Filecoin と Arweave：ストレージからコンピューティングへ、分散型ストレージの復活
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Filecoin と Arweave：ストレージからコンピューティングへ、分散型ストレージの復活
分散型データストレージプロトコルは多く存在するが、中でもFilecoinとArweaveが最も注目されている。
Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察著者：Leo, IOSG Ventures
本稿はIOSGによるオリジナルコンテンツであり、業界の学習および交流のみを目的としており、いかなる投資参考にもなりません。引用をご希望の場合は、出所の明記をお願いいたします。転載をご希望の場合は、IOSGチームまでご連絡いただき、許可および転載要項をご確認ください。
概要：
Arweaveプロトコルの設計は技術的に永続的ストレージを保証しており、NFTメタデータなどの高価値デジタル資産の保存に特に適している。
データの保存を超えて、計算機能が求められている。スマートコントラクトやプログラマビリティの導入により、分散型データストレージネットワークの発展は「単なる保存」を超えた新たな段階に入っている。
データ冗長性の実現において、Filecoinは経済的インセンティブに頼る一方、Arweaveはプロトコル設計に依拠している。
FVM（Filecoin仮想マシン）はFilecoinにストレージ金融をもたらし、ストレージ空間と時間を商品化する。これにより、ユーザーはコストを事前に固定でき、ストレージプロバイダーは資金を早期回収し、将来の需要に基づいて在庫、ハードウェア、運用を計画的に管理できるようになる。
コンピュータネットワークの発展における主な方向性は、データの計算、伝送、保存の3つに集約される。Web3の発展に至る今日、分散型データストレージプロトコルの進展は明らかである。
Filecoinは2023年3月14日、エポック2,683,348にてメインネット上でEVM互換のFilecoin Virtual Machine (FVM) を正式にリリースし、Filecoinネットワークにスマートコントラクトとプログラマビリティをもたらした。これにより、分散型データストレージプロトコルの発展は「単なる保存」という枠を超えた新段階に入った。
分散型データストレージプロトコルは多数存在するが、中でもFilecoinとArweaveが最も注目されている。本稿では、FVMのリリースによってFilecoinに与えられた新たな特性について、一つずつ考察していく。
永続的ストレージ Perpetual Storage
永続的ストレージはWeb3において特別な意義とニーズを持ち、NFTメタデータのような高価値デジタル資産は永久に保存される必要がある。
Filecoin
FVMリリース後、Filecoinは「永続的ストレージ（Permanent Storage）」という特性を強調している。我々が理解するFilecoinの永続的ストレージとは、経済的手法によって理論上長期的な保存を実現するものであり、Filecoinプロトコル自体の設計には大きな変更がない。
現在のFilecoin設計では、ストレージ注文はストレージプロバイダーと利用者の間でオフチェーンで成立し、オンチェーンに記録される。注文情報にはデータサイズ、保存期間、価格、担保資産などが含まれる。注文の有効期限後にデータを引き続き保存したい場合、利用者は手動で更新注文を提出しなければならない。
しかしFVMリリース後、注文はオンチェーン上で自動的に更新・継続することが可能になった。
Lighthouse
LighthouseはFilecoin上でファイルを「永続的」に保存することを目指すプロジェクトであり、ユーザーは一度支払いを行うだけでファイルが「永久」に保存される。Lighthouseは、スマートコントラクトに基づく寄付プール（endowment pool）を通じて、ファイルの継続的なストレージ料金を支払う。ユーザーが注文を作成して支払いを行うと、その一部はストレージプロバイダーに支払われ、残りは寄付プールに入る。この寄付プールのスマートコントラクトは、注文の有効期限が切れた際に自動的に更新を行い、プール内の資金で支払いを行うことで「永続的ストレージ」を実現する。この仕組みの妥当性は、寄付プールがステーキングやファーミングなどにより資産を増殖させ、時間の経過とともにその増分がストレージ費用をカバーできるという点にある。
これはArweaveのホワイトペーパーにおけるストレージコストの仮定と類似している。つまり、ストレージ料金は継続的に低下し、利用者が支払った金額の価値上昇が永続的ストレージのコストを賄えるという前提である。
Arweave
「過去50年間、ストレージ料金は年平均30.57％の割合で低下してきた」。
Arweave Yellow Paper: 1980年以降、1GBのデータを1時間保存するコストの推移（対数スケール）
Arweaveは一般的なブロックチェーンデータ構造に、「Blockweave」と呼ばれる設計を導入し、プロトコルレベルでの永続的データ保存を根本的に実現している。
Blockweaveでは、チェーン上の各ブロック（最新確定ブロックと採掘中の候補ブロックを除く）が、前後のブロックに加えて「リコールブロック（recall block）」とも接続される。
特定の高さのブロックにとって、リコールブロックはその高さ以前の任意の履歴ブロックになり得る。マイナーが新しいブロックを採掘する際、リコールブロックの選択は前のブロックの高さとハッシュ値によってランダムに決定される。
リコールブロックは、Arweaveが採用するコンセンサス方式——ランダムアクセス簡潔証明（Succinct Proof of Random Access — SPoRA）において重要な役割を果たす。
Arweaveでは、マイナーがすべての履歴ブロックを保持する必要はない（つまり全履歴の保持は採掘参加の必須条件ではない）。しかし、マイナーがローカルにランダムに選ばれたリコールブロックを保持していることが、新しい候補ブロックの採掘に参加するための「入場券」となる。リコールブロックは、ある履歴ブロックの内容を実際に保持しているかをランダムに検査する機能を持ち、これにより履歴データの永続的保存が実現される。
Arweaveの永続的ストレージは、プロトコル設計によって技術的に保証されており、Filecoinの経済的手法によるものよりも堅牢（robust）である。そのため、Meta、InstagramといったWeb2のテック大手や、Web3アプリMirrorなどが、NFTやコンテンツの保存先としてArweaveを選んでいる。
分散型計算 Decentralized Computation
データを保存することは重要だが、それ以上に重要なのは「活用」である。FilecoinとArweaveのビジョンは「分散型ネットワークドライブ」にとどまらず（ただし現状では多くの利用者がそれをそう使っている）、低コストなストレージと高スループットな計算を兼ね備えたブロックチェーンプロトコルとなることにある。
データの保存に加え、Web3 Dappsは計算機能も必要としている。
Filecoin
FilecoinとIPFSは、世界中に散在するストレージプロバイダー間でコンテンツアドレス方式のデータセットを配布し、データの冗長性と耐障害性を高めている。このような分散型データ分布は、コスト、可用性、信頼性の面で利点を持つが、問題もある。すなわち、単一のデータセットの各部分が地理的に離れた複数のプロバイダーに保存されることで、そのデータに対する計算やクエリ操作が困難になる。高度に分散されたデータを再び中央に集めて計算するのは、高コストで無駄が多く、パフォーマンスが低下し、分散型ストレージの理念にも反する。
Filecoin上のEVM互換FVMは、エッジコンピューティングとオンチェーン協調による計算実行のソリューションを提示している。
FVM内のコントラクトは、計算リソースの仲介、計算実行のインセンティブ付与、利用可能なストレージプロバイダー間でのワークロード分配、そして計算結果の正当性証明による報酬獲得を可能にする。
ストレージプロバイダーはFVMコントラクトを通じて分散型計算ネットワークへの参加を登録できる。計算クライアントは計算タスクをコントラクトに投稿する。コントラクトの仕組みが、登録されたプロバイダーにタスクを割り当て、計算完了後、プロバイダーが証明を提出することで報酬を得られる。
Arweave
Arweave上の分散型計算は、SmartWeaveスマートコントラクトプロトコルによって実現され、豊かなデータ処理能力を持つ。SmartWeaveと他のブロックチェーンスマートコントラクトプロトコルとの主な違いは「Lazy Evaluation（遅延評価）」にあり、計算負荷をネットワークノードからユーザーサイドへ移転する。この遅延評価の利点は明らかで、ストレージと計算を分離することで、ノードは膨張し続けるグローバル状態を保持する必要がなくなる。
スマートコントラクトは利用時に初めてユーザー自身が最新状態を計算・検証すればよく、チェーン上コンセンサスに参加するすべてのノードが毎回計算・検証を行う必要はない。計算をユーザーに委譲することで、ブロックチェーンのスケーラビリティも向上する。
Warp
WarpはSmartWeaveの初期バージョンに基づき、性能とモジュール性を向上させたWarp SDKを開発し、異なる実行環境もサポートしている。
Warpは最近2023年のロードマップを発表し、以下の開発目標を掲げている：
1）Layer1同期化ツール：Warpコントラクトと基盤となるArweaveレイヤーの効率的な同期を実現；
2）Layer2ソーター：データを直接Arweaveメインネットに送信する代わりに（ブロック生成まで2〜3分待つ可能性がある）、Warpソーターにデータ取引を誘導し、Bundlrネットワークを通じて即時決済を可能にする。これにより、ユーザーはデータに即座にアクセスでき、ほぼ即時の最終性を享受できる；
3）コントラクト機能強化：Warpコントラクトは、Web2サービスと競争できる機能豊富なWeb3 Dapps向け技術スタックを提供することを目指す；
4）委任解決環境（Delegated Resolution Environment）と集約ノードの開発：高インタラクションまたは安全性の低いコントラクトに対して計算を委任可能にし、集約ノードはコントラクトの状態情報を監視・分析する。
ストレージ冗長性 Storage Redundancy
分散型データストレージネットワークは単一障害点を回避するが、各ノード／ストレージプロバイダーが本当に正しくデータを保存しているか？また、複数のノード／プロバイダーがデータをそれぞれ保存し、冗長性と信頼性を確保するにはどうすればよいか？
FilecoinとArweaveは異なるアプローチを取っており、Filecoinは経済的インセンティブに依存し、Arweaveはプロトコル設計に依存する。
Filecoin
FVMリリースのハイライトには、Replication Worker（データ複製担当者）とRepair Worker（データ修復担当者）が紹介されている。
FVMリリース前、利用者がネットワークノード内でデータのバックアップを取得し、プロバイダー故障時のデータ生存確率を最大化したい場合、利用者は面倒なオフチェーン交渉をN回行い、N回のオンチェーン取引を実行し、N回のデータ転送を大量のリソースを使って行う必要があった。
FVMリリース後、データ複製担当者が仲介者として、わずかな手数料でデータ冗長化を実現し、利用者の時間とコストを節約できる。複製担当者は、利用者が選択したバックアップ数、保存地域、遅延要件、価格帯などの条件に基づき、Filecoinネットワーク上で自動的に注文を仲介・生成する。データ修復担当者は利用者の代理人として、データの喪失や期限切れを監視し、冗長性の閾値を下回ったデータを自動的に追加のプロバイダーに複製バックアップする。また、期限切れまたは終了したストレージ注文を代理で更新することも可能だ。
Arweave
Arweaveのストレージ冗長性は、プロトコル設計によって自然に実現される。Arweaveは、リコールブロックをSPoRA作業量証明アルゴリズムの一部として利用し、新ブロックを採掘したマイナーが実際にリコールブロックの全データを保持していることを保証する。SPoRAコンセンサスは、マイナーがストレージ容量の範囲内でできる限り多くの履歴ブロックとBlockweaveデータを保持することを促進する。しかし、マイナーのストレージ容量がすべての履歴ブロックと完全なBlockweaveデータを保持するには足りない場合、マイナーは他のマイナーが少ないブロックを優先して保存する傾向がある。なぜなら、多くのマイナーが保持するリコールブロックが選ばれると、多くのマイナーが同時に新ブロック採掘を競うことになるが、少数しか保持していないブロックが選ばれれば競争が少なくなるからだ。さらに、リコールブロックの選択は非常にランダムであり、どのリコールブロックも均等な確率で選ばれるため、ストレージ容量に制限がある場合、合理的なマイナーは採掘成功確率を高めるために、保存数が少ないブロックを優先して保持すべきである。Arweaveのプロトコルは、巧妙な設計と経済的インセンティブを通じて、ネットワーク全体のマイナーのストレージ能力の範囲内で、あらゆる履歴ブロックが最大限にバックアップされるようにし、分散型ストレージネットワークの信頼性とデータ冗長性を保証している。
データ検索 Data Retrieval
データを保存した後、いかに効率的、正確かつ迅速に取り戻すかは別の課題である。
Filecoinでは、データ検索サービスは独立した経済的インセンティブシステムである。Retrieval Provider（検索プロバイダー）は、利用者にデータの高速アクセスを提供する責任を負う。検索プロバイダーは長期保存ではなく、データの高速アクセスに特化している。ほとんどのストレージプロバイダーは同時に検索プロバイダーでもある。利用者は検索プロバイダーに料金を支払い、データを取得する。Filecoinエコシステムには既にretrieval.marketやSaturn Networkなどのプロジェクトがあり、データの高速検索とコンテンツ配信を実現している。
ArweaveのSPoRAコンセンサスは、前述の永続的ストレージとストレージ冗長性の利点に加え、データ検索とアクセス速度の向上も同時に実現している。SPoRAアップグレード前、Arweaveの旧コンセンサス方式であるPoA（Proof-of-Access）は、マイナーがより多くのデータを保存するインセンティブを解決したが、データの高速検索にはインセンティブを与えていなかった。実際、PoA時代には、マイナーがストレージリソースを集約して「ストレージプール」を形成し、その中に履歴ブロックを保存していた。リコールブロックが選ばれると、ストレージプールがマイナーの要求に応じてその内容を送信していた。これはネットワークの分散化に逆行する。Arweaveネットワークの統計では、全ネットワークのハッシュレートが増加する一方でノード数が減少する現象が観測され、間接的にストレージプールの存在が示されていた。この問題を解決し、各マイナーがローカルにデータを保持するよう促すため、ArweaveはPoAをSPoRAにアップグレードした。SPoRA導入後、ローカルに履歴ブロックを保持しないマイナーは、ストレージプールから極めて頻繁にリコールブロックを要求・転送する必要があり、そのコストと時間が大幅に増加する。一方、ローカルに履歴ブロックを保持するマイナーは新区塊の採掘確率が高くなる。こうしたメカニズム設計により、ストレージプールの存在が排除された。また、世界各地のマイナーノードがローカルに履歴ブロックを保持することで、利用者のデータ検索とアクセス速度も向上した。
ストレージの金融化 Financialization
FVMのリリースにより、Filecoin上ではDeFiを含む多数のWeb3アプリケーション（例：ステーキングプロトコル、保険プロトコル、ストレージデリバティブなど）が導入可能になった。
Filecoinのストレージプロバイダーは、一定量のFILを担保として預けることでストレージサービスを提供できる。従来、プロバイダーは自ら資金を調達してFILを購入するか、オフチェーンの借貸契約でFILを借りていた。しかし、FVM上に構築されたステーキングプロトコルを利用すれば、FIL保有者は空いているFILをプロトコルに預け、ルールや条件を設定できる。これにより、規模に関係なく任意のプロバイダーがこれらのルールに基づき、オンチェーンで必要な担保量のFILを調達し、ストレージサービスを開始できる。
ストレージデリバティブはもう一つの興味深い応用例であり、変動するストレージコストは利用者とプロバイダー双方にとって予算管理の難しさをもたらす。ストレージ空間と時間を商品化（commoditize）することで、利用者はコストを事前に固定でき、プロバイダーは資金を早期に回収し、将来の需要に基づいて在庫、ハードウェア、運用、財務を事前に計画・管理できる。
プロジェクトの位置づけと現状
Filecoinネットワークは現在、3,678のノードが約19.544EiBのストレージ容量を提供しているのに対し、Arweaveネットワークは112のノードが実際には125.62TiBのデータを保存している。
規模としてはFilecoinの方が大きいが、FilecoinとArweaveはどちらも分散型データストレージプロトコルながら異なる位置づけを持っており、単純にノード数や規模だけで比較することはできない。
Protocol LabsはFilecoinを「ストレージマーケットプレイス」と「インセンティブ層」と位置づけ、ストレージ市場、検索市場、金融商品などを整備し、経済的インセンティブ設計によって多様な製品機能（永続的ストレージ、データ複製・修復など）を実現し、最大かつ最重要な分散型データストレージ・配信・計算プロトコルとなることを目指している。
Arweaveの最も重要な位置づけは、データの永久保存であり、その基盤であるArweave上でスマートコントラクトプロトコルを開発し、データの計算を実現することにある。すべてのメカニズム設計はこの最も重要な目標に奉仕しており、前述のいくつかの特性からも、Arweaveの設計が精巧かつ統一的であることがうかがえる。
展望
イーサリアムエコシステムやEVMの飛躍的進展に比べ、分散型データストレージネットワークの発展はここ数年やや地味であった。
FilecoinおよびArweaveエコシステムには多くの優れたプロジェクトや起業家が存在するが、現時点ではWeb3 Dappsの多くがFilecoinやArweaveを大規模に採用しているわけではなく、依然として多くのDappsがWeb2のストレージソリューションに依存している。ストレージのブロックチェーン上で計算を行うというアプローチは新しいものであり、FVMであろうとSmartWeaveであろうと、開発者がこれまでにない分散型アプリケーションを解き放つ可能性を持っている。
開発者やユーザーにとって、どちらの分散型ストレージプロトコルを使うかは二者択一の問題ではなく、アプリケーションやコンテンツのストレージニーズに応じて選ぶべきである。
FilecoinとArweaveの位置づけには重なり合う部分もあるが、それぞれ独自の強みを伸ばして発展することで、進化し続ける分散型ネットワークストレージのニーズに応え、『分散型ネットワークドライブ』から『分散型サーバー』へのビジョンを実現できる。
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