去中心化存储服务:Arweave、Pinata 及对比分析
去中心化存储网络旨在通过在点对点网络中分发数据,来解决数据非永久性、审查和中心化等问题。传统网络内容的生命周期惊人地短暂——例如,研究表明超过 98% 的互联网内容在 20 年后将无法访问,这凸显了对弹性长期存储方案的需求。像 Arweave 和 Pinata(基于 IPFS 构建) 这样的供应商已经出现,提供永久性或分布式存储解决方案,其他参与者还包括 Filecoin、Storj、Sia、Ceramic 以及底层的 IPFS 协议。本报告将从以下几个方面对这些服务进行分析:(1)技术架构与能力,(2)定价模型,(3)开发者体验,(4)用户采用情况,(5)生态系统成熟度,以及(6)关键用例(例如 NFT 元数据托管、dApp 后端、数据归档、内容分发)。报告中将提供对比表格和示例以阐明差异。所有信息来源均链接至官方文档或权威分析。
1. 技术能力与架构
Arweave: Arweave 是一个类似区块链的永久性存储网络,构建于一种新颖的 Blockweave(区块网) 数据结构之上。与传统区块链线性链接区块不同,Arweave 的区块网将每个区块与其直接前驱和一个随机的早期区块相连,形成一种网状结构。这种设计(结合简洁随机访问证明 (SPoRA) 共识机制)意味着矿工必须验证随机的旧数据才能挖掘新区块,从而激励他们存储尽可能多的存档数据。其结果是高度的冗余——事实上,目前全球分布着大约 200 个 Arweave 完整数据集的副本。上传到 Arweave 的数据成为“Permaweb(永久网)”的一部分,是不可变且永久的。为了提升性能和可扩展性,Arweave 使用捆绑(Bundling)(将许多小文件合并到一笔交易中)来处理大数据吞吐量(例如,一个 Arweave 捆绑器曾在一笔交易中存储了 47 GB 的数据)。一种名为 Wildfire 的机制根据节点的响应速度对其进行排名,以鼓励数据在网络中快速传播。总的来说,Arweave 就像一个去中心化的硬盘——将数据永久存储在链上,并期望存储成本持续下降,从而可以通过一次性预付的捐赠基金永久地支付矿工费用。
IPFS 与 Pinata: 星际文件系统(IPFS)提供了一个基于内容寻址的点对点文件系统,用于分布式数据存储和共享。IPFS 上的数据通过内容哈希(CID) 来标识,并通过一个全球分布式哈希表(DHT)进行检索。从设计上讲,IPFS 本身是文件共享基础设施——它不保证数据的持久性,除非有节点明确地持续托管(“钉选”)这些内容。像 Pinata 这样的服务在 IPFS 的基础上提供了钉选和带宽服务:Pinata 运行 IPFS 节点来钉选你的数据以保持其可用性,并提供一个带有 CDN 集成的快速 HTTP 网关,用于快速检索(通常被称为用于频繁访问数据的“ 热存储”)。从技术上讲,Pinata 的架构是支持去中心化 IPFS 网络的中心化云基础设施——你的文件通过 IPFS 分发(内容寻址,可被任何 IPFS 对等节点检索),但 Pinata 通过在自家服务器上保留副本并通过专用网关进行缓存来确保高可用性。Pinata 还提供私有 IPFS 网络(用于隔离使用)、一个 IPFS 支持的键值数据存储以及其他开发者工具,所有这些都在底层利用了 IPFS。总而言之,IPFS+Pinata 提供了一个去中心化存储协议(IPFS),外加一个托管服务层(Pinata) 来处理可靠性和性能问题。
Filecoin: Filecoin 通常被认为是 IPFS 的激励层。它是一个由区块链驱动的去中心化存储网络,存储提供商(矿工)在一个开放市场中出租磁盘空间。Filecoin 使用新颖的复制证明(PoRep) 来确保矿工保存了客户数据的唯一副本,并使用时空证明(PoSt) 来持续验证数据在一段时间内被妥善存储。这些基于零知识证明的证明被记录在 Filecoin 的区块链上,为数据按约定存储提供了加密经济学上的保证。Filecoin 网络建立在 IPFS 的内容寻址和数据传输技术之上,但增加了在链上强制执行的智能合约(“存储交易”)。在一笔存储交易中,用户向矿工支付 Filecoin(FIL),以在指定期限内存储数据。矿工需要提供抵押品,如果未能证明存储,抵押品将被罚没,从而确保了可靠性。Filecoin 不会自动公开数据;用户通常将其与 IPFS 或其他检索网络结合使用以进行内容分发。它具有可扩展性和灵活性——大文件可以被分割并存储在多个矿工处,客户可以通过与多个 提供商就同一数据达成交易来选择冗余级别,以防节点故障。这种设计有利于批量存储:矿工针对大型数据集进行优化,而检索速度可能需要独立的“检索矿工”或使用 IPFS 缓存。本质上,Filecoin 就像一个去中心化的 Amazon S3 + Glacier:一个具有可验证持久性和用户自定义冗余的存储市场。
Storj: Storj 是一个分布式云对象存储网络,它不使用区块链达成共识,而是通过一个去中心化的节点网络和一个卫星元数据服务来协调存储。当文件上传到 Storj(通过其名为 Storj DCS 的服务——去中心化云存储)时,它首先在客户端进行加密,然后通过纠删码编码成 80 个分片(默认设置),这样只需要其中的一个子集(例如 29 个分片)就可以重构文件。这些加密的分片被分发到世界各地的不同存储节点上(每个节点只持有随机的片段,本身不构成有用数据)。这使得 Storj 具有极高的持久性(声称达到 11 个 9 的持久性——99.999999999% 的数据存活率),并且在下载时具有并行性——用户在获取文件时可以同时从几十个节点检索分片,这通常能提高吞吐量。Storj 使用一种可检索性证明的概念(存储节点定期审核以确认它们仍然持有其分片)。该网络在零信任模型下运行,采用端到端加密:只有持有解密密钥的文件所有者才能读取数据。该架构没有中央数据中心,而是利用节点运营商提供的现有闲置磁盘容量,这提高了可持续性和全球分布(Storj 指出这带来了类似 CDN 的性能和更低的碳足迹)。协调工作(文件元数据、支付)由 Storj Labs 运行的“卫星”处理。总而言之,Storj 的技术方案是加密、分片和分布式的对象存储,提供高冗余和可与传统 CDN 相媲美甚至更优的下载速度,它不依赖区块链共识,但通过加密审计来确保存储。
Sia: Sia 是另一个去中心化的云存储平台,利用其自有的区块链和加密货币(Siacoin)来签订存储合约。Sia 使用里德-所罗门(Reed–Solomon)纠删码将文件分割成 30 个加密分片,并规定恢复文件需要其中任意 10 个分片(提供了内置的 3 倍冗余)。这些分片存储在网络中独立的主机上。Sia 的区块链采用工作量证明(Proof-of-Work),用于在租用者和主机之间执行智能合约。在 Sia 的存储合约中,租用者锁定一段时间的 Siacoin,而主机则提供抵押品;主机必须定期提交存储证明(在理念上类似于 Filecoin 的证明),以证明他们正在存储数据,否则将失去抵押品。合约结束时,主机会从托管资金中获得报酬(一小部分作为协议费支付给 Siafund 持有者)。这种机制确保了主机有经济激励和惩罚措施来可靠地存储数据。Sia 的设计强调隐私(所有数据都进行端到端加密;主机无法看到用户文件)和抗审查性(没有中央服务器)。与 Storj 类似,Sia 也支持从多个主机并行下载文件分片,从而提高了速度和正常运行时间。然而,Sia 确实要求用户定期续签合约(默认合约期为 3 个月)以维持存储,这意味着除非用户持续付费,否则数据不是“永久”的。Sia 还曾推出了一个名为 Skynet 的层,专为以网络为中心的用途设计:Skynet 提供了内容寻址(通过“skylinks”)和 Web 门户,以便轻松检索托管在 Sia 上的内容,有效地充当了 Sia 文件的去中心化 CDN。总而言之,Sia 的架构是由区块链保障的云存储,具有强大的冗余和隐私性,适合以去中心化的方式处理“热”数据(快速检索)。
Ceramic: Ceramic 有些不同——它是一个用于可变数据流的去中心化网络,而非用于大容量文件存储。它针对的用例是动态 JSON 文档、用户资料、身份(DID)、社交内容等,这些数据需要在去中心化环境中存储,并且需要频繁更新。Ceramic 的协议使用经过加密签名的事件(更新),这些事件被锚定在区块链上以确定顺序。在实践中,Ceramic 上的数据以**“流”或智能文档的形式存储——每条内容都存在于一个流中,其所有者可以更新它(并保留可验证的版本历史)。在底层,Ceramic 使用 IPFS 存储每次更新的内容,并维护一个事件日志**,以便所有节点都能就文档的最新状态达成一致。共识来自于将流的更新锚定到基础区块链(最初是 Ethereum)上,以获得不可变的时间戳和顺序。它没有原生代币;节点只是为使用 Ceramic 的 dApp 复制数据。其技术特性包括用于更新认证的 DID(去中心化身份)集成和确保格式互操作性的全局模式(数据模型)。Ceramic 的设计旨在实现可扩展性(每个流的状态都独立维护,因此没有记录所有数据的全局“账本”,避免了瓶颈)。总而言之,Ceramic 为 Web3 应用提供了去中心化数据库和可变存储——它与文件存储网络是互补的,专注于结构化数据和内容管理(而像 Arweave/Filecoin/Storj 这样的网络则专注于静态文件)。
架构总结: 下表比较了这些系统的关键技术方面:
项目 | 架构与机制 | 数据持久性 | 冗余度 | 性能 |
---|---|---|---|---|
Arweave | 区块链“Blockweave”;访问证明 (SPoRA) 共识。所有数据都在链上 (permaweb)。 | 永久性(一次性链上存储)。 | 非常高——网络中基本上有 200 多个完整副本(矿工存储旧区块以挖掘新区块)。 | 写入:中等(链上交易,捆绑有助于提高吞吐量);读取:通过网关(去中心化网络,比 CDN 稍慢)。 |
IPFS (协议) | 点对点内容寻址文件系统;用于定位内容的 DHT。没有内置的共识或支付机制。 | 临时性(内容仅在某个节点上被钉选时才存在)。 | 可配置——取决于有多少节点钉选数据。(无默认复制)。 | 写入:在本地节点上立即添加;读取:如果内容在附近则可能很快,否则需要 DHT 发现(没有钉选服务可能会很慢)。 |
Pinata (服务) | 托管的 IPFS 钉选集群 + HTTP 网关。中心化的云确保文件在线,建立在 IPFS 协议之上。 | 只要 Pinata(或用户的节点)钉选数据即可(基于订阅的持久性)。 | Pinata 可能会在其基础设施中存储多个副本以保证可靠性(细节为商业机密)。 | 写入:通过 API/SDK 快速上传;读取:快速的 CDN 支持网关(适用于热内容)。 |
Filecoin | 带有复制证明 + 时空证明的区块链。内容寻址 (IPFS),通过智能合约进行交易。 | 用户自定义期限(例如 6 个月或 2 年的交易,可延长)。除非持续续订,否则不是永久的。 | 用户可以选择副本数量( 与多个矿工交易)——例如 NFT.Storage 为每个 NFT 文件使用 6 倍冗余。网络容量巨大(EB 级别)。 | 写入:分批处理到扇区中,初始存储延迟较高;读取:除非数据被缓存,否则不是即时的——通常通过 IPFS 网关或新兴的检索节点提供服务(Filecoin 在这方面正在改进)。 |
Storj | 采用纠删码(每个文件 80 个分片)和审计(可检索性证明)的分布式云。通过卫星进行中心化协调(非区块链)。 | 只要用户支付服务费用即可(如果节点掉线,数据会自动修复)。提供商以 STORJ 代币或美元获得报酬。 | 非常高——80 个分片遍布全球;文件可容忍约 50/80 的节点故障。如果一个节点退出,网络会通过复制分片自动修复。 | 写入:高吞吐量(上传并行化到许多节点);读取:非常快——下载从多达 80 个节点拉取,并自动跳过慢速节点(“长尾消除”以提高性能)。 |
Sia | 带有存储智能合约的区块链。10 of 30 纠删码方案;用于合约执行的工作量证明链。 | 有时间限制的合约(通常为 3 个月);用户需续订以维持存储。默认非永久。 | 约 3 倍冗余(需要 10 个分片,总共 30 个)。主机可能在地理上多样化;如果一个主机离线,网络也会将分片复制到新主机。 | 写入:中等(上传需要签订合约和分割数据);后续更新需要续订合约。读取:从 10 多个主机快速并行获取;Skynet HTTP 门户为公共数据提供了类似 CDN 的检索。 |
Ceramic | 基于 IPFS 的事件流网络;数据更新定期锚定到区块链以排序。无挖矿——节点复制感兴趣的流。 |