに、zkRollupのようなLayer2スケーリングソリューションもデータ可用性層を必要とする。実行層としてのLayer2は、Layer1をコンセンサス層として活用しており、大量のトランザクション結果のステート更新をLayer1に記録するだけでなく、元のトランザクションデータの可用性も確保しなければならない。これは、証明者が証明を生成しなくなった場合でも、Layer2ネットワークの状態を復元でき、ユーザーの資産がLayer2にロックされる極端な事態を防ぐためである。しかし、元のデータを直接Layer1に保存すると、モジュール化されたブロックチェーンネットワークにおいてLayer1が担う「コンセンサス層」という役割に反する。そのため、データは専用のデータ可用性層に保存し、そのデータのMerkle根だけをコンセンサス層に記録する設計の方が合理的であり、長期的には必然的なトレンドとなる。
図1：Fox Techが設計した汎用Layer2独立データ可用性層モデル
独立データ可用性層分析：Celestia
独立したデータ可用性層とは、公的ブロックチェーンであり、主観的な意思を持つ人々で構成される可用性委員会よりも優れている。もし十分な委員会メンバーの秘密鍵が盗まれれば（Ronin BridgeやHarmony Horizon Bridgeで実際に発生したように）、オンチェーンデータの可用性が失われ、ユーザーに対して「身代金を支払わなければLayer2からの引き出しができない」と脅迫するリスクがある。
つまり、オンチェーンのデータ可用性委員会は十分に安全ではない。それならば、信頼主体としてブロックチェーンを導入し、オンチェーンのデータ可用性を保証するのはどうだろうか？
Celestiaが行っているのは、データ可用性層のさらなる去中心化――すなわち、独立したDA用パブリックチェーンを提供し、一連の検証ノード、ブロック生成者、コンセンサスメカニズムを備えることで、セキュリティレベルを向上させることである。
Layer2は取引データをCelestiaメインチェーンに発行し、Celestiaの検証者がDA AttestationのMerkle Rootに署名を行い、それをイーサリアムメインチェーン上のDA Bridge Contractに送信して検証・保存させる。これにより、すべてのデータの可用性がMerkle Root一つで証明されることになり、イーサリアムメインチェーン上のDA Bridge ContractはこのMerkle Rootの検証と保存だけで済み、オーバーヘッドが大きく削減される。
Celestiaの不正検出証明（Fraud Proof）は楽観的証明（Optimistic Proof）であり、ネットワーク内でエラーがなければ非常に効率が高い。エラーがなければ、不正証明は発生しない。ライトノードは何もする必要がなく、データを受信し、エンコードに従って復元するだけでよく、プロセスに問題がなければ、楽観的証明は非常に効率的である。
独立データ可用性層分析：MEMO
MEMOは、アルゴリズムの特性を活かして世界中のエッジストレージデバイスを統合し、新たな高容量・高可用性のエンタープライズ向けストレージネットワークを構築するプロジェクトであり、2017年9月にチームが設立され、主に去中心化ストレージ分野を研究している。MEMOは、ブロックチェーンのP2P技術に基づく、高セキュリティ・高信頼性の大規模分散型データストレージプロトコルであり、大規模なデータストレージを実現できる。
一対多の中心化ストレージとは異なり、MEMOはデータセンター不要の多対多ストレージ操作を実現できる。
MEMOのメインチェーンでは、すべてのノードを規制するスマートコントラクトが主に保存されている。データのアップロード、ストレージノードのマッチング、システムの正常稼働、ペナルティメカニズムの運用といった一連の重要な操作は、すべてスマートコントラクトによって管理されている。
技術面では、既存の分散型ストレージシステムとしてFilecoin、Arweave、Storjなどが代表的であり、これらはすべてのコンピュータユーザーが未使用のハードディスクスペースを接続・貸し出して、報酬またはトークンを得ることができる仕組みになっている。いずれも去中心化ストレージだがそれぞれ特徴があり、MEMOの違いは、エラージャミング符号（Erasure Coding）とデータ修復技術を活用してストレージ機能を改善し、データの安全性を高め、ストレージおよびダウンロードの効率を向上させている点にある。より純粋で実用的な分散型ストレージシステムの構築こそが、MEMOの究極的な目標である。
MEMOは、ストレージの使いやすさを高める一方で、Providerのインセンティブメカニズムも最適化している。UserやProviderといった役割に加え、悪意のある攻撃からノードを守るためのKeeperという役割も導入している。このシステムは、複数の役割が互いに牽制し合うことで経済的バランスを維持しており、高容量・高可用性のエンタープライズ向け商用ストレージ用途をサポートできる。NFT、GameFi、DeFi、SocialFiなどに安全で信頼性の高いクラウドストレージサービスを提供でき、Web2とも互換性を持ち、ブロックチェーンとクラウドストレージが完全に融合した製品と言える。
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