一文で解説するArweave：一度支払えば、データは永久に保存

2024.05.22

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一文で解説するArweave：一度支払えば、データは永久に保存

ブロックチェーン技術や分散型ストレージに対する需要が高まる中、Arweaveは今後、この分野のリーダーとなる可能性を秘めている。

2024.05.22 - 08:38:28

Arweave

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ブロックチェーン技術や分散型ストレージに対する需要が高まる中、Arweaveは今後、この分野のリーダーとなる可能性を秘めている。

執筆：チェンチャグァン

1. プロジェクト概要

Arweaveは、分散型データストレージソリューションであり、独自の「ブロックウェーブ（Blockweave）」技術とネイティブ暗号通貨であるARトークンを通じて、永久的かつ不変なデータ保存サービスを提供しています。ユーザーは一回限りの支払いを行うことでデータを永久に保存でき、未使用のストレージ空間を提供することで報酬を得られます。

誰もがデータを永久に保存できるツールとして、Arweaveは「ノード」または「マイナー」と呼ばれるコンピュータネットワークに情報を分散させることで機能します。これは、今日のインターネットが少数の大手企業のサーバーに支配されており、それらがいつ停止したり、内容をこっそり変更する可能性があるという点で、従来のインターネットとは異なります。

Arweaveは、広範なノードネットワークを通じて「Permaweb」と呼ばれる並行的なインターネットを提供しています。これらのすべてのノードは、既存データを長期間保存し、顧客の要求に応じて新しいデータを保存することで収益を得ています。Arweaveはそのネイティブ暗号通貨であるARを使ってサービスを運営しており、ユーザーがデータを保存するために代金を支払うと、マイナーにARが支払われると同時に、一部のARは寄付基金に蓄えられ、無限の永久ストレージを保証しています。

2. 動作原理

Arweaveは「ブロックウェーブ（Blockweave）」と呼ばれる革新的なデータ構造に基づいて動作しており、各ブロックは前のブロックだけでなく、過去のブロック（リコールブロック）にもリンクされています。マイナーは新区間を追加する前に、「アクセス証明（Proof of Access, PoA）」を提示する必要があります。これにより、すべてのデータの完全性と不変性が確保されます。ユーザーは一度きりの料金を支払うだけでデータを永久に保存でき、その一部は初期ストレージコストに、もう一部は将来のストレージ費用のための寄付基金に充てられます。「スパラ（Spora）」と呼ばれるランダムアクセス簡潔証明はネットワークの効率性と安全性をさらに高めます。また、「バンドリング（Bundling）」技術は複数の取引を一つにまとめてアップロードすることで、データアップロードの効率とネットワーク性能を向上させます。これらの仕組みによって、Arweaveは分散的で永久的なデータストレージネットワークを実現しています。

3. 核心メカニズム

3.1 ブロックウェーブ（Blockweave）

ブロックウェーブ（Blockweave）は、Arweaveの核心となるデータ構造であり、従来のブロックチェーン設計を改良して、効率的で信頼性が高く、永久的なデータ保存を実現しています。以下にブロックウェーブの詳細分析を示します：

3.1.1 基本構造

ブロックウェーブと従来のブロックチェーンの主な違いはそのリンク構造にあります。従来のブロックチェーンでは各ブロックが直前のブロックのみにリンクするのに対し、ブロックウェーブでは各ブロックが直前のブロック（親ブロック）に加えて、過去のあるブロック（リコールブロック）にもリンクしています。この二重リンク構造により、データ保存の冗長性とセキュリティが強化されています。

親ブロック：従来のブロックチェーンと同様、ブロックウェーブの各ブロックも直前のブロックにリンクしており、基本的な鎖状構造を形成しています。
リコールブロック：各ブロックは、ランダムに選ばれた過去のブロックにもリンクしており、このリンクはランダムであることが特徴で、データの冗長性とアクセス性を高める目的があります。

3.1.2 データ検証プロセス

ブロックウェーブでは、マイナーが新区塊を生成する前に、ランダムに選ばれた過去のブロックを検証する必要があります。この検証メカニズムは「アクセス証明（Proof of Access, PoA）」と呼ばれ、保存されたすべてのデータブロックがアクセス可能かつ検証可能であることを保証します。マイナーは採掘報酬を得る機会を増やすために、より多くの過去のデータブロックを保存しようとするため、結果的にデータの冗長性が高まります。

ランダム選択：過去のブロックをランダムに選んで検証することで、マイナーがどのデータブロックを検証すべきか事前に予測できないようにし、大量の歴史的データを保存せざるを得なくなります。
データ完全性：このメカニズムにより、データの完全性と改ざん防止が確保され、セキュリティが強化されます。

3.1.3 データ保存の冗長性

ブロックウェーブの二重リンク構造は、データの冗長性を大幅に高めています。各ブロックが複数のブロックにリンクしているため、特定のノードが故障したりデータを失った場合でも、他のノードが冗長リンクを利用してデータを復元できます。この設計により、データの持続性と耐障害性が向上しています。

多重リンク：親ブロックとリコールブロックの二重リンクにより、ネットワーク内のデータ保存が極めて冗長になります。
データ復旧：ノードが故障またはデータ喪失が発生した場合でも、他のノードが冗長リンクを利用してデータを復元でき、高い可用性を確保します。

3.1.4 ブロックウェーブの構築と採掘

マイナーはArweaveネットワーク内で新区塊を生成することで報酬を得ます。新区塊を生成するには、指定された過去のブロックにアクセス・検証できる必要があります。この仕組みにより、マイナーはより多くの歴史データを保存するインセンティブを持ち、ネットワーク全体のデータ保存量とセキュリティが向上します。

採掘プロセス：マイナーはランダムに選ばれた過去のブロックを検証し、新区塊を生成することでARトークンの報酬を得ます。
インセンティブメカニズム：この仕組みにより、マイナーはより多くのデータを保存するよう促され、データの冗長性とネットワークのセキュリティが高まります。

3.1.5 データの不変性とセキュリティ

ブロックウェーブでは、各ブロックが複数のブロックにリンクしており、PoAメカニズムによる検証も行われるため、一度保存されたデータは変更や削除ができません。この不変性により高いセキュリティが提供され、悪意ある改ざんや削除から守られます。

不変性：データがブロックウェーブに保存されると、変更や削除ができず、データの完全性が保証されます。
セキュリティ：多重リンクとランダム検証メカニズムにより、データのセキュリティが高まり、悪意ある改ざんが困難になります。

3.2 ランダムアクセス簡潔証明（Spora）

ランダムアクセス簡潔証明（Spora）は、Arweaveがネットワークの効率性とセキュリティを高めるために用いる重要な合意形成メカニズムです。Sporaにより、Arweaveはデータの完全性と安全性を維持しつつ、データ保存とアクセスの効率を高めることができます。以下にSporaの詳細分析を示します：

3.2.1 基本原理

Spora（Succinct Proofs of Random Access）は、「アクセス証明（Proof of Access, PoA）」の改良版です。その核となる考え方は、ランダムに選ばれた過去のデータブロックを検証することで、新規データブロックの正当性を確認し、データの完全性とセキュリティを確保することです。このランダム性により、マイナーの不正行為のリスクが低減され、ネットワークのセキュリティとデータの冗長性が向上します。

3.2.2 データ検証プロセス

Sporaでは、マイナーが新区塊を追加する前に、ランダムに選ばれた過去のデータブロックを検証する必要があります。このランダム選択プロセスにより、マイナーは検証対象のデータブロックを事前に予測できず、選択的にデータを保存することができません。この方式により、マイナーは採掘チャンスを高めるために多数の過去データを保存せざるを得ず、結果としてデータの冗長性とネットワーク全体のセキュリティが向上します。

3.2.3 マイナーへのインセンティブ強化

Sporaはマイナーのインセンティブメカニズムを強化しています。マイナーは採掘成功確率を高めるためにより多くの過去データブロックを保存する必要があり、これによりデータ保存と管理のためにより多くのリソースを投入するようになります。マイナーはデータの検証と保存を通じて採掘報酬を得るだけでなく、保存データ量を増やすことでネットワーク内での競争力を高めます。

3.2.4 エネルギー効率の向上

従来の作業量証明（Proof of Work, PoW）と比較して、Sporaははるかに省エネルギーです。PoWではマイナーが複雑な計算を通じて取引を検証するため、膨大なエネルギー消費が発生します。一方、Sporaは過去のデータブロックへのランダムアクセスと検証を行うことで、計算リソースの消費を大幅に削減し、ネットワークのエネルギー効率を高めます。この効率的な検証プロセスはエネルギーコストを低下させるだけでなく、環境への影響も軽減します。

3.2.5 セキュリティと攻撃耐性

Sporaはそのランダム性とデータ冗長性により、ネットワークのセキュリティと攻撃耐性を強化しています。マイナーが検証すべきデータブロックを予測できないため、悪意ある攻撃者が標的を絞った攻撃を行うのが難しくなります。また、マイナーが大量の過去データを保存しているため、攻撃者が破壊すべきデータ量が増え、ネットワーク全体のセキュリティが向上します。

3.3 バンドリング技術（Bundling）

Arweaveのバンドリング技術（Bundling）は、データアップロードの効率とネットワーク拡張性を高めるための画期的な革新の一つです。この技術により、Arweaveは大規模なデータアップロードを効果的に処理し、ユーザーエクスペリエンスとネットワーク性能を向上させます。以下にバンドリング技術の詳細分析を示します：

3.3.1 基本原理

バンドリング技術の核となる考え方は、複数の小さな取引を一つの大きな取引にまとめ、それをブロックウェーブにアップロードすることです。この方法により、個別の取引の頻繁なアップロード操作が減少し、ネットワークの混雑が緩和され、データ伝送の効率が向上します。

3.3.2 データアップロード効率の向上

バンドリング技術がない場合、各取引のアップロードは個別に処理・記録されるため、ブロックチェーンの負担が増加し、データアップロードの効率が低下します。バンドリング技術により、複数の小取引が一つの大取引にパッケージ化されてアップロードされることで、オンチェーン取引数が削減され、データアップロードの効率が大きく向上します。

3.3.3 ネットワークの拡張性

バンドリング技術はArweaveネットワークの拡張性を顕著に高めます。NFTプロジェクトやメディアファイルの保存など、大規模なデータアップロードのシナリオにおいて、バンドリング技術は多数の同時アップロードリクエストを効果的に処理し、ネットワークの混雑やパフォーマンスのボトルネックを回避します。例えば、Arweaveは一度のバンドリング操作で47GBのデータを成功裏にアップロードしており、これは従来のオンチェーンデータ保存方式では達成が難しい規模です。

3.3.4 取引確定性と開発者体験

バンドリング技術により、開発者やユーザーはデータアップロードの結果をより確実に把握できます。大取引のアップロード成功率は、複数の小取引を別々にアップロードするよりも高いため、この確定性は開発者の体験を向上させ、彼らがアプリケーション開発に集中できるようになります。

3.3.5 コスト効率

バンドリング技術はデータアップロードの効率を高めるだけでなく、顕著なコストメリットももたらします。従来のオンチェーンデータ保存モデルでは、各取引ごとに手数料が発生しますが、バンドリング技術は取引を統合することで取引回数を削減し、全体のトランザクションコストを低減します。これは大量のデータを保存する必要があるユーザーにとって大きな利点です。

3.3.6 データの完全性とセキュリティ

バンドリング技術はデータの完全性とセキュリティを確保しています。複数の取引が一つの大取引に統合されても、各小取引のデータは依然として完全で改ざん不可能です。そのため、アップロード中に問題が発生しても、再パッケージ化と再アップロードによってデータの安全と完全性を保証できます。

3.4 Wildfireメカニズム

Wildfireは、Arweaveネットワークにおけるインセンティブメカニズムの一つで、データの迅速な伝播とネットワーク性能の向上を通じて、全体的なユーザーエクスペリエンスを改善することを目的としています。以下にWildfireメカニズムの詳細分析を示します：

3.4.1 基本原理

Wildfireメカニズムは、ランキングシステムを通じてノードがデータリクエストに迅速に応答し、満たすことを奨励します。ノードはネットワーク内でのデータ伝播速度と効率に基づいてランキングされ、ランキングが高いノードほど多くのリクエストを受け取り、報酬を得ます。このメカニズムにより、データがネットワーク内で迅速に配布され、ネットワーク全体のパフォーマンスが向上します。

3.4.2 データ伝播効率

Wildfireメカニズムの核は、データ伝播の効率を高めることにあります。ノードがネットワーク内で新しいデータを受信すると、すぐに他のノードに伝播させます。伝播が速く、応答が迅速なノードはランキングで優位になり、より多くのリクエスト処理機会とそれに応じた報酬を得ます。

高速伝播：ノードは新しいデータを受信後、即座に他のノードに伝播させ、データがネットワーク内で迅速に流れるようにします。
効率優先：ランキングメカニズムを通じて、ノードがデータ伝播効率を最適化するよう促進し、ネットワーク全体のパフォーマンスを向上させます。

3.4.3 ノードランキングシステム

Wildfireメカニズムは、ノードのパフォーマンスに基づいたランキングを通じて、データ伝播効率の向上を奨励します。ランキングシステムは、ノードがデータリクエストに応答する速度と信頼性に基づいて評価を行います。評価の高いノードはネットワーク内で優先順位が高くなり、より多くのリクエスト処理機会と報酬を得ます。

応答速度：データリクエストへの応答速度はランキングの重要な指標であり、速度が速いほどランキングが高くなります。
データ信頼性：ノードが提供するデータの信頼性もランキングの重要な要素であり、データ提供が安定しているほどランキングが高くなります。

3.4.4 インセンティブと報酬メカニズム

Wildfireメカニズムは、高ランキングノードに報酬を与えることで、データ伝播効率の向上を奨励します。ノードは迅速かつ信頼性の高いデータ伝播を通じて、より高いランキングと報酬を得ます。この報酬メカニズムにより、ノードがネットワークに積極的に参加し、ネットワーク全体のパフォーマンスとデータの可用性が向上します。

ランキング報酬：高ランキングノードはより多くのリクエスト処理機会と報酬を得ます。
経済的インセンティブ：ノードは迅速かつ信頼性の高いデータ伝播サービスを通じて経済的リターンを得ることで、継続的にパフォーマンスを最適化する動機付けになります。

3.4.5 ネットワークの健全性と堅牢性

Wildfireメカニズムはデータ伝播効率を高めるだけでなく、ネットワークの健全性と堅牢性も強化します。ノードが迅速に応答しデータを伝播するよう奨励することで、高負荷や高需要下でもネットワークが安定かつ効率的に動作することを保証します。

高負荷適応：高負荷時でも、Wildfireメカニズムによりデータが迅速かつ効率的にネットワーク内で伝播されます。
堅牢性の向上：ノードのパフォーマンスを最適化することで、ネットワーク全体の堅牢性と信頼性が高まります。

4. ARトークン

ARトークンはArweaveネットワークのネイティブ暗号通貨であり、マイナーのインセンティブ付与、データ保存費用の支払い、エコシステム全体の経済的バランスの維持など、複数の重要な役割を果たしています。

以下にARトークンの詳細分析を示します：

4.1 ARトークンの基本機能

データ保存料金の支払い：ユーザーがArweaveネットワークにデータを保存する際、ARトークンを使用して一回限りの保存料金を支払います。この料金により、データの永久保存が保証されます。
マイナーへのインセンティブ：マイナーはデータの保存と検証を通じてARトークンを報酬として得ます。このメカニズムにより、マイナーはデータ保存と維持に積極的に参加し、ネットワークの安全性と信頼性が確保されます。

4.2 一回限り支払いモデル

Arweaveのビジネスモデルは従来のサブスクリプションサービスとは異なり、ユーザーは一度きりの支払いを行うだけでデータを永久に保存できます。この料金の一部は初期保存コストに充てられ、残りは将来の保存費用のための寄付基金（Endowment Fund）に入ります。

初期保存コスト：支払われた料金は即座にデータの初期保存とアクセスに使用されます。
寄付基金：約86%の料金が寄付基金に入り、長期的にマイナーにインセンティブを与え、データの永続性を保証します。

4.3 ストレージ寄付基金（Endowment Fund）

寄付基金の設計は、従来の経済的寄付構造に似ており、利息や資産増益を通じて将来の保存コストを賄うことを目的としています。ユーザーが支払う初期料金から生じる利息は、マイナーの長期保存コストに充てられ、データが永久に保存されることを保証します。

基金の運用：寄付基金に蓄積された資金と利息により、マイナーが今後何十年にもわたって継続的な経済的インセンティブを得られるようにします。
コスト低下の見込み：データ保存コストは今後も継続的に低下すると予想されており、寄付基金の利息収入が長期的な保存コストを十分に賄えると考えられています。

4.4 トークン供給

初期供給量：6600万枚のARトークン。
流通供給量：5500万枚のARトークン。
段階的半減：ビットコインの半減メカニズムと同様、トークン供給の希少性と長期的価値を確保します。ただし、ARトークンは「段階的半減」を採用しており、トークン発行量が各短期サイクルで徐々に減少していく点が異なります。

4.5 ARトークン分配

種子販売：9%。
プライベート販売：13.42%。
公開販売（ICO）：3.75%。
戦略的パートナー：5.42%。
アドバイザー：2.42%。
チーム：10.83%。
テックスタートアップ：0.5%。
導入インセンティブ：15.92%。
プロジェクト：22.07%。
採掘報酬：16.67%。

4.6 トークンの経済的インセンティブ

ARトークンは、ネットワーク参加者に対して複数の方法でインセンティブを提供します：

マイナー報酬：マイナーはデータの保存と検証を通じてARトークン報酬を得ることで、参加意欲が高まります。
ユーザー支払い：ユーザーはARトークンを支払い、データを永久に保存できるようにします。
収益共有：Arweaveは収益共有トークン（Profit Sharing Tokens, PST）を導入しており、開発者はアプリケーションの構築と運営を通じて微小な配当を得ることができ、エコシステムの発展とイノベーションを促進します。