Децентрализованные службы хранения: Arweave, Pinata и сравнительный анализ
Децентрализованные сети хранения данных призваны решить проблемы непостоянства данных, цензуры и централизации путем распределения данных по одноранговым сетям. Традиционный веб-контент удивительно эфемерный – например, исследования показывают, что более 98% интернета становится недоступным через 20 лет, что подчеркивает необходимость надежного долгосрочного хранения. Такие поставщики, как Arweave и Pinata (построенная на IPFS), появились, чтобы предложить решения для постоянного или распределенного хранения, наряду с другими, такими как Filecoin, Storj, Sia, Ceramic и базовый протокол IPFS. В этом отчете анализируются эти службы с точки зрения: (1) технической архитектуры и возможностей, (2) моделей ценообразования, (3) опыта разработчиков, (4) внедрения пользователями, (5) зрелости экосистемы и (6) ключевых вариантов использования (например, хостинг метаданных NFT, бэкенды dApp, архивные данные, доставка контента). Для иллюстрации различий приведены сравнительные таблицы и примеры. Все источники ссылаются на официальную документацию или авторитетные аналитические материалы.
1. Технические возможности и архитектура
Arweave: Arweave — это блокчейн-подобная сеть постоянного хранения данных, построенная на новой структуре данных Blockweave. В отличие от традиционных блокчейнов, которые связывают блоки линейно, Blockweave Arweave связывает каждый блок со своим непоср едственным предшественником и случайным более ранним блоком, создавая паутинообразную структуру. Эта конструкция (в сочетании с консенсусом Succinct Proof of Random Access (SPoRA)) означает, что майнеры должны проверять случайные старые данные для майнинга новых блоков, стимулируя их хранить как можно больше архива. Результатом является высокая избыточность — фактически, в настоящее время существует приблизительно 200 реплик всего набора данных Arweave, распределенных по всему миру. Данные, загруженные в Arweave, становятся частью этой «Permaweb» и являются неизменяемыми и постоянными. Для повышения производительности и масштабируемости Arweave использует Bundling (объединение множества небольших файлов в одну транзакцию) для обработки большого объема данных (например, один раз бандлер Arweave сохранил 47 ГБ данных в одной транзакции). Механизм Wildfire ранжирует узлы по скорости отклика, чтобы стимулировать быстрое распространение данных по сети. В целом, Arweave действует как децентрализованный жесткий диск — постоянно хранит данные в блокчейне, с ожиданием, что затраты на хранение будут продолжать снижаться, чтобы майнеры могли получать оплату вечно из первоначального фонда.
IPFS и Pinata: Межпланетная файловая система (IPFS) предоставляет адресуемую по содержимому одноранговую файловую систему для распределенного хранения и обмена данными. Данные в IPFS идентифицируются по хешу содержимого (CID) и извлекаются через глобальную распределенную хеш-таблицу (DHT). По своей сути IPFS сама по себе является инфраструктурой для обмена файлами — она не гарантирует постоянства данных, если узлы явно не продолжают размещать («закреплять») контент. Такие службы, как Pinata, строятся на IPFS, предоставляя закрепление и пропускную способность: Pinata запускает узлы IPFS, которые закрепляют ваши данные, чтобы они оставались доступными, и предлагает быстрый HTTP-шлюз с интеграцией CDN для быстрого извлечения (часто называемый «горячим хранилищем» для часто используемых данных). Технически, архитектура Pinata представляет собой централизованную облачную инфраструктуру, поддерживающую децентрализованную сеть IPFS — ваши файлы распределяются через IPFS (адресуются по содержимому и доступны для любого узла IPFS), но Pinata обеспечивает высокую доступность, храня копии на своих серверах и кэшируя их через выделенные шлюзы. Pinata также предлагает частные сети IPFS (для изолированного использования), хранилище данных ключ-значение на базе IPFS и другие инструменты для разработчиков, все из которых используют IPFS. Таким образом, IPFS+Pinata предоставляет децентрализованный протокол хранения (IPFS) с управляемым сервисным уровнем (Pinata) для обеспечения надежности и производительности.
Filecoin: Filecoin часто рассматривается как стимулирующий уровень для IPFS. Это децентрализованная сеть хранения данных на основе блокчейна, где поставщики хранилищ (майнеры) сдают в аренду дисковое пространство на открытом рынке. Filecoin использует новый механизм Proof-of-Replication (PoRep) для обеспечения того, чтобы майнер сохранил уникальные копии клиентских данных, и Proof-of-Spacetime (PoSt) для постоянной проверки того, что данные остаются сохраненными в течение времени. Эти доказательства, построенные на доказательствах с нулевым разглашением, записываются в блокчейн Filecoin, предоставляя криптоэкономическую гарантию того, что данные хранятся в соответствии с соглашением. Сеть Filecoin построена на технологии IPFS для адресации контента и передачи данных, но добавляет смарт-контракты («сделки хранения»), исполняемые в блокчейне. В сделке хранения пользователь платит майнеру в Filecoin (FIL) за хранение данных в течение указанного срока. Майнеры вносят залог, который может быть урезан, если они не смогут доказать хранение, обеспечивая надежность. Filecoin не делает данные общедоступными автоматически; пользователи обычно комбинируют его с IPFS или другими сетями извлечения для доставки контента. Он масштабируем и гибок — большие файлы могут быть разделены и сохранены у нескольких майнеров, а клиенты могут выбирать уровень избыточности, заключая сделки с несколькими поставщиками для одних и тех же данных, чтобы защититься от сбоя узла. Этот дизайн благоприятствует массовому хранению: майнеры оптимизированы для больших наборов данных, а скорость извлечения может включать отдельных «майнеров извлечения» или использование кэшей IPFS. По сути, Filecoin похож на децентрализованный Amazon S3 + Glacier: рынок хранения с проверяемой долговечностью и определяемой пользователем избыточностью.
Storj: Storj — это распределенная облачная сеть объектного хранения, которая не использует блокчейн для консенсуса, а вместо этого координирует хранение через децентрализованную сеть узлов и службу метаданных-спутников. Когда файл загружается в Storj (через их службу, называемую Storj DCS – Decentralized Cloud Storage), он сначала шифруется на стороне клиента, а затем кодируется с исправлением ошибок в 80 фрагментов (по умолчанию), так что для восстановления файла требуется только подмножество (например, 29 из 80 фрагментов). Эти зашифрованные фрагменты распределяются по различным узлам хранения по всему миру (каждый узел хранит только случайные фрагменты, а не полезные данные сам по себе). Это обеспечивает Storj чрезвычайно высокую долговечность (заявленная долговечность 11×9s – 99,999999999% выживаемости данных), а также параллелизм при заг рузке – пользователь, извлекающий файл, может получать фрагменты с десятков узлов одновременно, часто улучшая пропускную способность. Storj использует концепцию доказательства извлекаемости (узлы хранения периодически проверяют, что у них все еще есть их фрагменты). Сеть работает по модели нулевого доверия со сквозным шифрованием: только владелец файла (который хранит ключ дешифрования) может читать данные. Архитектура не имеет центрального центра обработки данных — вместо этого она использует существующую избыточную дисковую емкость, предоставляемую операторами узлов, что повышает устойчивость и глобальное распределение (Storj отмечает, что это обеспечивает производительность, подобную CDN, и гораздо меньший углеродный след). Координация (метаданные файлов, платежи) обрабатывается «спутниками», управляемыми Storj Labs. Таким образом, технический подход Storj — это зашифрованное, сегментированное и распределенное объектное хранилище, обеспечивающее высокую избыточность и скорость загрузки, сравнимую или превосходящую традиционные CDN, без консенсуса блокчейна, но с криптографическими аудитами хранения.
Sia: Sia — это еще одна децентрализованная облачная платформа хранения данных, использующая собственный блокчейн и криптовалюту (Siacoin) для формирования контрактов на хранение. Sia разделяет файлы на 30 зашифрованных шардов с использованием кодирования с исправлением ошибок Рида-Соломона и требует любых 10 из этих шардов для восстановления файла (обеспечивая встроенную 3-кратную избыточность). Эти шарды хранятся на независимых хостах по всей сети. Блокчейн Sia использует Proof-of-Work и используется для обеспечения выполнения смарт-контрактов между арендаторами и хостами. В контракте на хранение Sia арендатор блокирует Siacoin на определенный период, а хост вносит залог; хост должен периодически предоставлять доказательства хранения (по духу аналогичные доказательствам Filecoin) того, что он хранит данные, иначе он теряет свой залог. По окончании контракта хосты получают оплату из депонированных средств (и небольшая часть идет держателям Siafund в качестве протокольной комиссии). Этот механизм гарантирует, что х осты имеют экономический стимул и штрафы для надежного хранения данных. Дизайн Sia подчеркивает конфиденциальность (все данные зашифрованы сквозным шифрованием; хосты не могут видеть файлы пользователей) и устойчивость к цензуре (нет центрального сервера). Как и Storj, Sia обеспечивает параллельную загрузку фрагментов файлов с нескольких хостов, улучшая скорость и время безотказной работы. Однако Sia требует от пользователей периодического продления контрактов (контракты по умолчанию действуют 3 месяца) для поддержания хранения, что означает, что данные не являются «постоянными», если пользователь не платит постоянно. Sia также представила слой под названием Skynet (ранее) для веб-ориентированного использования: Skynet предоставлял адресацию контента (через «skylinks») и веб-порталы для легкого извлечения контента, размещенного на Sia, фактически действуя как децентрализованный CDN для файлов Sia. Таким образом, архитектура Sia — это облачное хранилище, защищенное блокчейном, с высокой избыточностью и конфиденциальностью, подходящее для «горячих» данных (быстрое извл ечение) децентрализованным способом.
Ceramic: Ceramic немного отличается — это децентрализованная сеть для изменяемых потоков данных, а не для массового хранения файлов. Она ориентирована на такие варианты использования, как динамические JSON-документы, профили пользователей, идентификаторы (DID), социальный контент и т. д., которые необходимо хранить децентрализованным способом, но также часто обновлять. Протокол Ceramic использует криптографически подписанные события (обновления), которые привязываются к блокчейну для упорядочивания. На практике данные в Ceramic хранятся как «потоки» или смарт-документы — каждый фрагмент контента находится в потоке, который может быть обновлен его владельцем (с проверяемой историей версий). Под капотом Ceramic использует IPFS для хранения содержимого каждого обновления, и ведется журнал событий, чтобы все узлы могли согласовать последнее состояние документа. Консенсус достигается путем привязки обновлений потока к базовому блокчейну (первоначально Ethereum) для получения неизменяемой временной метки и упорядочивания. Собственного токена нет; узлы просто реплицируют данные для dApp, использующих Ceramic. Технические особенности включают интеграцию DID (децентрализованной идентификации) для аутентификации обновлений и глобальные схемы (модели данных) для обеспечения совместимых форматов. Ceramic разработан как масштабируемый (состояние каждого потока поддерживается независимо, поэтому нет глобального «реестра» всех данных, что позволяет избежать узких мест). Таким образом, Ceramic предоставляет децентрализованные базы данных и изменяемое хранилище для приложений Web3 — он дополняет сети хранения файлов, фокусируясь на структурированных данных и управлении контентом (в то время как сети, такие как Arweave/Filecoin/Storj, сосредоточены на статических файловых блобах).
Сводка архитектур: В таблице ниже сравниваются ключевые технические аспекты этих систем:
| Проект | Архитектура и механизм | Постоянство данных | Избыточность | Производительность |
|---|---|---|---|---|
| Arweave | Блокчейн «Blockweave»; консенсус Proof of Access (SPoRA). Все данные в блокчейне (permaweb). | Постоянное (единовременное хранение в блокчейне). | Очень высокая – по сути, 200+ полных реплик по всей сети (майнеры хранят старые блоки для майнинга новых). | Запись: умеренная (транзакции в блокчейне, бандлинг помогает увеличить пропускную способность); Чтение: через шлюзы (децентрализованная сеть, немного медленнее, чем CDN). |
| IPFS (протокол) | Одноранговая файловая система с адресацией по содержимому; DHT для поиска контента. Нет встроенного консенсуса или платежей. | Эфемерное (контент сохраняется только если закреплен на каком-либо узле). | Настраиваемое – зависит от того, сколько узлов закрепляют данные. (Нет репликации по умолчанию). | Запись: немедленное добавление на локальный узел; Чтение: потенциально быстрое, если контент находится рядом, в противном случае требуется обнаружение DHT (может быть медленным без службы закрепления). |
| Pinata (сервис) | Управляемый кластер закрепления IPFS + HTTP-шлюзы. Централизованное облако обеспечивает постоянную доступн ость файлов, построено на протоколе IPFS. | Пока Pinata (или узлы пользователя) закрепляют данные (постоянство на основе подписки). | Pinata, вероятно, хранит несколько копий в своей инфраструктуре для надежности (детали являются собственностью компании). | Запись: быстрая загрузка через API/SDK; Чтение: быстрый шлюз с поддержкой CDN (подходит для горячего контента). |
| Filecoin | Блокчейн с Proof-of-Replication + Proof-of-Spacetime. Адресация по содержимому (IPFS), сделки через смарт-контракты. | Определяемая пользователем продолжительность (например, сделки на 6 месяцев или 2 года, с возможностью продления). Не является постоянным, если не продлевается непрерывно. | Пользователь может выбрать количество копий (сделки с несколькими майнерами) – например, NFT.Storage использует 6-кратную избыточность для каждого файла NFT. Емкость сети огромна (масштаб ЭБ). | Запись: пакетируется в сектора, более высокая задержка для первоначального хранения; Чтение: не мгновенное, если данные не кэшированы – часто обслуживается через шлюзы IPFS или новые узлы извлечения (Filecoin здесь улучшается). |
| Storj | Распределенное облако с кодированием с исправлением ошибок (80 фрагментов на файл) и аудитами (доказательства извлекаемости). Центральная координация через спутники (не блокчейн). | Пока пользователь платит за услугу (данные автоматически восстанавливаются, если узлы отключаются). Поставщики получают оплату в токенах STORJ или USD. | Очень высокая – 80 шардов распределены по всему миру; файл выдерживает ~50/80 сбоев узлов. Сеть автоматически восстанавливается, реплицируя шарды, если узел выходит из строя. | Запись: высокая пропускная способность (загрузки распараллеливаются на множество узлов); Чтение: очень быстрое – загрузки происходят с до 80 узлов, и автоматически пропускаются медленные узлы («устранение длинного хвоста» для повышения производительности). |
| Sia | Блокчейн со смарт-контрактами для хранения. Схема кодирования с исправлением ошибок 30 из 10; цепочка Proof-of-Work для обеспечения выполнения контрактов. | Контракты с ограничением по времени (обычно 3 месяца); пользователи продлевают их для поддержания хранения. По умолчанию не является бессрочным. | ~3-кратная избыточность (30 шардов для 10 необходимых). Хосты могут географически диверсифицироваться; сеть также реплицирует шарды на новые хосты, если один из них отключается. | Запись: умеренная (загрузка требует заключения контрактов и разделения данных); последующие обновления требуют продления контрактов. Чтение: быстрая параллельная выборка с 10+ хостов; HTTP-порталы Skynet обеспечивают CDN-подобное извлечение для общедоступных данных. |
| Ceramic | Сеть потоков событий поверх IPFS; обновления данных периодически привязываются к блокчейну для упорядочивания. Нет майнинга – узлы реплицируют интересующие потоки. | Данные существуют до тех пор, пока хотя бы один узел (часто управляемый разработчиком или сообществом) хранит поток. Нет токенов-стимулов (используется модель, управляемая сообществом). | В зависимости от внедрения – популярные модели данных, вероятно, на многих узлах. В целом не для больших файлов, а для фрагментов данных во многих приложениях (что способствует широкой репликации общих потоков). |