Cách mạng dữ liệu: Khám phá toàn cảnh lưu trữ phi tập trung
Tuyển chọn TechFlowTuyển chọn TechFlow
Cách mạng dữ liệu: Khám phá toàn cảnh lưu trữ phi tập trung
Tính đến tháng 6 năm 2023, tổng dung lượng lưu trữ của hệ thống lưu trữ phi tập trung đã vượt quá 22.000 PB, trong khi tỷ lệ sử dụng mạng chỉ khoảng 20%.
Chuyên sâu báo cáo Web3
Tóm tắt
Lưu trữ phi tập trung là mô hình mà các cá nhân hoặc một nhóm người dùng cung cấp không gian lưu trữ rảnh của họ làm đơn vị trong mạng lưới lưu trữ, từ đó vượt qua sự kiểm soát tuyệt đối dữ liệu của các tổ chức tập trung như AWS và Google Cloud.
Chi phí lưu trữ thấp, sao lưu dữ liệu dự phòng và kinh tế token cũng là những đặc điểm nổi bật của lưu trữ phi tập trung. Nhiều ứng dụng Web3 đã được xây dựng trên cơ sở hạ tầng này.
Tính đến tháng 6 năm 2023, tổng dung lượng lưu trữ của toàn bộ hệ thống lưu trữ phi tập trung đã vượt quá 22.000 PB (petabyte), trong khi tỷ lệ sử dụng mạng chỉ khoảng 20%. Điều này cho thấy tiềm năng tăng trưởng rất lớn trong tương lai.
Trong dung lượng lưu trữ hiện tại, hơn 80% được cung cấp bởi Filecoin – rõ ràng là nhà dẫn đầu trong lĩnh vực này. Filecoin còn ra mắt các chương trình như Filecoin Plus và FVM nhằm khuyến khích nhà phát triển và thúc đẩy sự phát triển hệ sinh thái.
Cùng với sự trỗi dậy của trí tuệ nhân tạo (AI) và trò chơi on-chain hoàn toàn, lĩnh vực lưu trữ và tính toán phi tập trung dự kiến sẽ đón nhận nhiều cơ hội tăng trưởng hấp dẫn.
1. Tại sao chúng ta cần lưu trữ phi tập trung
Các dịch vụ lưu trữ đám mây như Dropbox và Google Cloud đã thay đổi cách chúng ta lưu trữ và chia sẻ các tệp lớn (như video và ảnh) trực tuyến. Chúng cho phép bất kỳ ai lưu trữ hàng terabyte dữ liệu với chi phí thấp hơn nhiều so với việc mua ổ cứng mới, đồng thời truy cập tệp từ mọi thiết bị khi cần. Tuy nhiên, vẫn tồn tại một vấn đề: người dùng phải phụ thuộc vào hệ thống quản lý của một thực thể tập trung, có thể thu hồi quyền truy cập tài khoản bất cứ lúc nào, chia sẻ tệp với các cơ quan chính phủ hoặc thậm chí xóa tệp mà không có lý do. Mô hình lưu trữ này khiến quyền sở hữu tài sản dữ liệu trở nên mơ hồ và thực chất tạo ra sự độc quyền dữ liệu cho các công ty internet lớn như Amazon và Google. Ngoài ra, thời gian ngừng hoạt động của dịch vụ tập trung thường gây ra hậu quả nghiêm trọng.
Ngành lưu trữ vốn dĩ phù hợp với ứng dụng phi tập trung. Thứ nhất, nó giải quyết các vấn đề về quyền riêng tư và sở hữu dữ liệu người dùng. Các tệp được lưu trữ trên dịch vụ lưu trữ phi tập trung không chịu ảnh hưởng từ bất kỳ tổ chức tập trung nào, ví dụ như chính phủ muốn kiểm soát hoặc kiểm duyệt nội dung. Nó cũng ngăn chặn các công ty tư nhân thực hiện hành vi như kiểm duyệt dịch vụ hoặc chia sẻ tệp với cơ quan thực thi pháp luật.
Thứ hai, lượng dữ liệu khổng lồ và việc lập chỉ mục bản thân đã yêu cầu hệ thống phân tán. Các dịch vụ đám mây tập trung hiện nay cũng đang sử dụng các giải pháp phân tán như Spanner, TiDB... Có thể nói rằng phân tán không đồng nghĩa với phi tập trung, nhưng phi tập trung luôn mang tính phân tán. Khác biệt với kiến trúc lưu trữ tập trung, các giải pháp phi tập trung hiện tại sẽ chia dữ liệu thành các phần nhỏ, mã hóa và lưu trữ trên các nút khắp toàn cầu. Quá trình này tạo ra nhiều bản sao dữ liệu, nâng cao khả năng phục hồi khi mất dữ liệu.
Thứ ba, nó giải quyết vấn đề tiêu thụ tài nguyên vô ích trong khai thác tiền điện tử. Cơ chế Proof-of-Work (PoW) của Bitcoin bị chỉ trích vì tiêu tốn lượng lớn điện năng. Trong khi đó, lưu trữ phi tập trung trao cơ hội cho người dùng trở thành nút mạng, kiếm lợi nhuận bằng cách tận dụng tài nguyên lưu trữ rảnh. Việc có hàng ngàn nút lưu trữ cũng đồng nghĩa với chi phí giảm xuống, điều này cho thấy dịch vụ lưu trữ đám mây phi tập trung thậm chí có thể cạnh tranh thị phần từ các dịch vụ đám mây Web2. Trong bối cảnh băng thông mạng và phần cứng liên tục được nâng cấp, đây là một thị trường cực kỳ rộng lớn. Theo dự báo của Business Research, thị trường cơ sở dữ liệu toàn cầu sẽ vượt ngưỡng 120 tỷ USD vào năm 2028.
2. Kiến trúc lưu trữ phi tập trung
Để xây dựng các ứng dụng phi tập trung thực sự, cơ sở dữ liệu phi tập trung cũng cần được tích hợp vào kiến trúc ứng dụng Web3. Nó có thể được chia thành bốn thành phần chính: lớp hợp đồng thông minh, lưu trữ tệp, cơ sở dữ liệu và tầng cơ sở hạ tầng chung.
Lớp hợp đồng thông minh đóng vai trò như Layer1, còn tầng cơ sở hạ tầng chung bao gồm các yếu tố như oracle, RPC, kiểm soát truy cập, định danh, tính toán ngoài chuỗi và mạng lập chỉ mục.
Mặc dù người dùng không dễ cảm nhận được, nhưng cả lớp lưu trữ tệp và lớp cơ sở dữ liệu đều đóng vai trò then chốt trong phát triển ứng dụng Web3. Chúng cung cấp hạ tầng thiết yếu để lưu trữ dữ liệu có cấu trúc và phi cấu trúc – nhu cầu bắt buộc của nhiều loại ứng dụng khác nhau. Do đặc thù của báo cáo này, phần tiếp theo sẽ đi sâu hơn vào hai thành phần này.
2.1 Mạng lưu trữ tệp phi tập trung (DFSNs)
Các DFSN như Filecoin, Arweave và Crust chủ yếu dùng để lưu trữ bền vững dữ liệu phi cấu trúc – dữ liệu không tuân theo định dạng cố định và không cần cập nhật hay truy xuất thường xuyên. Vì vậy, DFSN thường được dùng để lưu trữ các dạng dữ liệu tĩnh như tài liệu văn bản, hình ảnh, file âm thanh và video.
Một ưu điểm của loại dữ liệu này trong kiến trúc lưu trữ phân tán là có thể tận dụng các thiết bị lưu trữ biên (edge storage) hoặc trung tâm dữ liệu biên để đưa dữ liệu gần hơn tới người dùng cuối. Cách thức lưu trữ này giúp giảm chi phí truyền thông mạng, độ trễ tương tác và chi phí băng thông. Nó cũng mang lại khả năng thích nghi và mở rộng tốt hơn. Ví dụ, Storj cung cấp mức giá 4,00 USD/tháng cho 1TB dung lượng, trong khi giải pháp lưu trữ đám mây doanh nghiệp hàng đầu thị trường Amazon S3 tính phí khoảng 23,00 USD/tháng cho cùng dung lượng dữ liệu.
So với các giải pháp lưu trữ đám mây tập trung truyền thống, người dùng có thể hưởng lợi từ các lựa chọn lưu trữ tiết kiệm chi phí hơn. Đặc tính phi tập trung của DFSN còn cung cấp mức độ bảo mật, quyền riêng tư và kiểm soát dữ liệu cao hơn, vì dữ liệu được phân bố trên nhiều nút hoặc thợ đào chứ không lưu trữ trên một máy chủ tập trung duy nhất.
2.2 Cơ sở dữ liệu phi tập trung
Hạn chế của việc lưu trữ tệp phi cấu trúc trên DFSN là rõ ràng, đặc biệt trong việc truy xuất và cập nhật dữ liệu hiệu quả. Với các dữ liệu cần được cập nhật thường xuyên, các kiến trúc này không phải là lựa chọn lý tưởng. Trong trường hợp này, các cơ sở dữ liệu truyền thống như MySQL và Redis lại là lựa chọn phù hợp hơn cho các nhà phát triển, vì chúng đã được tối ưu hóa và kiểm nghiệm kỹ lưỡng trong thời đại Internet Web2.0.
Đặc biệt trong các ứng dụng như trò chơi blockchain và mạng xã hội, việc lưu trữ dữ liệu có cấu trúc là yêu cầu tất yếu. Cơ sở dữ liệu truyền thống cung cấp cách thức hiệu quả để quản lý lượng lớn dữ liệu động và kiểm soát việc truy cập. Chúng cung cấp các chức năng như lập chỉ mục, truy vấn và thao tác dữ liệu – những yếu tố thiết yếu với các ứng dụng phụ thuộc vào dữ liệu có cấu trúc. Vì vậy, dù dựa trên DFSN hay tự phát triển hạ tầng lưu trữ riêng, cơ sở dữ liệu phi tập trung hiệu suất cao, độ sẵn sàng cao là một nhánh rất quan trọng trong lĩnh vực lưu trữ.
3. Phân tích kỹ thuật DFSNs
3.1 Tổng quan
Trong các dự án Web3 hiện nay, các dự án lưu trữ tệp phi tập trung (DFSNs) có thể được chia thành hai nhóm. Nhóm thứ nhất bao gồm các dự án như Filecoin và Crust, xây dựng dựa trên IPFS. Nhóm thứ hai bao gồm AR, Sia và Storj, có giao thức底层 hoặc hệ thống lưu trữ riêng. Dù phương pháp triển khai khác nhau, tất cả đều đối mặt với thử thách chung: đảm bảo lưu trữ phi tập trung thực sự đồng thời đạt được hiệu quả trong lưu trữ và truy xuất dữ liệu.
Do bản thân blockchain không phù hợp để lưu trữ lượng lớn dữ liệu trực tiếp trên chuỗi, chi phí và tác động lên không gian khối khiến cách tiếp cận này trở nên không thực tế. Vì vậy, mạng lưu trữ phi tập trung lý tưởng phải có khả năng lưu trữ, truy xuất và duy trì dữ liệu, đồng thời đảm bảo tất cả các bên tham gia trong mạng đều được khuyến khích và tuân thủ cơ chế tin cậy của hệ thống phi tập trung.
Chúng tôi sẽ đánh giá các đặc điểm kỹ thuật, ưu điểm và nhược điểm của một số dự án phổ biến từ các khía cạnh sau:
Định dạng lưu trữ dữ liệu: Lớp giao thức lưu trữ cần xác định dữ liệu nên được lưu trữ như thế nào, ví dụ như có nên mã hóa dữ liệu, và dữ liệu nên được lưu trữ nguyên vẹn hay chia thành các khối hash nhỏ.
Sao chép và sao lưu dữ liệu: Cần quyết định dữ liệu được lưu ở đâu, ví dụ như cần bao nhiêu nút lưu giữ dữ liệu, có nên sao chép toàn bộ dữ liệu lên mọi nút, hay mỗi nút nên nhận các đoạn khác nhau để tăng cường bảo vệ quyền riêng tư. Định dạng và lan truyền dữ liệu sẽ quyết định xác suất khả dụng dữ liệu trên mạng, tức là độ bền khi thiết bị hỏng hóc theo thời gian.
Khả dụng dữ liệu dài hạn: Mạng cần đảm bảo dữ liệu luôn sẵn sàng ở đúng nơi, đúng thời điểm. Điều này đòi hỏi thiết kế cơ chế khuyến khích, ngăn các nút lưu trữ xóa dữ liệu cũ theo thời gian.
Bằng chứng lưu trữ dữ liệu: Mạng không chỉ cần biết vị trí lưu trữ dữ liệu, mà các nút lưu trữ cũng cần chứng minh được họ thực sự đang lưu dữ liệu mà họ cam kết, để xác định phần thưởng.
Phát hiện giá lưu trữ: Dự kiến các nút sẽ trả phí để duy trì lưu trữ tệp.
3.2 Lưu trữ và sao chép dữ liệu
Như đã đề cập, Filecoin và Crust sử dụng IPFS làm giao thức mạng và tầng truyền thông để truyền tải tệp giữa các điểm ngang hàng và lưu trữ trên các nút. Điểm khác biệt là Filecoin sử dụng mã hóa xóa (erasure coding - EC) để đạt được khả năng mở rộng trong lưu trữ dữ liệu. Mã hóa xóa (EC) là một phương pháp bảo vệ dữ liệu, chia dữ liệu thành các đoạn, mở rộng và mã hóa các khối dữ liệu dư thừa, rồi lưu trữ ở các vị trí khác nhau như đĩa, nút lưu trữ hoặc khu vực địa lý khác. EC tạo ra một hàm toán học mô tả một tập hợp số, cho phép kiểm tra độ chính xác và phục hồi khi một số bị mất.
Nguồn: usenix
Phương trình cơ bản là n=k+m, trong đó tổng khối dữ liệu bằng khối dữ liệu gốc cộng khối kiểm tra.
Từ k khối dữ liệu gốc, tính ra m khối kiểm tra. Lưu k+m khối dữ liệu vào k+m ổ cứng, có thể chịu lỗi của bất kỳ m ổ cứng nào. Khi xảy ra lỗi ổ cứng, chỉ cần chọn ngẫu nhiên k khối dữ liệu còn sống sót là có thể tính lại toàn bộ dữ liệu gốc. Tương tự, nếu phân tán k+m khối dữ liệu vào các nút lưu trữ khác nhau, hệ thống có thể chịu lỗi của m nút.
Khi dữ liệu mới cần lưu trữ trên mạng Filecoin, người dùng phải kết nối với một nhà cung cấp lưu trữ thông qua thị trường lưu trữ Filecoin, thương lượng điều khoản lưu trữ, rồi đặt đơn hàng. Đồng thời, người dùng phải quyết định loại mã hóa xóa và hệ số nhân bản (replication factor). Thông qua mã hóa xóa, dữ liệu được chia thành các đoạn kích thước cố định, mỗi đoạn được mở rộng và mã hóa dữ liệu dư thừa, do đó chỉ cần một tập con các đoạn để tái tạo tệp gốc. Hệ số nhân bản chỉ định dữ liệu nên được sao chép bao nhiêu lần vào các khu vực lưu trữ của các thợ đào lưu trữ. Sau khi thợ đào lưu trữ và người dùng đạt thỏa thuận, dữ liệu sẽ được chuyển đến thợ đào và lưu trữ trong khu vực lưu trữ của họ.
Crust có cách lưu trữ dữ liệu khác. Họ sao chép dữ liệu vào một số lượng nút cố định: khi đặt đơn hàng lưu trữ, dữ liệu được mã hóa và gửi đến ít nhất 20 nút IPFS của Crust (có thể điều chỉnh số lượng). Trên mỗi nút, dữ liệu được chia thành nhiều đoạn nhỏ hơn, các đoạn này được băm thành cây Merkle. Mỗi nút giữ tất cả các đoạn tạo thành tệp hoàn chỉnh.
Arweave cũng sử dụng phương pháp sao chép tệp đầy đủ, nhưng áp dụng cách tiếp cận khác biệt. Giao dịch được gửi vào mạng Arweave, nút đầu tiên sẽ lưu dữ liệu dưới dạng khối trên blockweave (biểu diễn blockchain của Arweave). Từ đó, một thuật toán cực kỳ mạnh mẽ tên là Wildfire đảm bảo dữ liệu được sao chép nhanh chóng trên mạng, bởi vì để bất kỳ nút nào khai thác khối tiếp theo, chúng phải chứng minh được khả năng truy cập vào khối trước đó.
Sia và Storj cũng sử dụng EC để lưu trữ tệp. Thực tế, cách triển khai của Crust – lưu 20 bản sao dữ liệu đầy đủ trên 20 nút – là rất dư thừa, tuy nhiên cũng khiến dữ liệu cực kỳ bền bỉ. Nhưng xét về góc độ băng thông, điều này rất kém hiệu quả. Mã hóa xóa cung cấp phương pháp hiệu quả hơn để đạt được sự dư thừa, nâng cao độ bền dữ liệu mà không gây ảnh hưởng lớn đến băng thông. Sia và Storj trực tiếp phát tán các phân vùng EC đến một số lượng nút cụ thể để đáp ứng yêu cầu độ bền nhất định.
3.3 Bằng chứng lưu trữ và cơ chế khuyến khích
Lý do cần nói trước về định dạng lưu trữ dữ liệu là lựa chọn lộ trình kỹ thuật quyết định trực tiếp sự khác biệt giữa các giao thức ở tầng chứng minh và khuyến khích. Cụ thể là làm thế nào để xác minh dữ liệu cần lưu trữ trên một nút cụ thể thực sự được lưu trữ trên nút đó. Chỉ sau khi xác minh thành công, mạng mới có thể sử dụng các cơ chế khác để đảm bảo dữ liệu được duy trì theo thời gian (ví dụ, các nút lưu trữ không xóa dữ liệu sau thao tác lưu trữ ban đầu).
Các cơ chế này bao gồm các thuật toán chứng minh dữ liệu được lưu trữ trong khoảng thời gian nhất định, động lực tài chính cho việc hoàn thành thành công thời gian yêu cầu lưu trữ, và biện pháp răn đe đối với các trường hợp không hoàn thành yêu cầu. Phần này sẽ giới thiệu giao thức lưu trữ và khuyến khích của từng giao thức.
3.3.1 Filecoin
Trên Filecoin, các thợ đào lưu trữ phải gửi một khoản ký quỹ vào mạng trước khi nhận bất kỳ yêu cầu lưu trữ nào, như một cam kết cung cấp lưu trữ cho mạng. Sau khi hoàn thành, thợ đào có thể cung cấp dịch vụ lưu trữ trên thị trường và định giá cho dịch vụ của mình. Đồng thời, Filecoin sáng tạo đưa ra PoRep và PoSt để xác minh lưu trữ của thợ đào.
Nguồn: Filecoin
Bằng chứng sao chép (PoRep): Thợ đào cần chứng minh họ đang lưu trữ một bản sao dữ liệu duy nhất. Việc mã hóa duy nhất đảm bảo rằng hai giao dịch lưu trữ cùng một dữ liệu không thể tái sử dụng cùng một không gian đĩa.
Bằng chứng thời gian và không gian (PoSt): Trong suốt vòng đời của giao dịch lưu trữ, thợ đào lưu trữ phải chứng minh mỗi 24 giờ một lần rằng họ đang dành riêng không gian lưu trữ để lưu dữ liệu đó.
Sau khi gửi bằng chứng, người cung cấp không gian lưu trữ sẽ nhận được phần thưởng FIL; nếu không tuân thủ cam kết, token ký quỹ của họ sẽ bị tịch thu (Slash).
Tuy nhiên, theo thời gian, thợ đào lưu trữ cần chạy thuật toán này định kỳ để nhất quán chứng minh quyền sở hữu dữ liệu lưu trữ. Nhưng việc kiểm tra nhất quán như vậy cần rất nhiều băng thông. Điểm mới lạ của Filecoin nằm ở chỗ, để chứng minh dữ liệu được lưu trữ theo thời gian và giảm sử dụng băng thông, thợ đào sử dụng đầu ra của bằng chứng trước làm đầu vào cho bằng chứng hiện tại, tạo ra các bằng chứng sao chép theo trình tự. Điều này được thực hiện qua nhiều lần lặp, các lần lặp này biểu thị thời gian lưu trữ dữ liệu.
3.3.2 Mạng Crust
Giống như Filecoin, mối quan hệ giữa Crust và IPFS cũng là tầng khuyến khích và tầng lưu trữ. Trong Mạng Crust, các nút cũng phải gửi ký quỹ trước khi chấp nhận đơn hàng lưu trữ trên mạng. Số lượng không gian lưu trữ mà nút cung cấp cho mạng sẽ quyết định lượng ký quỹ tối đa, khoản này được stake và cho phép nút tham gia tạo khối trên mạng. Thuật toán này được gọi là Bằng chứng cổ phần đảm bảo (Guaranteed Proof of Stake - GPoS), đảm bảo chỉ những nút có cổ phần trong mạng mới được cung cấp không gian lưu trữ.
Nguồn: Crust Wiki
Khác với Filecoin, cơ chế phát hiện giá lưu trữ của Crust dựa vào DSM. Các nút và người dùng sẽ tự động kết nối với Thị trường Lưu trữ Phi tập trung (DSM), nơi tự động chọn các nút để lưu trữ dữ liệu của người dùng. Giá lưu trữ được xác định dựa trên nhu cầu người dùng (ví dụ: thời gian lưu trữ, không gian lưu trữ, hệ số nhân bản) và các yếu tố mạng (ví dụ: tắc nghẽn). Khi người dùng gửi đơn hàng lưu trữ, dữ liệu sẽ được gửi đến nhiều nút trên mạng, các nút này sử dụng Môi trường Thực thi Đáng tin cậy (TEE - Trusted Execution Environment) của máy để chia nhỏ dữ liệu và băm các mảnh. Vì TEE là một thành phần phần cứng kín, ngay cả chủ sở hữu phần cứng cũng không thể truy cập, nên chủ sở hữu nút không thể tự tái tạo tệp.
Sau khi tệp được lưu trữ trên nút, báo cáo công việc chứa băm tệp được đăng cùng với không gian lưu trữ còn lại của nút lên blockchain Crust. Từ đây, để đảm bảo dữ liệu được lưu trữ theo thời gian, mạng định kỳ yêu cầu kiểm tra dữ liệu ngẫu nhiên: trong TEE, băm cây Merkle ngẫu nhiên cùng với mảnh tệp liên quan được truy xuất, mảnh tệp này được giải mã và băm lại. Sau đó, băm mới được so sánh với băm mong đợi. Cách triển khai bằng chứng lưu trữ này được gọi là Bằng chứng Công việc Ý nghĩa (MPoW - Meaningful Proof of Work).
GPoS là một thuật toán đồng thuận PoS với hạn mức định nghĩa bởi tài nguyên lưu trữ. Thông qua báo cáo công việc từ cơ chế MPoW lớp một, chuỗi Crust có thể thu thập khối lượng công việc lưu trữ của tất cả các nút, còn thuật toán GPoS lớp hai sẽ tính toán hạn mức Staking cho từng nút dựa trên khối lượng công việc. Sau đó, dựa vào hạn mức này để thực hiện đồng thuận PoS. Tức là phần thưởng tạo khối tỷ lệ thuận với lượng stake của từng nút, còn lượng stake tối đa của từng nút thì bị giới hạn bởi lượng lưu trữ mà nút cung cấp.
3.3.3 Arweave
So với hai mô hình định giá trước đó, Arweave sử dụng mô hình định giá rất khác biệt. Cốt lõi là trên Arweave, tất cả dữ liệu lưu trữ đều vĩnh viễn, giá lưu trữ phụ thuộc vào chi phí lưu trữ dữ liệu trên mạng trong 200 năm.
Mạng dữ liệu Arweave dựa trên mô hình tạo khối Blockweave. Blockchain điển hình như Bitcoin có cấu trúc chuỗi đơn, mỗi khối liên kết với khối trước đó trong chuỗi. Trong khi đó, cấu trúc mạng lưới blockweave, mỗi khối ngoài việc liên kết với khối trước, còn liên kết với một khối hồi tưởng (recall block) ngẫu nhiên trong lịch sử blockchain. Khối hồi tưởng được xác định bởi giá trị băm của khối trước và chiều cao của khối trước – một cách xác định có tính tất yếu nhưng không thể đoán trước. Khi thợ đào muốn khai thác hoặc xác minh khối mới, họ cần có quyền truy cập vào thông tin khối hồi tưởng.
PoA của Arweave sử dụng thuật toán băm RandomX, xác suất tạo khối của thợ đào = xác suất khối hồi tưởng ngẫu nhiên * xác suất tìm được băm đầu tiên. Thợ đào cần tìm giá trị băm phù hợp thông qua cơ chế PoW để tạo khối mới, nhưng số ngẫu nhiên (nonce) phụ thuộc vào thông tin khối trước và khối hồi tưởng ngẫu nhiên. Sự ngẫu nhiên của khối hồi tưởng khuyến khích thợ đào lưu trữ càng nhiều khối càng tốt, từ đó có xác suất tính toán thành công và phần thưởng tạo khối cao hơn. PoA cũng khuyến khích thợ đào lưu trữ các "khối khan hiếm", tức là các khối mà người khác không lưu trữ, để có xác suất tạo khối và phần thưởng lớn hơn.
Nguồn: Arweave Yellow Paper
Khi phí một lần và dịch vụ đọc dữ liệu sau này miễn phí, tính bền vững nghĩa là người dùng có thể truy cập dữ liệu bất cứ lúc nào, vậy làm thế nào để khuyến khích lâu dài các thợ đào sẵn sàng cung cấp dịch vụ đọc dữ liệu mà không có thu nhập?
Nguồn: Arweave Yellow Paper
Dựa trên chiến lược lý thuyết trò chơi BitTorrent "thuật toán tit-for-tat lạc quan", các nút có thái độ lạc quan, hợp tác với các nút khác, hành vi không hợp tác sẽ bị trừng phạt. Theo đó, Arweave thiết kế Wildfire – một hệ thống xếp hạng nút ngầm ẩn. Các nút trong mạng Arweave sẽ chấm điểm các nút lân cận dựa trên lượng dữ liệu nhận và tốc độ phản hồi. Các nút sẽ ưu tiên gửi yêu cầu đến các đối tác có thứ hạng cao hơn. Nút có thứ hạng càng cao thì uy tín càng lớn, xác suất tạo khối càng cao, khả năng nhận được khối khan hiếm càng lớn.
Wildfire thực chất là một trò chơi, một trò chơi có khả năng mở rộng cao. Không có sự đồng thuận về "xếp hạng" giữa các nút, cũng không có nghĩa vụ báo cáo việc tạo và xác định xếp hạng, mà sự "tốt-xấu" giữa các nút được điều chỉnh bởi cơ chế thích nghi, để xác định phần thưởng và trừng phạt cho hành vi mới xuất hiện.
3.3.4 Sia
Giống như Filecoin và Crust, các nút lưu trữ phải gửi ký quỹ để cung cấp dịch vụ lưu trữ. Trên Sia, các nút phải quyết định gửi bao nhiêu ký quỹ: ký quỹ ảnh hưởng trực tiếp đến giá lưu trữ của người dùng, nhưng đồng thời ký quỹ thấp đồng nghĩa với việc nếu nút biến mất khỏi mạng, họ cũng không mất gì. Những lực lượng này đẩy các nút đến mức cân bằng về ký quỹ.
Người dùng kết nối với các nút lưu trữ thông qua thị trường lưu trữ tự động, chức năng tương tự Filecoin: các nút đặt giá lưu trữ, người dùng đặt giá mong muốn theo mục tiêu giá và thời gian lưu trữ dự kiến. Sau đó người dùng và nút sẽ tự động kết nối với nhau.
Nguồn: Crypto Exchange
Trong số các dự án này, Sia sử dụng cách thức đơn giản nhất cho giao thức đồng thuận: hợp đồng lưu trữ lên chuỗi. Sau khi người dùng và nút đạt thỏa thuận về hợp đồng lưu trữ, tiền bị khóa trong hợp đồng, dữ liệu được chia thành các đoạn thông qua mã hóa xóa, mỗi đoạn được băm riêng biệt bằng khóa mã hóa khác nhau, sau đó mỗi đoạn được sao chép lên vài nút khác nhau. Hợp đồng lưu trữ ghi trên blockchain Sia ghi lại các điều khoản thỏa thuận và giá trị băm cây Merkle của dữ liệu. Để đảm bảo dữ liệu được lưu trữ trong thời gian lưu trữ dự kiến, bằng chứng lưu trữ được gửi định kỳ lên mạng. Các bằng chứng lưu trữ này được tạo dựa trên một phần dữ liệu lưu trữ gốc được chọn ngẫu nhiên và danh sách giá trị băm cây Merkle của tệp được ghi trên blockchain. Mỗi bằng chứng lưu trữ mà nút gửi trong một khoảng thời gian sẽ được thưởng, và cuối cùng nhận thưởng khi hợp đồng hoàn thành.
Trên Sia, hợp đồng lưu trữ có thể kéo dài tối đa 90 ngày. Để lưu trữ tệp hơn 90 ngày, người dùng phải kết nối thủ công với mạng thông qua phần mềm khách Sia để gia hạn hợp đồng thêm 90 ngày. Skynet là một lớp khác trên Sia, tương tự như nền tảng Web3.Storage hoặc NFT.Storage của Filecoin, tự động thực hiện quá trình gia hạn hợp đồng cho người dùng bằng cách để các phiên bản phần mềm khách của Skynet tự thực hiện. Mặc dù đây là một biện pháp tạm thời, nhưng nó không phải là giải pháp ở cấp độ giao thức Sia.
3.3.5 Storj
Trong mạng lưu trữ phi tập trung Storj, không có blockchain hay cấu trúc giống blockchain. Không có blockchain cũng đồng nghĩa mạng không có sự đồng thuận toàn cục về trạng thái. Thay vào đó, việc theo dõi vị trí lưu trữ dữ liệu do các nút vệ tinh xử lý, còn lưu trữ dữ liệu do các nút lưu trữ xử lý. Các nút vệ tinh có thể quyết định sử dụng nút lưu trữ nào để lưu trữ dữ liệu, các nút lưu trữ có thể quyết định chấp nhận yêu cầu lưu trữ từ nút vệ tinh nào.
Ngoài việc xử lý việc theo dõi vị trí dữ liệu qua các nút lưu trữ, các vệ tinh còn chịu trách nhiệm tính toán và thanh toán cho việc sử dụng lưu trữ và băng thông của các nút lưu trữ. Trong cơ cấu này, các nút lưu trữ tự đặt giá, miễn là người dùng sẵn sàng trả giá đó, vệ tinh sẽ kết nối họ với nhau.
Nguồn: Storj GitHub
Khi người dùng muốn lưu trữ dữ liệu trên Storj, họ phải chọn một nút vệ tinh để kết nối và chia sẻ yêu cầu lưu trữ cụ thể. Nút vệ tinh sau đó sẽ chọn các nút lưu trữ đáp ứng nhu cầu và kết nối chúng với người dùng. Người dùng sau đó trực tiếp gửi tệp đến các nút lưu trữ, đồng thời thanh toán cho vệ tinh. Sau đó, vệ tinh thanh toán hàng tháng cho các nút lưu trữ dựa trên tệp đã lưu và băng thông sử dụng.
Thực tế, giải pháp kỹ thuật này khá tập trung, việc phát triển nút vệ tinh hoàn toàn do đội dự án định nghĩa, đồng nghĩa với việc đội dự án nắm giữ quyền định giá. Mặc dù kiến trúc tập trung mang lại hiệu suất cao cho Storj, nhưng như đã nói ở đầu, phân tán không nhất thiết là phi tập trung. Token ERC-20 $STORJ mà Storj phát hành trên Ethereum cũng không sử dụng bất kỳ chức năng nào của hợp đồng thông minh, về bản chất chỉ cung cấp một phương thức thanh toán đa dạng.
Điều này liên quan lớn đến mô hình kinh doanh của Storj, họ tập trung vào dịch vụ lưu trữ doanh nghiệp, trực tiếp cạnh tranh với dịch vụ S3 của Amazon, và đã thiết lập quan hệ đối tác với Microsoft Azure, hy vọng cung cấp dịch vụ lưu trữ cho doanh nghiệp với các chỉ số hiệu suất ngang bằng hoặc vượt trội hơn Amazon. Trong khi chưa biết dữ liệu hiệu suất, chi phí lưu trữ của họ thực sự rẻ hơn nhiều so với Amazon, điều này phần nào chứng minh mô hình kinh doanh lưu trữ phi tập trung là khả thi.
4. Ảnh hưởng của các lộ trình kỹ thuật khác nhau
4.1 Mô hình kinh tế
Việc lựa chọn lộ trình kỹ thuật cũng ảnh hưởng đến thiết kế mô hình token. Bốn mạng lưu trữ phi tập trung chính đều có mô hình kinh tế riêng.
Filecoin, Crust và Sia đều sử dụng mô hình token Stake for Access (SFA). Trong mô hình này, nhà cung cấp lưu trữ phải khóa tài sản gốc của mạng để chấp nhận giao dịch lưu trữ. Số lượng khóa tỷ lệ thuận với lượng dữ liệu mà nhà cung cấp có thể lưu trữ. Điều này tạo ra tình huống: nhà cung cấp phải tăng ký quỹ khi lưu trữ nhiều dữ liệu hơn, từ đó làm tăng nhu cầu đối với tài sản gốc của mạng. Về lý thuyết, giá tài sản nên tăng khi lượng dữ liệu lưu trữ trên mạng tăng lên.
Arweave thì sử dụng mô hình token quyên góp độc đáo, trong đó phần lớn phí lưu trữ một lần của mỗi giao dịch được thêm vào quỹ quyên góp. Theo thời gian, các token trong quỹ quyên góp tích lũy lãi suất dưới dạng sức mua lưu trữ. Theo thời gian, các khoản quyên góp sẽ được phân phối cho các thợ đào để đảm bảo tính bền vững của dữ liệu trên mạng. Mô hình quyên góp này hiệu quả khóa token lâu dài: khi nhu cầu lưu trữ trên Arweave tăng, nhiều token hơn bị rút khỏi lưu thông.
So với ba mạng khác, mô hình token của Storj đơn giản nhất. Token $STORJ của nó dùng làm phương tiện thanh toán cho dịch vụ lưu trữ trên mạng, cả với người dùng cuối và nhà cung cấp lưu trữ, giống như tất cả các mạng khác. Vì vậy, giá $STORJ là hàm trực tiếp của nhu cầu đối với dịch vụ $STORJ.
4.2 Người dùng mục tiêu
Rất khó nói một mạng lưu trữ nào đó khách quan tốt hơn mạng khác. Trong thiết kế mạng lưu trữ phi tập trung, không có giải pháp tối ưu duy nhất. Tùy theo mục đích của mạng và vấn đề mà nó cố gắng giải quyết, phải có sự cân nhắc giữa thiết kế kỹ thuật, kinh tế token, xây dựng cộng đồng...
Filecoin chủ yếu hướng tới doanh nghiệp và nhà phát triển ứng dụng, cung cấp giải pháp lưu trữ lạnh. Giá cả cạnh tranh và khả năng tiếp cận khiến nó trở thành lựa chọn hấp dẫn thay thế cho các thực thể Web2 tìm kiếm giải pháp lưu trữ hiệu quả về chi phí cho lượng lớn dữ liệu lưu trữ.
Crust đảm bảo độ dư thừa cao và truy xuất nhanh, phù hợp để truy xuất hiệu quả dữ liệu dApp lưu lượng cao và dữ liệu NFT phổ biến. Tuy nhiên, việc thiếu dư thừa bền vững ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng cung cấp lưu trữ vĩnh viễn.
Arweave nổi bật nhờ khái niệm lưu trữ vĩnh viễn, rất phổ biến trong việc lưu trữ dữ liệu Web3 như dữ liệu trạng thái blockchain và NFT. Các mạng khác chủ yếu được tối ưu cho lưu trữ nóng hoặc lưu trữ lạnh.
Sia nhắm vào thị trường lưu trữ nóng, tập trung chủ yếu vào các nhà phát triển tìm kiếm giải pháp lưu trữ hoàn toàn phi tập trung và riêng tư với thời gian truy xuất nhanh. Mặc dù hiện tại thiếu khả năng tương thích gốc với AWS S3, nhưng các lớp truy cập như Filebase cung cấp dịch vụ này.
Storj dường như toàn diện hơn, nhưng đánh đổi một phần tính phi tập trung. Storj giảm đáng kể rào cản gia nhập cho người dùng AWS, hướng tới đối tượng mục tiêu chính là doanh nghiệp tối ưu lưu trữ nóng. Nó cung cấp dịch vụ lưu trữ đám mây tương thích với Amazon S3.
5. Xây dựng hệ sinh thái lưu trữ phi tập trung
Về xây dựng hệ sinh thái, chúng ta có thể thảo luận hai loại: Loại thứ nhất là các Dapp cấp cao được xây dựng hoàn toàn trên mạng lưu trữ, nhằm tăng cường chức năng và hệ sinh thái của mạng; thứ hai, các ứng dụng và giao thức phi tập trung hiện có như Opensea, AAVE... chọn tích hợp với mạng lưu trữ cụ thể để trở nên phi tập trung hơn. Trong phần này, chúng tôi sẽ tập trung vào Filecoin, Arweave và Crust, vì Sia và Storj không có biểu hiện nổi bật về hệ sinh thái.
5.1 Hệ sinh thái Filecoin
Nguồn: Filecoin
Trong hệ sinh thái mà Filecoin trình bày, đã có 115 dự án thuộc loại thứ nhất, hoàn toàn dựa trên cơ sở hạ tầng底层 của Filecoin. Có thể thấy, phần lớn các dự án tập trung vào lưu trữ chung, NFT và lưu trữ cho người tiêu dùng. Một cột mốc quan trọng khác trong hệ sinh thái Filecoin là Máy ảo Filecoin (FVM), tương tự Máy ảo Ethereum (EVM), cung cấp môi trường cần thiết để triển khai và thực thi mã trong hợp đồng thông minh.
Nguồn: Filecoin
Với FVM, mạng Filecoin có thêm khả năng thực thi hợp đồng thông minh trên nền tảng lưu trữ hiện tại. Trong FVM, nhà phát triển sẽ không lập trình dữ liệu lưu trữ của người dùng, mà định nghĩa cách dữ liệu đó sẽ tự động hoặc có điều kiện vận hành như thế nào sau khi được lưu trữ (theo cách phi tin cậy) trên mạng thông qua hợp đồng thông minh. Có thể hình dung các kịch bản như:
Tính toán phân tán dựa trên dữ liệu lưu trữ trên Filecoin (tính toán tại vị trí dữ liệu, không cần di chuyển trước)
Kế hoạch bảo tồn tập dữ liệu theo hình thức gây quỹ – ví dụ: bất kỳ ai cũng có thể tài trợ lưu trữ một số dữ liệu quan trọng với xã hội như dữ liệu tội phạm hoặc dữ liệu liên quan đến nóng lên toàn cầu
Thị trường lưu trữ thông minh – ví dụ: điều chỉnh động giá lưu trữ theo các khung giờ khác nhau trong ngày, cấp độ nhân bản, khả năng truy cập trong khu vực cụ thể
Lưu trữ hàng trăm năm và ủy thác vĩnh viễn – ví dụ: lưu trữ dữ liệu để nhiều thế hệ sau vẫn có thể sử dụng
DAO dữ liệu hoặc tập dữ liệu token hóa – ví dụ: mô hình hóa giá trị dữ liệu thành token và thành lập DAO để phối hợp và giao dịch các phép tính được thực hiện trên đó
NFT lưu trữ cục bộ – ví dụ: định vị đồng thời nội dung NFT cùng với bản ghi đăng ký theo dõi NFT
Truy xuất dữ liệu khóa thời gian – ví dụ: chỉ mở khóa tập dữ liệu liên quan sau khi công khai hồ sơ công ty
Cho vay thế chấp (ví dụ: cho các nhà cung cấp lưu trữ vay với mục đích xác định như chấp nhận đề nghị giao dịch FIL+ từ người dùng cụ thể, hoặc tăng dung lượng trong cửa sổ thời gian xác định)
Nguồn: Filecoin
Đồng thời, về cốt lõi, máy ảo FVM dựa trên Webassembly (WASM). Lựa chọn này cho phép các nhà phát triển viết ứng dụng cấp cao gốc bằng bất kỳ ngôn ngữ lập trình nào có thể biên dịch sang WASM. Đặc điểm này giúp các nhà phát triển Web3 dễ tiếp cận hơn, vì họ có thể sử dụng kiến thức đã có, tránh đường cong học tập liên quan đến ngôn ngữ cụ thể.
Các nhà phát triển cũng có thể di chuyển các hợp đồng thông minh Ethereum hiện có sang đây, chỉ cần thay đổi ít hoặc không cần thay đổi mã nguồn. Khả năng tái sử dụng các hợp đồng thông minh đã được kiểm toán và kiểm chứng thực tế trong mạng Ethereum giúp tiết kiệm chi phí và thời gian phát triển, đồng thời người dùng có thể tận hưởng tính hữu ích với rủi ro tối thiểu.
Thêm nữa, cần nhắc đến Filecoin Plus, một chương trình nhằm trợ cấp cho người dùng lưu trữ các tập dữ liệu lớn, có giá trị với giá chiết khấu. Khách hàng muốn tải dữ liệu lên mạng có thể nộp đơn cho một nhóm thành viên được chọn trong cộng đồng gọi là người công chứng, những người này xem xét và cấp cho khách hàng tài nguyên gọi là DataCaps (hạn mức dữ liệu). Sau đó, khách hàng có thể sử dụng DataCap để trợ cấp cho giao dịch với nhà cung cấp lưu trữ.
Chương trình Filecoin Plus mang lại nhiều lợi ích, làm cho mạng Filecoin trở nên sôi động hơn, việc lưu trữ dữ liệu có giá trị tiếp tục tạo nhu cầu khối; khách hàng nhận được dịch vụ tốt hơn với mức giá cực kỳ cạnh tranh; cùng với việc tăng phần thưởng khối, lượng dữ liệu lưu trữ sau khi ra mắt Filecoin Plus năm 2022 đã tăng gấp 18 lần so với năm 2021.
5.2 Hệ sinh thái Mạng Crust
So với Filecoin và Arweave, Crust có con đường khác trong xây dựng hệ sinh thái. Nó thiên về hợp tác trực tiếp với các ứng dụng Web3 hiện có và cung cấp dịch vụ, thay vì khuyến khích các nhà phát triển bên thứ ba xây dựng ứng dụng hệ sinh thái riêng trên Crust. Lý do chính là Crust xây dựng trên Polkadot, mặc dù ban đầu đội dự án từng cân nhắc Ethereum và Cosmos, nhưng lộ trình kỹ thuật không đủ tương thích. Crust ưa thích khung Substrate của Polkadot vì không gian phát triển tùy chỉnh cao độ, nâng cấp trên chuỗi và quản trị trên chuỗi.
Nguồn: Mạng Crust
Crust thể hiện xuất sắc trong hỗ trợ nhà phát triển. Nó giới thiệu Bộ công cụ phát triển Crust, bao gồm SDK js, Github Actions, Shell Scripts và IPFS Scan, nhằm đáp ứng sở thích tích hợp khác nhau của các dự án Web3. Hiện tại, bộ công cụ đã được tích hợp vào nhiều dự án Web3 như Uniswap, AAVE, Polkadot Apps, Liquity, XX Messenger và RMRK.
Theo dữ liệu cung cấp trên trang web chính thức, hiện có hơn 150 dự án tích hợp với Mạng Crust. Một phần lớn các ứng dụng này (trên 34%) là các dự án DeFi. Điều này là do các dự án DeFi thường có yêu cầu hiệu suất cao về truy xuất dữ liệu.
Như đã nói, trên Mạng Crust, dữ liệu được sao chép vào ít nhất 20 nút, trong nhiều trường hợp lên hơn 100 nút. Mặc dù điều này đòi hỏi băng thông khởi tạo lớn hơn, nhưng khả năng truy xuất dữ liệu đồng thời từ nhiều nút giúp tăng tốc độ truy xuất tệp và cung cấp độ dư thừa mạnh mẽ khi có lỗi hoặc nút rời mạng. Mạng Crust phụ thuộc vào mức độ dư thừa cao này, vì nó không có cơ chế bổ sung hoặc sửa chữa dữ liệu như các chuỗi khác. Trong các mạng lưu trữ phi tập trung này, Mạng Crust là trẻ nhất.
5.3 Hệ sinh thái Arweave
Chào mừng tham gia cộng đồng chính thức TechFlow Nhóm Telegram:https://t.me/TechFlowDaily Tài khoản Twitter chính thức:https://x.com/TechFlowPost Tài khoản Twitter tiếng Anh:https://x.com/BlockFlow_News
@gryphsisacademy
