天溪夕科技
去中心化云计算IPFS研究:细数AWS的竞争对手
2022-03-14 09:40:21【天溪夕科技】350人已围观
简介:去中心化云计算IPFS研究:细数AWS的竞争对手


随着Web3的落地应用越发丰富,对于数据计算的性能要求也越来越高。对应更多数据资产的计算需求,去中心化云计算IPFS也在蓬勃发展。本文尝试对这一IPFS做梳理,分析主要项目Filecoin、Arweave、ICP,及新生项目Ceramic、Fluence。

本文目录:

1. IPFS简介

2. Filecoin:基于IPFS协议的存储探路者

2.1 核心机制

2.2 通证经济

2.3 运营现状

2.4 团队及融资

3. Arweave:以永久存储为特色的Web 3.0全栈协议

3.1 核心机制

3.2 通证经济

3.3 运营现状/团队及融资

4. ICP:世界计算机公链

4.1 核心机制

4.2 通证经济

4.3 运营现状

4.4 团队及融资

5. Ceramic:数据库存储领域中间件

5.1 核心机制

5.2 运营现状

5.3 团队及融资

6. Fluence:p2p开发平台及去中心化托管市场

6.1 核心机制

6.2 运营现状

6.3 团队及融资

7. 总结

1.IPFS 简介

云计算是一个巨大的市场。根据美国国家标准技术研究所(National Institute of Standards and Technology,简称NIST)的定义,云计算「是一种模型,它可以实现随时随地、便捷地、随需应变地从可配置计算资源共享池中获取所需的资源(例如网络、服务器、存储、应用及服务),资源能够快速供应并释放,使管理资源的工作量和与服务提供商的交互转换到最低限度」。云计算概念宽泛,包含了所有可以按需取用的IT基础设施资源。

2021年,全球公有云服务的终端用户开销达到3,960亿美元。其中,亚马逊AWS以30%左右的市场份额常居榜首,除此外的主流云厂商也均为提供中心化服务的公司。

全球公有云服务终端用户开销,来源:Statista

云基础设施服务厂商市场份额,来源:Statista

Web3在2020年的Defi Summer中爆发了一系列落地应用,而这些应用的核心价值在于所有权确权,更确切而言即金融资产所有权。金融资产以区块链账本的形式存在,本质上也是一种云服务,但是金融领域数据规模较小,主流公链即使性能有限、手续费高昂,用户仍然能够承受。而随着Web3的发展,落地应用开始从金融领域向图像艺术、游戏、社交等方向发展,所有权也拓展到了更丰富的数字资产,Web3世界对于数据计算和存储的需求越来越大。

然而,原先容量狭小的主流公链难以承载,中心化的云服务又无法满足Web3用户对于安全、开放、抗审查的需求。现在多数的Dapp只实现了逻辑层的去中心化,而大量数据的存储和计算都还在链下运行。在Web3领域,云计算的需求也在膨胀。

Web3项目所做的公链扩容及各种垂直领域的云服务,本质上都是在回应这样的需求。借助AWS的主流产品,我们也可以理解当下的去中心化云计算市场的发展图景。

AWS的主要产品及去中心化领域对标项目

AWS的主要产品套件包含三个部分,也分别代表着云计算市场的几个主流领域。

其一,是用于存储大型或静态数据的S3(Simple Storage Service)。在这一领域内,其去中心化的对标项目有基于IPFS的Filecoin和Arweave等。

其二,是用于专门存储数据的数据库,包括关系型数据库RDS和非关系型数据库Dynamo DB。这一领域的去中心化对标项目有Ceramic等。

其三,是用于云端计算和托管的EC2/Lambda,EC2灵活性更高、但配置更复杂,Lambda则灵活性低、配置简便。在这一领域,去中心化对标项目有类似Lambda做云端计算的Fluence、视频转码平台Livepeer、图形渲染平台Render Network等。在实际工作时,这些工具会分别与S3、RDS等存储对象交互,再返回给接入AWS的终端用户。

最后,AWS作为一个整体产品套件,也有其链上竞争对手:Dfinity。Dfinity致力于成为世界计算机,提供链上的计算、存储等所有IT基础设施的解决方案。如果Dfinity真的实现目标,将会成为公链的尽头,愿景宏大,路途漫长。

以下,将对Filecoin、Arweave、ICP、Ceramic、Fluence分别做项目分析。

2. Filecoin:基于IPFS协议的存储探路者

Filecoin是基于IPFS底层存储网络的激励协议,两者由Protocol Labs先后创立。Filecoin当前FDV约400亿美元。

IPFS(The InterPlanetary FileSystem,星际文件系统),是一个分布式存储和共享文件的网络传输协议,在2014年创立,15年开放测试版本。

2017年,Potocol Labs发行基于IPFS的激励层协议Filecoin,在 CoinList 上完成了 2.57 亿美元的巨额公募。Filecoin支持用户按需付费,和AWS的S3服务模式近似。

2.1 核心机制

IPFS的Merkle DAG:便于文件查询和下载的数据结构

IPFS采用Merkle DAG的数据结构,这是一种基于Merkle Tree的改造。通过这一数据结构,IPFS实现了内容寻址和文件的片段下载。

IPFS为每个文件分配了独一无二的哈希值,类似于文件指纹。每一个根文件,会指向多个节点文件,一旦节点文件的内容发生改变,哈希值也会发生相应改变,使得根文件的哈希也发生改变。

来源:IPFS Draft3

在查询文件时,IPFS网络根据全网唯一的文件哈希值来进行查找,这样的方式也称为「内容寻址」。相对地,HTTP通过URL地址来查询文件,一旦地址内的文件发生更改,访问者就无法找到原始的文件。而且,内容寻址也保证了IPFS不会重复存储,节约了网络空间。

在下载文件时,只需要知道一个哈希地址即可,不需要将整个文件下载下来。相对地,BitTorrent下载时则必须使用种子文件,将下载内容的所有地址放到这个种子文件中,不利于文件的片段下载。

但内容寻址也有相应的弊端,即一旦文件发生更改,就会生成新的哈希值。这有利于文件在发生重大更改时进行版本保存,但是对于数据库这种需要日常更新的内容来说并不适合,每更新一次都会保存完整快照,产生大量数据冗余。后文提到的Ceramic就致力于解决这个问题。

Filecoin共识算法:不断检验矿工的证明

Filecoin分为存储市场和读取市场,用户需要分别和矿工形成交易。

在形成存储交易订单后,矿工会将数据存储在扇区(Filecoin基本的存储单位,类似于一个存放数据的集装箱)中,并向Filecoin区块链证明自己的存储。首先,矿工需要通过复制证明(PoRep)来封装扇区,证明存储了用户数据,作为存储的初始化。其后,协议会持续检查矿工是否保存了数据,矿工需要在扇区上生成时空证明(PoSt)来证明持续存储,并以此获得区块奖励和存储费用。扇区到期后自然终止,如果矿工违约或出现故障过长(14天),协议将主动终止交易、退换用户剩余订单费用、惩罚矿工支付此费用。

扇区生命周期示意,来源:《缔造 Filecoin 经济》

在读取市场中,用户提出特定查询需求,检索矿工节点广播查询,拥有此内容的检索矿工会返回包含价格信息的检索提案,来和用户交易。

Filecoin的设计确实实现了对分布式存储的验证,但是系统复杂度很高,需要不断挑战存储矿工来验证持续存储,导致存储成本高;而且,矿工在完成订单前都需要质押代币,有较高的隐含期权成本。

2.2 通证经济

FIL代币总量上限20亿枚,初始分配如下图所示,55%作为存储挖矿奖励缓慢释放,15%作为挖矿储备金,日后由社区提案决定用途,10.5%归属Protocol Labs团队,其余归属早期投资方、Filecoin基金会等。

FIL代币分配图,来源:《缔造 Filecoin 经济》

存储挖矿的奖励包括两部分,30%为只要满足订单合同即可获得,70%则需要全网达到算力基准线才能获得,否则会延迟奖励,以此来激励更多矿工参与存储。基准线最初设定为1EiB(不到全球存储量0.01%),每年以200%的速率增长,当存储了达到全球存储的1~10%时,社区可以决定减缓基准线的增长。

如果扇区提前终止,矿工质押的FIL会被没收销毁作为惩罚,因此FIL有一定的通缩机制。

此外,Filecoin还通过一个分布在全球的实体网络,验证并确认用户对存储数据的真实需求,经过验证后的用户数据的存储奖励更高,防止矿工通过存储垃圾数据来赚取奖励。但是这一「补漏洞」式的设计也受到不少诟病,因为对于什么是真实数据的确认标准难以做到完全客观,为了适应各种需求而进行的调整会越来越复杂。

2.3 运营现状

Filecoin当前存储总量15.52EiB,约合1,600万TB,对比Arweave仅50TB,Filecoin可谓规模巨大。

来源:https://filscan.io/

但结合其挖矿奖励数据来看,Filecoin的经济模型看起来有不小的隐患。

Filecoin当前的存储价格其实非常便宜,仅为0.000001美元/GB/月。Filecoin以Amazon S3存储不常访问的数据价格作为对比,前者仅为后者的0.01%。

来源:https://file.app/

对照总存储量~15.52EiB,按照上述价格,那么所有存储用户一个月贡献的总收入为15.52*1024^3*0.000001≈16.7万美元;而过去24H的奖励约30万FIL,推算过去一个月发出的总奖励约为1.8亿美元,可见用户实际支付的费用远小于挖矿奖励。

本文在写作时没有采访到FIL矿工,不确定真实的存储成本。但是通过上述数字可以看到,网络整体应该是依靠代币挖矿来支撑的,并没有形成健康的商业模式。20亿颗代币总量中的55%,即11亿颗FIL会作为挖矿奖励。目前合计发出1.6亿颗,减去销毁的3,000万颗,净新增约1.3亿颗,仍有9.7亿颗发放空间。但是未来如果币价下跌,可能会发生矿工回撤,丢失数据的风险。

2.4 团队及融资

Filecoin和IPFS的母公司Protocol Labs最早创立于2014年。根据Crunchbase收录的信息,Protocol Labs总共经过5轮融资,累计融资1,090万美元;Filecoin经过7轮融资,累计融资2.58亿美元。上述融资均包含ICO,投资机构包括a16z、Sequioa Capital、BlueYard Capital等。

创始人Juan Benet,斯坦福CS专业本硕,2010年开始创业,曾做过移动游戏、媒体混剪器。

3. Arweave:以永久存储为特色的Web 3.0全栈协议

Arweave是IPFS之外最大的老牌存储协议,于2018年6月上线主网,当前FDV约20亿美元。

Arweave本身包含存储层和激励层,是一个完整的去中心化存储协议,相当于IPFS+Filecoin。在存储功能上,Arweave的特色是一次付费,永久存储。

同时,Arweave也包含Smartweave智能合约协议,有潜力以低成本实现智能合约的计算及存储,解决智能合约的可扩展性问题。从这一意义来说,Arweave的范围超越了存储,是一种Web3.0全栈协议。

3.1 核心机制

有关Arweave的具体实现机制,已经有不少详实的中文材料,可参考附录。本文选取存储证明、Permaweb永在网、Smartweave智能合约协议这几个核心机制做背景介绍。

存储证明:低成本、高可靠性的永久存储网络

Filecoin通过检查每个合同的执行情况来证明存储,这样的机制导致证明成本高企,难以与中心化存储的性能媲美。Arweave解决存储证明的方法则是随机抽查,存储了随机确定的副本的矿工会获得奖励,由此大幅降低了证明成本,也激励矿工存储副本稀少的数据。

Arweave构建了一种类区块链的数据结构,即区块纺Blockweave,每个区块连接到先前的一个块、和历史中的一个回忆块,而回忆块是随机确定的。Arweave采用访问证明PoA,只有存储了回忆块的矿工才有机会参与PoW竞猜。矿工可以自行决定存储哪些区块,不需要存储所有区块,但由于回忆块是随机确定的,为了能够访问回忆块来获得奖励,矿工就需要尽量多存储区块、或在空间有限的情况下存储稀有区块来提高竞猜胜率。简单来说,Arweave通过「存储区块越多越稀有、则奖励概率越大」的设计,来鼓励存储。

相对于Filecoin单独检查每个合同的设计,Arweave大幅降低了证明成本,也就降低了存储成本;且根据测算,Arweave丢失数据的概率极低,数量级和两个私钥碰撞的概率相同,可靠性极高。

此外,Arweave还通过Wildfire节点评分机制,来鼓励节点响应读取;通过Blockshadow区块影只验证哈希值的设计,提升区块验证和调用的效率。

当前在Arweave存储1GB数据的成本约0.25AR,约合7.89美元。

来源:https://arweavefees.com/

Permaweb永在网:永久保留Dapp前端的应用层

Permaweb永在网是建立在Arweave网络协议基础上的应用层,Dapp开发者可以通过永在网部署前端,只不过前端内容都是打包存储在Arweave网络,实现了前端访问的永久性和抗审查性。由于永在网上的内容不可改变,因此在更新新版本后,会留下多个版本。

Smartweave:扩展Dapp逻辑层的智能合约协议

Smartweave是Arweave的智能合约协议,让开发者用Javascript开发智能合约Dapp,合约代码及合约创世状态均存储在Arweave网络中。和以太坊等公链不同的地方在于,通常公链会要求所有全节点执行所有链上数据的验证和计算,冗余度极高,但Smartweave只需要合约调用者的单个节点来验证,从合约的创世开始执行,最后将自己的交易数据和执行交易后的合约状态提交到Arweave网络中。

Smartweave降低了网络计算的负担,有可能成为提升Dapp逻辑层可扩展性的重要途径。也是在这个意义上,Arweave不仅仅是一个存储协议,也被视为为包含存储和智能合约生态的Web3.0全栈协议。

3.2 通证经济

AR代币的主要作用为支付存储费用。Arweave的模式为一次付费,永久存储,读取免费,用户每次付的AR代币中,14%左右给矿工作为即时激励,86%则进入捐赠池。在矿工即时激励不够时,才会从捐赠池中调用资金。

当前在Arweave上存储1MB数据的价格为0.6~0.8美分,而在AWS或阿里云上,存储1MB的数据100年至少需要2美分。也就是说,即使不考虑未来成本下降,按当前成本和AR币价,至少可保证Arweave上的数据存储300年以上。官网介绍一次存储成本至少保证200年存储,应是按照早期币价的推测。

AR代币和比特币一样采用通缩模型,有总量上限。在创世区块中生成了5,500万个AR,之后每个区块都会增发AR。但是AR的增发衰减速度更快,比特币约四年减半一次,而AR则每年减半。AR总量上限为6,600万个,当前已生成~6,460万个AR,待开采率不到3%,已经低于比特币的10%。AR的全部分配如下:

其中13%分配给项目团队、26.5%分配给未来项目的份额,均有5年解锁期,每年解锁20%。

3.3 运营现状

近一年以来,受惠于NFT和创作者经济的发展,Arweave不论在存储规模还是生态发展上都进展迅速。

存储规模高速增长

自2020年以来,Arweave就已经在为公链及知名Defi项目提供存储服务。Solana、Nervos均将数据层存储在Arweave,Synthetix、Uniswap、Curve等均将前端表现层存储在Arweave。此外Arweave还通过存储中间件项目KYVE为Avalanche、Celo、Near、Cosoms等多个公链提供区块数据存储服务。

自去年9月以来,得益于NFT和创作者经济的爆发,Arweave的存储规模也飞速增长。知名艺术家Beeple、Jay-Z都基于Arweave推出了自己的作品。Arweave当前数据存储量约50TB,去年同期仅4.6TB,同比增长~10倍。

来源:https://viewblock.io/

Arweave的30天直接网络费用约28.8万美元,在Web3基础服务协议中位居榜首(Filecoin似乎是由于数据准确性问题不在此列,无法与Arweave对比)。

来源:https://web3index.org/

生态日益繁盛

除了直接将数据存储在Arweave之外,还有一批项目基于Arweave做更多的服务拓展,包括打包交易批量上传的Bundlr Network、作为Arweave身份及钱包的ArConnect、作为Arweave存储前端的ArDrive、作为跨链存储中间件的KYVE等,逐渐形成了一个丰富的生态。

来源:Verto Twitter

21年使用Smartweave开发的Dapp数量也在显著增长,上述生态系统中不少项目就是运用Smartweave开发,包括:Verto、RedStone、Pianity、Koii、Arweave News等。

来源:Arweave News

3.4 团队及融资

CEO Sam Williams,德国人,2011~2014年在英国诺丁汉大学就读,获计算机学士学位。后在Kent大学攻读博士,中途辍学。2014~2017年,Sam在Kent大学短暂任教,17年联合创办了Minimum Spanning Technologies和Arweave。

成立至今,Arweave累计融资2,200万美元,投资机构中包含a16z、Multicoin、Coinbase Ventures等头部机构。

4. ICP:世界计算机公链

ICP全称Internet Computer Protocol,是Dfinity基金会主导的公链项目,愿景是建立一条无限容量的公链,让所有智能合约能够以Web2的性能来运行,成为世界计算机平台。ICP的愿景极其宏大,解决方案中包含计算和存储,为智能合约提供完整的云端服务,对标AWS大而全的产品套件。

4.1 核心机制

ICP的设计体系较为庞大,本文选取容器、共识算法、NNS(神经网络系统)做简单介绍。

容器:实现智能合约间的高效交互

ICP包含从下而上的四层组件:1)最底层的数据中心(Data centers),分布在世界各地;2)数据中心内运行着硬件节点(Nodes);3)相互独立的数据中心内的节点组合成为子网(Subnets),节点的组合随机确定,保证子网不可损毁,一个子网可以视为一条链;4)子网内运行多个容器(Canisters),每个容器类似一个智能合约,本质上就是WebAssembly,所有可以编译为wasm的语言都可以写ICP合约。当前Rust SDK较成熟,ICP也提供了原生的合约开发语言Mokoto。

容器与容器之间可以交互,为智能合约之间的相互调用提供了基础。一个智能合约可以调用第三方合约作为服务,搭建ICP的乐高。

ICP提供的智能合约交互有更高的效率。以太坊的主流应用也都可相互调用,而以太坊调用的特点是通过区块链来保证,需要全局锁,安全性高但效率较低;ICP则是基于actor模型的调用,牺牲了一定的安全性,但是合约可以并行,提升了执行效率。

但是,容器间的交互功能并不完善。其一,ICP不像以太坊那样天然保证原子性,因此当前不同容器间的实际通讯很少。现在生态中已经有项目在尝试开发中间件服务,来实现合约的原子性。其二,跨容器的通讯至少要经过2轮共识,再加上网络延迟,用户端体验到的延迟会达到6~8秒,对于项目来说也是个障碍。

容器间的交互还有另一个潜在的用处,即实现单个智能合约的扩容。当前单个容器的内存上限为12GB,如果一个项目对内存要求过高,可能需要多个容器来承载。但由于上述的问题,这并非一个完美的选择。此外,ICP也在探索单个容器的内存扩容,如果能够实现,通过跨容器交互来扩容的需求可能会消失。

Chain Key:实现扩容和跨链的核心技术

ICP的共识算法中有一个底层的技术方案:Chaink Key,该技术利用BLS阈值签名(也称为TBLS)为ICP提供共识服务。TBLS可以实现签名聚合,达到一定数量阈值的节点独立签名后会创建一个组签名,任何达到阈值的组的子集都可以产生相同的签名,拥有这个组的公钥即可验证。

这一方案使得整个网络可以无限新增子网,构成了ICP无限扩容的基础。在实际的每一个区块验证过程中,ICP都会从所有节点中随机选出一组阈值组,阈值组内签名的节点数量达到一定阈值后,就会形成一个组签名,只要用这个组的公钥就可以验证。这就是Chain Key的强大之处:无论有多少个节点,通过随机选取的阈值组就可以实现安全验证,不再需要验证所有节点。

而且,这一方案也是ICP实现子网与子网之间,也就是链与链之间通讯的基础。当A子网需要向B子网发送消息时,A子网内部达成共识签名发送给B子网,B子网只要拥有A子网的公钥就可以验证。子网与子网之间,也就是链与链之间的交互可以直接进行,不像波卡那样依赖中继链。

NNS:实现项目的自动管理

NNS(神经网络系统)是一个特殊的容器合约,也是整体架构中非常重要的一个部分。

作为自动化的ICP管理协议,NNS负责审批新节点加入、IC子网生成和重组、ICP协议升级等。通过质押ICP,用户可以参与NNS的投票。

NNS也在ICP的通证经济模型中扮演重要的作用。NNS会产生新的ICP代币,来奖励运行节点和投票的行为;另一方面,容器的所有者或管理者需要消耗cycles(aka gas)来保证容器的运行,cycles可以视为一种稳定币,需要用ICP代币单向兑换(ICP可以兑换Cycle,Cycle不可兑换ICP),而NNS通过审批预言机的提案来调整ICP代币和Cycle的汇率。可以说,NNS类似ICP经济系统中的中央银行,有发行货币、管理汇率的作用。

正是基于NNS,ICP拥有开放的、去中心化的、自动实施的管理方式,可以说是一个完整的DAO。

4.2 通证经济

ICP代币,也称为ICPT,有两个核心作用:1)在NNS内质押来进行投票,锁仓期越长则投票权重越大;2)用ICP兑换cycles来给容器运行充值,cycles锚定XDR,后者是综合一系列法币进行加权求和得到的稳定币,因此cycles价格基本稳定。ICP通过验证一个预言机的价格提案,来实时修正ICP代币和cycles之间的汇率。

ICPT同时拥有通胀和通缩模型,一方面增发ICPT来奖励投票者和节点运行商,另一方面又消耗ICPT来运行容器。锁仓量越少、奖励增发越多,则ICPT越泛滥;锁仓量越多、项目对容器的需求越大,ICPT也就越稀缺。ICPT的价格和数量完全取决于供需关系,较难预测。

当前在ICP上存储价格约为0.47美元/GB/月,这一价格远远高于AWS约0.02美元/GB/月。

ICPT的初始代币分配如下图所示。当前总供应量约4.8亿颗,FDV约96亿美元。

代币分配一览,来源参考附录

4.3 运营现状

ICP自21年5月上线主网并发行代币,但目前生态并不够繁荣。截止21年底,ICP合计交易量为180万,而以太坊上过去一年中每天都有100多万次交易,体量悬殊。

基于ICP的智能合约并不少,截止21年已有1.6万个,项目类型大多是钱包、浏览器等基础设施,或是类似Web2主流应用的社交类应用,后者包括对标LinkedIn的Distrikt、对标Reddit的DSCVR、即时通讯软件Openchat等。但是,社交类应用的壮大依赖于持久的流量积累形成的网络效应,短期内仅仅依靠去中心化的特色,必然无法与Web2成熟项目竞争。

相对地,ICP生态中Web3原生的Defi、Gamefi项目较少。这可能是由于没有EVM兼容,现有的成熟项目无法copy paste,ICP也就无法继承加密世界已有的流动性;而ICP的架构非常独立,其技术亮点的运用需要等待全新的项目。此外,ICP还没有统一的代币标准,这也为其生态发展带来了阻碍。

不过在2022年,ICP计划集成BTC和ETH、加速开发Defi资产。在集成BTC和ETH之后,每一个容器内的智能合约都会拥有BTC/ETH钱包功能,资产的跨链转移不再需要跨链桥来进行,将会开启新的资产跨链方式。可以想见,这会成为ICP与其他公链竞争的重要筹码。

4.4 团队及融资

Dfinity基金会是一个非营利性组织,成立于2016年,最早是String Labs孵化的一个项目。Dfinity总部位于瑞士,团队规模相当大,合计200多人,并且拥有豪华的技术团队,不乏来自区块链行业的顶尖科学家和来自Google、IBM等企业的资深工程师。

Dfinity在2018年2月和8月分别获得过6,100万和1.02亿美元的融资,领投方均为a16z和Polychain。Dfinity更早期应该融资过一笔~3,000万美元的款项,但没有公布,累计融资约1.95亿美元。

创始人兼首席科学家Dominic Williams是一名密码学家及企业家,也是String Lab的联创兼CTO,曾做过基于自建分布式系统的MMO游戏。

5. Ceramic:数据库存储领域中间件

Ceramic是一个专注于存储高频更新数据的去中心化网络,基于IPFS的存储网络,搭建了一个新的便于数据更新的模型,功能类似一个去中心化的数据库。21年1月测试网上线,21年6月主网上线,已有多个产品使用Ceramic作为中间件,但Ceramic还没有发布基于代币的商业模式。

5.1 核心机制

Ceramic主攻的市场是数据库存储,虽然和Filecoin/Arweave都属于云存储范畴,但是使用场景不同。

Filecoin通过为每个文件生成唯一哈希值来实现内容寻址,一旦内容发生更改就会改变哈希值,相当于生成了一份新的文件;Arweave主打永久存储,内容上链后无法改变,除非上传另一份新的内容。这样的模式对于存储音乐、图片、视频等静态文件来说没有问题,但是对于需要不断更新的数据并不合适,如用户交易订单、用户关注关系等,一旦更新就需要生成新的快照文档,大量的快照会造成数据冗余。

在Web2的成熟解决方案中,大型静态文件的存储和数据库存储也分别对应着不同的存储设计和相应产品,如在AWS的产品套件中,Amazon S3专注于大型文件存储或长期存储等场景,Amazon RDS/Dynamo DB则专注于数据库场景。在Web3中,Filecoin对标Amazon S3,Ceramic则对标Amazon的非关系型数据库Dynamo DB。

Ceramic的存储设计中有一些自己的定义,乍看之下不是很好理解,但是用数据库的逻辑就很容易明白。下图中灰色的方块组合是一个「Stream」,类似于一个对象的所有历史数据,最初的状态(Genesis Commit)和其后的每一个变化(Commit)都是IPFS上的记录,这些记录组合起来就成了Stream。由于Stream记录的是「变化」、而非结果状态的「快照」,因此需要处理这个Stream上所有的事件,来获取对象的最新记录。

来源:https://www.youtube.com/watch?v=nhjla1RaqyM

以数据库为例,Ceramic记录模式为:最初,Alice和Bob分别有10元;第二天,Alice给Bob转账5元;第三天,Bob给Alice转账3元。这也非常像区块链账本,账本不会写明每个用户的余额,需要计算所有中间过程来获得最终的用户余额。

相对地,IPFS的传统记录模式为:文件a,Alice和Bob分别有10元;文件b,Alice有5元,Bob有15元;文件c,Alice有8元,Bob有12元。在这里,每一次的记录都是一个结果状态的快照,一旦有变化就需要生成新的快照。

Ceramic通过这样的设计保证每个对象都有唯一一个Stream ID,有了全局统一的命名,不会因为内容的改变而改变名称。每一次写入,需要用户授权。用户控制。就可以理解为区块链,只不过写入的并非交易数据,而是其他数据,比如用户账户信息。

5.2 运营现状

Ceramic已经开始为不少Web3项目提供服务,包括官网提到的RabbitHole、BoardRoom、GeoWeb等,以及Cyberconnect等项目,都利用Ceramic来存储用户身份信息、可变的NFT数据等频繁更新的数据。Web3社交类项目越发展,Ceramic的需求也会越旺盛。

使用Ceramic的项目案例,来源:https://ceramic.network/

项目整体还很初期,目前产品只能提供给开发者使用,尚且没有代币经济模型作为激励层,因此项目方需要自己跑节点,或者信任IPFS上的第三方节点,还不是一个完整的去中心化协议。

Ceramic的未来发展,一方面依赖于Web3社交类项目本身的需求发展,另一方面也依赖于其激励层的设计。

5.3 团队及融资

Ceramic的开发团队为3Box,创立于2018年。CEO及联创Michael Sena曾在Consensys担任产品经理。

3Box在2019年6月获得由PlaceHolder领投的250万美元融资,在今年2月获得由Multicoin和Union Square Ventures领投的3,000万美元融资,累计融资3,250万美元。

6. Fluence:p2p开发平台及去中心化托管市场

Fluence是一个p2p应用开发平台,用于开发和运行无需中心化云服务的应用,定位类似于AWS Lambda。

6.1 核心机制

Fluence的核心开发工具是一个开源编程语言Aqua,能够让开发者便捷地开发p2p应用,来实现不同程度的去中心化网络:通过一组限定的服务器来运行软件,或者直接连接用户设备实现完全的p2p通讯。

Fluence还计划构建一个托管市场:用户可以选择由哪些节点来运行软件,并直接向节点支付,开发者从中获得部分收益。

来源:https://doc.fluence.dev/faq/

基于Aqua提供的p2p开发工具,以及去中心化的托管市场,Fluence构想了一系列应用场景,包括开发p2p通讯的社交软件、由DAO自行运行节点的应用、通过IPFS等去中心化数据源获取数据并完成计算等等。

6.2 运营现状

Fluence的应用还非常早期,没有提供完整的激励层方案,也没有相应代币。但未来如果要实现托管市场,激励层的设计也必然是重要一环。

目前官网展示的运行节点仅13个,没有展示完整的应用案例。

来源:https://dash.fluence.dev/nodes

6.3 团队及融资

Fluence团队成立于2017年,联创之一的Tom Trowbridge曾任Hedera Hashgraph的主席。

Fluence在今年2月获得Multicoin领投的900万美元人融资,投资方中还包含 Alameda Ventures、Tiger Global、Protocol Labs、Arweave Capital等机构。

7. 总结

最后,我们尝试对以上项目的应用场景和安全程度做总结。

在应用场景方面,可以看到整个IPFS在从通用型过渡到垂直专用型。相对早期的几个项目,都布局通用型存储,甚至更大的公链市场。

Protocol Labs从2014年开始创办IPFS,其后通过Filecoin作为激励层,形成完整的存储协议。按需存储的灵活性、低廉的存储价格、早期的代币激励,使之当前最大的通用型去中心化存储项目。

2016年成立的Dfinity有成为世界计算机的宏大愿景,通用存储只是其愿景的一部分,除了存储外还将包含所有软件的部署和计算。即使在公链市场,也可谓是最通用的项目。

2017年成立的Arweave主打永久存储,从场景上来看更适合存储静态的冷数据。不过Arweave的野心也不止于此,作为Web3全栈协议,也提供了Smartweave智能合约协议,希望同时承载Dapp的前后端。

近期开始活跃的项目则更专注于垂类市场,作为中间件来提供服务。2018年成立的3Box,也是Ceramic的开发团队,当前专注于开发数据库存储,基于已有的IPFS/Arweave等公共存储协议来提供数据库服务。2017年成立的Fluence则专注于提供p2p开发工具、构建去中心化托管市场,也可以搭建在已有公共数据源上提供云计算服务。这两个项目都正在拓展开发者市场,尚未发布自己的激励层。

在安全程度方面,我们重点分析有激励协议的几个早期项目

Filecoin有较大的存储隐患。Filecoin当前的经济生态并不健康,收费低廉难以覆盖存储成本,矿工的持续存储很大程度上依赖区块奖励。Filecoin预留了11亿颗FIL代币,当前只消耗掉1.3亿颗,短期内仍有相对充裕的奖励余额。而且,FIL的总量上限为20亿颗,流通量仅1.72亿颗,占比不到10%。未来当余额消耗殆尽、或代币释放造成大幅通胀,区块奖励无法补偿存储成本时,矿工有可能会大规模回撤,造成数据丢失。

Arweave的模式则比较健康。Arweave通过概率抽查的奖励来取代不断的时空证明,巧妙地解决了存储证明的问题,能够同时将证明成本和数据丢失的概率压缩到极低。Arweave的一次性收费,按当前币价和市场存储费用来看,至少能够存储上百年。而且AR当前流通量占总供应量~76%,待开采率不到3%,通胀风险小。Arweave和Filecoin的共同点在于,存储时都用平台代币支付,如果币价整体大跌至存储成本以下,也有矿工回撤的风险,但相对Filecoin来说,Arweave的风险更接近黑天鹅事件。

ICP的付费模式采用稳定币形式,几乎不受到经济环境的影响,从这一点上来说运行会更安全稳定。不过ICP的存储费用最高,每月每GB存储价格为0.47美元,Arweave则为每GB不到8美元,在Arweave上永久存储1GB数据的价格,在ICP只能存储1年多。

整体上来看,去中心化云计算的市场正在演化出不同形态,没有单一的解决方案。对照AWS来看,其满足不同层次需求的产品也是不断发展而来的,未来在Web3也可能形成各类产品满足不同需求的格局。

附录

1)云计算基础概念

AWS产品套件简介:

https://www.youtube.com/watch?v=LKStwibxbR0&list=PLv2a_5pNAko2Jl4Ks7V428ttvy-Fj4NKU

2)Filecoin

缔造 Filecoin 经济:

https://filecoin.io/zh-cn/2020-engineering-filecoins-economy-zh-cn.pdf

3)Arweave

中文版黄皮书:

https://github.com/toliuyi/arweave_notes/blob/master/arweave-yellow-paper-cn.pdf

刘毅:

https://mp.weixin.qq.com/s/rSttw02Xsq2-6IMU0_JMjw

Foresight Ventures:

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkyOTI0NTU2Mg==&mid=2247485134&idx=1&sn=ea0c0ec39546a987ecf34a7cd6c082e2&scene=21#wechat_redirect

<p

添加客服微信 添加客服微信
0755-23149040
7*24小时客服电话
实时Gas: loading...(32G), loading...(1T), loading...(1P)   
实时质押: loading...(32G), loading...(1T), loading...(1P);    实时总成本: loading...(32G), loading...(1T), loading...(1P);    所有区块: loading...; 所有奖励: loading...; 最新高度: loading...; 最新区块奖励: loading...;
一站式服务公司 注重工作细节、提高服务品质
7*24小时服务热线 0755-23149040
天溪夕科技
当前位置: 首页 > 行业资讯 > 去中心化云计算IPFS研究:细数AWS的竞争对手
去中心化云计算IPFS研究:细数AWS的竞争对手
2022-03-14 09:40:21【天溪夕科技】350人已围观
简介:去中心化云计算IPFS研究:细数AWS的竞争对手


随着Web3的落地应用越发丰富,对于数据计算的性能要求也越来越高。对应更多数据资产的计算需求,去中心化云计算IPFS也在蓬勃发展。本文尝试对这一IPFS做梳理,分析主要项目Filecoin、Arweave、ICP,及新生项目Ceramic、Fluence。

本文目录:

1. IPFS简介

2. Filecoin:基于IPFS协议的存储探路者

2.1 核心机制

2.2 通证经济

2.3 运营现状

2.4 团队及融资

3. Arweave:以永久存储为特色的Web 3.0全栈协议

3.1 核心机制

3.2 通证经济

3.3 运营现状/团队及融资

4. ICP:世界计算机公链

4.1 核心机制

4.2 通证经济

4.3 运营现状

4.4 团队及融资

5. Ceramic:数据库存储领域中间件

5.1 核心机制

5.2 运营现状

5.3 团队及融资

6. Fluence:p2p开发平台及去中心化托管市场

6.1 核心机制

6.2 运营现状

6.3 团队及融资

7. 总结

1.IPFS 简介

云计算是一个巨大的市场。根据美国国家标准技术研究所(National Institute of Standards and Technology,简称NIST)的定义,云计算「是一种模型,它可以实现随时随地、便捷地、随需应变地从可配置计算资源共享池中获取所需的资源(例如网络、服务器、存储、应用及服务),资源能够快速供应并释放,使管理资源的工作量和与服务提供商的交互转换到最低限度」。云计算概念宽泛,包含了所有可以按需取用的IT基础设施资源。

2021年,全球公有云服务的终端用户开销达到3,960亿美元。其中,亚马逊AWS以30%左右的市场份额常居榜首,除此外的主流云厂商也均为提供中心化服务的公司。

全球公有云服务终端用户开销,来源:Statista

云基础设施服务厂商市场份额,来源:Statista

Web3在2020年的Defi Summer中爆发了一系列落地应用,而这些应用的核心价值在于所有权确权,更确切而言即金融资产所有权。金融资产以区块链账本的形式存在,本质上也是一种云服务,但是金融领域数据规模较小,主流公链即使性能有限、手续费高昂,用户仍然能够承受。而随着Web3的发展,落地应用开始从金融领域向图像艺术、游戏、社交等方向发展,所有权也拓展到了更丰富的数字资产,Web3世界对于数据计算和存储的需求越来越大。

然而,原先容量狭小的主流公链难以承载,中心化的云服务又无法满足Web3用户对于安全、开放、抗审查的需求。现在多数的Dapp只实现了逻辑层的去中心化,而大量数据的存储和计算都还在链下运行。在Web3领域,云计算的需求也在膨胀。

Web3项目所做的公链扩容及各种垂直领域的云服务,本质上都是在回应这样的需求。借助AWS的主流产品,我们也可以理解当下的去中心化云计算市场的发展图景。

AWS的主要产品及去中心化领域对标项目

AWS的主要产品套件包含三个部分,也分别代表着云计算市场的几个主流领域。

其一,是用于存储大型或静态数据的S3(Simple Storage Service)。在这一领域内,其去中心化的对标项目有基于IPFS的Filecoin和Arweave等。

其二,是用于专门存储数据的数据库,包括关系型数据库RDS和非关系型数据库Dynamo DB。这一领域的去中心化对标项目有Ceramic等。

其三,是用于云端计算和托管的EC2/Lambda,EC2灵活性更高、但配置更复杂,Lambda则灵活性低、配置简便。在这一领域,去中心化对标项目有类似Lambda做云端计算的Fluence、视频转码平台Livepeer、图形渲染平台Render Network等。在实际工作时,这些工具会分别与S3、RDS等存储对象交互,再返回给接入AWS的终端用户。

最后,AWS作为一个整体产品套件,也有其链上竞争对手:Dfinity。Dfinity致力于成为世界计算机,提供链上的计算、存储等所有IT基础设施的解决方案。如果Dfinity真的实现目标,将会成为公链的尽头,愿景宏大,路途漫长。

以下,将对Filecoin、Arweave、ICP、Ceramic、Fluence分别做项目分析。

2. Filecoin:基于IPFS协议的存储探路者

Filecoin是基于IPFS底层存储网络的激励协议,两者由Protocol Labs先后创立。Filecoin当前FDV约400亿美元。

IPFS(The InterPlanetary FileSystem,星际文件系统),是一个分布式存储和共享文件的网络传输协议,在2014年创立,15年开放测试版本。

2017年,Potocol Labs发行基于IPFS的激励层协议Filecoin,在 CoinList 上完成了 2.57 亿美元的巨额公募。Filecoin支持用户按需付费,和AWS的S3服务模式近似。

2.1 核心机制

IPFS的Merkle DAG:便于文件查询和下载的数据结构

IPFS采用Merkle DAG的数据结构,这是一种基于Merkle Tree的改造。通过这一数据结构,IPFS实现了内容寻址和文件的片段下载。

IPFS为每个文件分配了独一无二的哈希值,类似于文件指纹。每一个根文件,会指向多个节点文件,一旦节点文件的内容发生改变,哈希值也会发生相应改变,使得根文件的哈希也发生改变。

来源:IPFS Draft3

在查询文件时,IPFS网络根据全网唯一的文件哈希值来进行查找,这样的方式也称为「内容寻址」。相对地,HTTP通过URL地址来查询文件,一旦地址内的文件发生更改,访问者就无法找到原始的文件。而且,内容寻址也保证了IPFS不会重复存储,节约了网络空间。

在下载文件时,只需要知道一个哈希地址即可,不需要将整个文件下载下来。相对地,BitTorrent下载时则必须使用种子文件,将下载内容的所有地址放到这个种子文件中,不利于文件的片段下载。

但内容寻址也有相应的弊端,即一旦文件发生更改,就会生成新的哈希值。这有利于文件在发生重大更改时进行版本保存,但是对于数据库这种需要日常更新的内容来说并不适合,每更新一次都会保存完整快照,产生大量数据冗余。后文提到的Ceramic就致力于解决这个问题。

Filecoin共识算法:不断检验矿工的证明

Filecoin分为存储市场和读取市场,用户需要分别和矿工形成交易。

在形成存储交易订单后,矿工会将数据存储在扇区(Filecoin基本的存储单位,类似于一个存放数据的集装箱)中,并向Filecoin区块链证明自己的存储。首先,矿工需要通过复制证明(PoRep)来封装扇区,证明存储了用户数据,作为存储的初始化。其后,协议会持续检查矿工是否保存了数据,矿工需要在扇区上生成时空证明(PoSt)来证明持续存储,并以此获得区块奖励和存储费用。扇区到期后自然终止,如果矿工违约或出现故障过长(14天),协议将主动终止交易、退换用户剩余订单费用、惩罚矿工支付此费用。

扇区生命周期示意,来源:《缔造 Filecoin 经济》

在读取市场中,用户提出特定查询需求,检索矿工节点广播查询,拥有此内容的检索矿工会返回包含价格信息的检索提案,来和用户交易。

Filecoin的设计确实实现了对分布式存储的验证,但是系统复杂度很高,需要不断挑战存储矿工来验证持续存储,导致存储成本高;而且,矿工在完成订单前都需要质押代币,有较高的隐含期权成本。

2.2 通证经济

FIL代币总量上限20亿枚,初始分配如下图所示,55%作为存储挖矿奖励缓慢释放,15%作为挖矿储备金,日后由社区提案决定用途,10.5%归属Protocol Labs团队,其余归属早期投资方、Filecoin基金会等。

FIL代币分配图,来源:《缔造 Filecoin 经济》

存储挖矿的奖励包括两部分,30%为只要满足订单合同即可获得,70%则需要全网达到算力基准线才能获得,否则会延迟奖励,以此来激励更多矿工参与存储。基准线最初设定为1EiB(不到全球存储量0.01%),每年以200%的速率增长,当存储了达到全球存储的1~10%时,社区可以决定减缓基准线的增长。

如果扇区提前终止,矿工质押的FIL会被没收销毁作为惩罚,因此FIL有一定的通缩机制。

此外,Filecoin还通过一个分布在全球的实体网络,验证并确认用户对存储数据的真实需求,经过验证后的用户数据的存储奖励更高,防止矿工通过存储垃圾数据来赚取奖励。但是这一「补漏洞」式的设计也受到不少诟病,因为对于什么是真实数据的确认标准难以做到完全客观,为了适应各种需求而进行的调整会越来越复杂。

2.3 运营现状

Filecoin当前存储总量15.52EiB,约合1,600万TB,对比Arweave仅50TB,Filecoin可谓规模巨大。

来源:https://filscan.io/

但结合其挖矿奖励数据来看,Filecoin的经济模型看起来有不小的隐患。

Filecoin当前的存储价格其实非常便宜,仅为0.000001美元/GB/月。Filecoin以Amazon S3存储不常访问的数据价格作为对比,前者仅为后者的0.01%。

来源:https://file.app/

对照总存储量~15.52EiB,按照上述价格,那么所有存储用户一个月贡献的总收入为15.52*1024^3*0.000001≈16.7万美元;而过去24H的奖励约30万FIL,推算过去一个月发出的总奖励约为1.8亿美元,可见用户实际支付的费用远小于挖矿奖励。

本文在写作时没有采访到FIL矿工,不确定真实的存储成本。但是通过上述数字可以看到,网络整体应该是依靠代币挖矿来支撑的,并没有形成健康的商业模式。20亿颗代币总量中的55%,即11亿颗FIL会作为挖矿奖励。目前合计发出1.6亿颗,减去销毁的3,000万颗,净新增约1.3亿颗,仍有9.7亿颗发放空间。但是未来如果币价下跌,可能会发生矿工回撤,丢失数据的风险。

2.4 团队及融资

Filecoin和IPFS的母公司Protocol Labs最早创立于2014年。根据Crunchbase收录的信息,Protocol Labs总共经过5轮融资,累计融资1,090万美元;Filecoin经过7轮融资,累计融资2.58亿美元。上述融资均包含ICO,投资机构包括a16z、Sequioa Capital、BlueYard Capital等。

创始人Juan Benet,斯坦福CS专业本硕,2010年开始创业,曾做过移动游戏、媒体混剪器。

3. Arweave:以永久存储为特色的Web 3.0全栈协议

Arweave是IPFS之外最大的老牌存储协议,于2018年6月上线主网,当前FDV约20亿美元。

Arweave本身包含存储层和激励层,是一个完整的去中心化存储协议,相当于IPFS+Filecoin。在存储功能上,Arweave的特色是一次付费,永久存储。

同时,Arweave也包含Smartweave智能合约协议,有潜力以低成本实现智能合约的计算及存储,解决智能合约的可扩展性问题。从这一意义来说,Arweave的范围超越了存储,是一种Web3.0全栈协议。

3.1 核心机制

有关Arweave的具体实现机制,已经有不少详实的中文材料,可参考附录。本文选取存储证明、Permaweb永在网、Smartweave智能合约协议这几个核心机制做背景介绍。

存储证明:低成本、高可靠性的永久存储网络

Filecoin通过检查每个合同的执行情况来证明存储,这样的机制导致证明成本高企,难以与中心化存储的性能媲美。Arweave解决存储证明的方法则是随机抽查,存储了随机确定的副本的矿工会获得奖励,由此大幅降低了证明成本,也激励矿工存储副本稀少的数据。

Arweave构建了一种类区块链的数据结构,即区块纺Blockweave,每个区块连接到先前的一个块、和历史中的一个回忆块,而回忆块是随机确定的。Arweave采用访问证明PoA,只有存储了回忆块的矿工才有机会参与PoW竞猜。矿工可以自行决定存储哪些区块,不需要存储所有区块,但由于回忆块是随机确定的,为了能够访问回忆块来获得奖励,矿工就需要尽量多存储区块、或在空间有限的情况下存储稀有区块来提高竞猜胜率。简单来说,Arweave通过「存储区块越多越稀有、则奖励概率越大」的设计,来鼓励存储。

相对于Filecoin单独检查每个合同的设计,Arweave大幅降低了证明成本,也就降低了存储成本;且根据测算,Arweave丢失数据的概率极低,数量级和两个私钥碰撞的概率相同,可靠性极高。

此外,Arweave还通过Wildfire节点评分机制,来鼓励节点响应读取;通过Blockshadow区块影只验证哈希值的设计,提升区块验证和调用的效率。

当前在Arweave存储1GB数据的成本约0.25AR,约合7.89美元。

来源:https://arweavefees.com/

Permaweb永在网:永久保留Dapp前端的应用层

Permaweb永在网是建立在Arweave网络协议基础上的应用层,Dapp开发者可以通过永在网部署前端,只不过前端内容都是打包存储在Arweave网络,实现了前端访问的永久性和抗审查性。由于永在网上的内容不可改变,因此在更新新版本后,会留下多个版本。

Smartweave:扩展Dapp逻辑层的智能合约协议

Smartweave是Arweave的智能合约协议,让开发者用Javascript开发智能合约Dapp,合约代码及合约创世状态均存储在Arweave网络中。和以太坊等公链不同的地方在于,通常公链会要求所有全节点执行所有链上数据的验证和计算,冗余度极高,但Smartweave只需要合约调用者的单个节点来验证,从合约的创世开始执行,最后将自己的交易数据和执行交易后的合约状态提交到Arweave网络中。

Smartweave降低了网络计算的负担,有可能成为提升Dapp逻辑层可扩展性的重要途径。也是在这个意义上,Arweave不仅仅是一个存储协议,也被视为为包含存储和智能合约生态的Web3.0全栈协议。

3.2 通证经济

AR代币的主要作用为支付存储费用。Arweave的模式为一次付费,永久存储,读取免费,用户每次付的AR代币中,14%左右给矿工作为即时激励,86%则进入捐赠池。在矿工即时激励不够时,才会从捐赠池中调用资金。

当前在Arweave上存储1MB数据的价格为0.6~0.8美分,而在AWS或阿里云上,存储1MB的数据100年至少需要2美分。也就是说,即使不考虑未来成本下降,按当前成本和AR币价,至少可保证Arweave上的数据存储300年以上。官网介绍一次存储成本至少保证200年存储,应是按照早期币价的推测。

AR代币和比特币一样采用通缩模型,有总量上限。在创世区块中生成了5,500万个AR,之后每个区块都会增发AR。但是AR的增发衰减速度更快,比特币约四年减半一次,而AR则每年减半。AR总量上限为6,600万个,当前已生成~6,460万个AR,待开采率不到3%,已经低于比特币的10%。AR的全部分配如下:

其中13%分配给项目团队、26.5%分配给未来项目的份额,均有5年解锁期,每年解锁20%。

3.3 运营现状

近一年以来,受惠于NFT和创作者经济的发展,Arweave不论在存储规模还是生态发展上都进展迅速。

存储规模高速增长

自2020年以来,Arweave就已经在为公链及知名Defi项目提供存储服务。Solana、Nervos均将数据层存储在Arweave,Synthetix、Uniswap、Curve等均将前端表现层存储在Arweave。此外Arweave还通过存储中间件项目KYVE为Avalanche、Celo、Near、Cosoms等多个公链提供区块数据存储服务。

自去年9月以来,得益于NFT和创作者经济的爆发,Arweave的存储规模也飞速增长。知名艺术家Beeple、Jay-Z都基于Arweave推出了自己的作品。Arweave当前数据存储量约50TB,去年同期仅4.6TB,同比增长~10倍。

来源:https://viewblock.io/

Arweave的30天直接网络费用约28.8万美元,在Web3基础服务协议中位居榜首(Filecoin似乎是由于数据准确性问题不在此列,无法与Arweave对比)。

来源:https://web3index.org/

生态日益繁盛

除了直接将数据存储在Arweave之外,还有一批项目基于Arweave做更多的服务拓展,包括打包交易批量上传的Bundlr Network、作为Arweave身份及钱包的ArConnect、作为Arweave存储前端的ArDrive、作为跨链存储中间件的KYVE等,逐渐形成了一个丰富的生态。

来源:Verto Twitter

21年使用Smartweave开发的Dapp数量也在显著增长,上述生态系统中不少项目就是运用Smartweave开发,包括:Verto、RedStone、Pianity、Koii、Arweave News等。

来源:Arweave News

3.4 团队及融资

CEO Sam Williams,德国人,2011~2014年在英国诺丁汉大学就读,获计算机学士学位。后在Kent大学攻读博士,中途辍学。2014~2017年,Sam在Kent大学短暂任教,17年联合创办了Minimum Spanning Technologies和Arweave。

成立至今,Arweave累计融资2,200万美元,投资机构中包含a16z、Multicoin、Coinbase Ventures等头部机构。

4. ICP:世界计算机公链

ICP全称Internet Computer Protocol,是Dfinity基金会主导的公链项目,愿景是建立一条无限容量的公链,让所有智能合约能够以Web2的性能来运行,成为世界计算机平台。ICP的愿景极其宏大,解决方案中包含计算和存储,为智能合约提供完整的云端服务,对标AWS大而全的产品套件。

4.1 核心机制

ICP的设计体系较为庞大,本文选取容器、共识算法、NNS(神经网络系统)做简单介绍。

容器:实现智能合约间的高效交互

ICP包含从下而上的四层组件:1)最底层的数据中心(Data centers),分布在世界各地;2)数据中心内运行着硬件节点(Nodes);3)相互独立的数据中心内的节点组合成为子网(Subnets),节点的组合随机确定,保证子网不可损毁,一个子网可以视为一条链;4)子网内运行多个容器(Canisters),每个容器类似一个智能合约,本质上就是WebAssembly,所有可以编译为wasm的语言都可以写ICP合约。当前Rust SDK较成熟,ICP也提供了原生的合约开发语言Mokoto。

容器与容器之间可以交互,为智能合约之间的相互调用提供了基础。一个智能合约可以调用第三方合约作为服务,搭建ICP的乐高。

ICP提供的智能合约交互有更高的效率。以太坊的主流应用也都可相互调用,而以太坊调用的特点是通过区块链来保证,需要全局锁,安全性高但效率较低;ICP则是基于actor模型的调用,牺牲了一定的安全性,但是合约可以并行,提升了执行效率。

但是,容器间的交互功能并不完善。其一,ICP不像以太坊那样天然保证原子性,因此当前不同容器间的实际通讯很少。现在生态中已经有项目在尝试开发中间件服务,来实现合约的原子性。其二,跨容器的通讯至少要经过2轮共识,再加上网络延迟,用户端体验到的延迟会达到6~8秒,对于项目来说也是个障碍。

容器间的交互还有另一个潜在的用处,即实现单个智能合约的扩容。当前单个容器的内存上限为12GB,如果一个项目对内存要求过高,可能需要多个容器来承载。但由于上述的问题,这并非一个完美的选择。此外,ICP也在探索单个容器的内存扩容,如果能够实现,通过跨容器交互来扩容的需求可能会消失。

Chain Key:实现扩容和跨链的核心技术

ICP的共识算法中有一个底层的技术方案:Chaink Key,该技术利用BLS阈值签名(也称为TBLS)为ICP提供共识服务。TBLS可以实现签名聚合,达到一定数量阈值的节点独立签名后会创建一个组签名,任何达到阈值的组的子集都可以产生相同的签名,拥有这个组的公钥即可验证。

这一方案使得整个网络可以无限新增子网,构成了ICP无限扩容的基础。在实际的每一个区块验证过程中,ICP都会从所有节点中随机选出一组阈值组,阈值组内签名的节点数量达到一定阈值后,就会形成一个组签名,只要用这个组的公钥就可以验证。这就是Chain Key的强大之处:无论有多少个节点,通过随机选取的阈值组就可以实现安全验证,不再需要验证所有节点。

而且,这一方案也是ICP实现子网与子网之间,也就是链与链之间通讯的基础。当A子网需要向B子网发送消息时,A子网内部达成共识签名发送给B子网,B子网只要拥有A子网的公钥就可以验证。子网与子网之间,也就是链与链之间的交互可以直接进行,不像波卡那样依赖中继链。

NNS:实现项目的自动管理

NNS(神经网络系统)是一个特殊的容器合约,也是整体架构中非常重要的一个部分。

作为自动化的ICP管理协议,NNS负责审批新节点加入、IC子网生成和重组、ICP协议升级等。通过质押ICP,用户可以参与NNS的投票。

NNS也在ICP的通证经济模型中扮演重要的作用。NNS会产生新的ICP代币,来奖励运行节点和投票的行为;另一方面,容器的所有者或管理者需要消耗cycles(aka gas)来保证容器的运行,cycles可以视为一种稳定币,需要用ICP代币单向兑换(ICP可以兑换Cycle,Cycle不可兑换ICP),而NNS通过审批预言机的提案来调整ICP代币和Cycle的汇率。可以说,NNS类似ICP经济系统中的中央银行,有发行货币、管理汇率的作用。

正是基于NNS,ICP拥有开放的、去中心化的、自动实施的管理方式,可以说是一个完整的DAO。

4.2 通证经济

ICP代币,也称为ICPT,有两个核心作用:1)在NNS内质押来进行投票,锁仓期越长则投票权重越大;2)用ICP兑换cycles来给容器运行充值,cycles锚定XDR,后者是综合一系列法币进行加权求和得到的稳定币,因此cycles价格基本稳定。ICP通过验证一个预言机的价格提案,来实时修正ICP代币和cycles之间的汇率。

ICPT同时拥有通胀和通缩模型,一方面增发ICPT来奖励投票者和节点运行商,另一方面又消耗ICPT来运行容器。锁仓量越少、奖励增发越多,则ICPT越泛滥;锁仓量越多、项目对容器的需求越大,ICPT也就越稀缺。ICPT的价格和数量完全取决于供需关系,较难预测。

当前在ICP上存储价格约为0.47美元/GB/月,这一价格远远高于AWS约0.02美元/GB/月。

ICPT的初始代币分配如下图所示。当前总供应量约4.8亿颗,FDV约96亿美元。

代币分配一览,来源参考附录

4.3 运营现状

ICP自21年5月上线主网并发行代币,但目前生态并不够繁荣。截止21年底,ICP合计交易量为180万,而以太坊上过去一年中每天都有100多万次交易,体量悬殊。

基于ICP的智能合约并不少,截止21年已有1.6万个,项目类型大多是钱包、浏览器等基础设施,或是类似Web2主流应用的社交类应用,后者包括对标LinkedIn的Distrikt、对标Reddit的DSCVR、即时通讯软件Openchat等。但是,社交类应用的壮大依赖于持久的流量积累形成的网络效应,短期内仅仅依靠去中心化的特色,必然无法与Web2成熟项目竞争。

相对地,ICP生态中Web3原生的Defi、Gamefi项目较少。这可能是由于没有EVM兼容,现有的成熟项目无法copy paste,ICP也就无法继承加密世界已有的流动性;而ICP的架构非常独立,其技术亮点的运用需要等待全新的项目。此外,ICP还没有统一的代币标准,这也为其生态发展带来了阻碍。

不过在2022年,ICP计划集成BTC和ETH、加速开发Defi资产。在集成BTC和ETH之后,每一个容器内的智能合约都会拥有BTC/ETH钱包功能,资产的跨链转移不再需要跨链桥来进行,将会开启新的资产跨链方式。可以想见,这会成为ICP与其他公链竞争的重要筹码。

4.4 团队及融资

Dfinity基金会是一个非营利性组织,成立于2016年,最早是String Labs孵化的一个项目。Dfinity总部位于瑞士,团队规模相当大,合计200多人,并且拥有豪华的技术团队,不乏来自区块链行业的顶尖科学家和来自Google、IBM等企业的资深工程师。

Dfinity在2018年2月和8月分别获得过6,100万和1.02亿美元的融资,领投方均为a16z和Polychain。Dfinity更早期应该融资过一笔~3,000万美元的款项,但没有公布,累计融资约1.95亿美元。

创始人兼首席科学家Dominic Williams是一名密码学家及企业家,也是String Lab的联创兼CTO,曾做过基于自建分布式系统的MMO游戏。

5. Ceramic:数据库存储领域中间件

Ceramic是一个专注于存储高频更新数据的去中心化网络,基于IPFS的存储网络,搭建了一个新的便于数据更新的模型,功能类似一个去中心化的数据库。21年1月测试网上线,21年6月主网上线,已有多个产品使用Ceramic作为中间件,但Ceramic还没有发布基于代币的商业模式。

5.1 核心机制

Ceramic主攻的市场是数据库存储,虽然和Filecoin/Arweave都属于云存储范畴,但是使用场景不同。

Filecoin通过为每个文件生成唯一哈希值来实现内容寻址,一旦内容发生更改就会改变哈希值,相当于生成了一份新的文件;Arweave主打永久存储,内容上链后无法改变,除非上传另一份新的内容。这样的模式对于存储音乐、图片、视频等静态文件来说没有问题,但是对于需要不断更新的数据并不合适,如用户交易订单、用户关注关系等,一旦更新就需要生成新的快照文档,大量的快照会造成数据冗余。

在Web2的成熟解决方案中,大型静态文件的存储和数据库存储也分别对应着不同的存储设计和相应产品,如在AWS的产品套件中,Amazon S3专注于大型文件存储或长期存储等场景,Amazon RDS/Dynamo DB则专注于数据库场景。在Web3中,Filecoin对标Amazon S3,Ceramic则对标Amazon的非关系型数据库Dynamo DB。

Ceramic的存储设计中有一些自己的定义,乍看之下不是很好理解,但是用数据库的逻辑就很容易明白。下图中灰色的方块组合是一个「Stream」,类似于一个对象的所有历史数据,最初的状态(Genesis Commit)和其后的每一个变化(Commit)都是IPFS上的记录,这些记录组合起来就成了Stream。由于Stream记录的是「变化」、而非结果状态的「快照」,因此需要处理这个Stream上所有的事件,来获取对象的最新记录。

来源:https://www.youtube.com/watch?v=nhjla1RaqyM

以数据库为例,Ceramic记录模式为:最初,Alice和Bob分别有10元;第二天,Alice给Bob转账5元;第三天,Bob给Alice转账3元。这也非常像区块链账本,账本不会写明每个用户的余额,需要计算所有中间过程来获得最终的用户余额。

相对地,IPFS的传统记录模式为:文件a,Alice和Bob分别有10元;文件b,Alice有5元,Bob有15元;文件c,Alice有8元,Bob有12元。在这里,每一次的记录都是一个结果状态的快照,一旦有变化就需要生成新的快照。

Ceramic通过这样的设计保证每个对象都有唯一一个Stream ID,有了全局统一的命名,不会因为内容的改变而改变名称。每一次写入,需要用户授权。用户控制。就可以理解为区块链,只不过写入的并非交易数据,而是其他数据,比如用户账户信息。

5.2 运营现状

Ceramic已经开始为不少Web3项目提供服务,包括官网提到的RabbitHole、BoardRoom、GeoWeb等,以及Cyberconnect等项目,都利用Ceramic来存储用户身份信息、可变的NFT数据等频繁更新的数据。Web3社交类项目越发展,Ceramic的需求也会越旺盛。

使用Ceramic的项目案例,来源:https://ceramic.network/

项目整体还很初期,目前产品只能提供给开发者使用,尚且没有代币经济模型作为激励层,因此项目方需要自己跑节点,或者信任IPFS上的第三方节点,还不是一个完整的去中心化协议。

Ceramic的未来发展,一方面依赖于Web3社交类项目本身的需求发展,另一方面也依赖于其激励层的设计。

5.3 团队及融资

Ceramic的开发团队为3Box,创立于2018年。CEO及联创Michael Sena曾在Consensys担任产品经理。

3Box在2019年6月获得由PlaceHolder领投的250万美元融资,在今年2月获得由Multicoin和Union Square Ventures领投的3,000万美元融资,累计融资3,250万美元。

6. Fluence:p2p开发平台及去中心化托管市场

Fluence是一个p2p应用开发平台,用于开发和运行无需中心化云服务的应用,定位类似于AWS Lambda。

6.1 核心机制

Fluence的核心开发工具是一个开源编程语言Aqua,能够让开发者便捷地开发p2p应用,来实现不同程度的去中心化网络:通过一组限定的服务器来运行软件,或者直接连接用户设备实现完全的p2p通讯。

Fluence还计划构建一个托管市场:用户可以选择由哪些节点来运行软件,并直接向节点支付,开发者从中获得部分收益。

来源:https://doc.fluence.dev/faq/

基于Aqua提供的p2p开发工具,以及去中心化的托管市场,Fluence构想了一系列应用场景,包括开发p2p通讯的社交软件、由DAO自行运行节点的应用、通过IPFS等去中心化数据源获取数据并完成计算等等。

6.2 运营现状

Fluence的应用还非常早期,没有提供完整的激励层方案,也没有相应代币。但未来如果要实现托管市场,激励层的设计也必然是重要一环。

目前官网展示的运行节点仅13个,没有展示完整的应用案例。

来源:https://dash.fluence.dev/nodes

6.3 团队及融资

Fluence团队成立于2017年,联创之一的Tom Trowbridge曾任Hedera Hashgraph的主席。

Fluence在今年2月获得Multicoin领投的900万美元人融资,投资方中还包含 Alameda Ventures、Tiger Global、Protocol Labs、Arweave Capital等机构。

7. 总结

最后,我们尝试对以上项目的应用场景和安全程度做总结。

在应用场景方面,可以看到整个IPFS在从通用型过渡到垂直专用型。相对早期的几个项目,都布局通用型存储,甚至更大的公链市场。

Protocol Labs从2014年开始创办IPFS,其后通过Filecoin作为激励层,形成完整的存储协议。按需存储的灵活性、低廉的存储价格、早期的代币激励,使之当前最大的通用型去中心化存储项目。

2016年成立的Dfinity有成为世界计算机的宏大愿景,通用存储只是其愿景的一部分,除了存储外还将包含所有软件的部署和计算。即使在公链市场,也可谓是最通用的项目。

2017年成立的Arweave主打永久存储,从场景上来看更适合存储静态的冷数据。不过Arweave的野心也不止于此,作为Web3全栈协议,也提供了Smartweave智能合约协议,希望同时承载Dapp的前后端。

近期开始活跃的项目则更专注于垂类市场,作为中间件来提供服务。2018年成立的3Box,也是Ceramic的开发团队,当前专注于开发数据库存储,基于已有的IPFS/Arweave等公共存储协议来提供数据库服务。2017年成立的Fluence则专注于提供p2p开发工具、构建去中心化托管市场,也可以搭建在已有公共数据源上提供云计算服务。这两个项目都正在拓展开发者市场,尚未发布自己的激励层。

在安全程度方面,我们重点分析有激励协议的几个早期项目

Filecoin有较大的存储隐患。Filecoin当前的经济生态并不健康,收费低廉难以覆盖存储成本,矿工的持续存储很大程度上依赖区块奖励。Filecoin预留了11亿颗FIL代币,当前只消耗掉1.3亿颗,短期内仍有相对充裕的奖励余额。而且,FIL的总量上限为20亿颗,流通量仅1.72亿颗,占比不到10%。未来当余额消耗殆尽、或代币释放造成大幅通胀,区块奖励无法补偿存储成本时,矿工有可能会大规模回撤,造成数据丢失。

Arweave的模式则比较健康。Arweave通过概率抽查的奖励来取代不断的时空证明,巧妙地解决了存储证明的问题,能够同时将证明成本和数据丢失的概率压缩到极低。Arweave的一次性收费,按当前币价和市场存储费用来看,至少能够存储上百年。而且AR当前流通量占总供应量~76%,待开采率不到3%,通胀风险小。Arweave和Filecoin的共同点在于,存储时都用平台代币支付,如果币价整体大跌至存储成本以下,也有矿工回撤的风险,但相对Filecoin来说,Arweave的风险更接近黑天鹅事件。

ICP的付费模式采用稳定币形式,几乎不受到经济环境的影响,从这一点上来说运行会更安全稳定。不过ICP的存储费用最高,每月每GB存储价格为0.47美元,Arweave则为每GB不到8美元,在Arweave上永久存储1GB数据的价格,在ICP只能存储1年多。

整体上来看,去中心化云计算的市场正在演化出不同形态,没有单一的解决方案。对照AWS来看,其满足不同层次需求的产品也是不断发展而来的,未来在Web3也可能形成各类产品满足不同需求的格局。

附录

1)云计算基础概念

AWS产品套件简介:

https://www.youtube.com/watch?v=LKStwibxbR0&list=PLv2a_5pNAko2Jl4Ks7V428ttvy-Fj4NKU

2)Filecoin

缔造 Filecoin 经济:

https://filecoin.io/zh-cn/2020-engineering-filecoins-economy-zh-cn.pdf

3)Arweave

中文版黄皮书:

https://github.com/toliuyi/arweave_notes/blob/master/arweave-yellow-paper-cn.pdf

刘毅:

https://mp.weixin.qq.com/s/rSttw02Xsq2-6IMU0_JMjw

Foresight Ventures:

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkyOTI0NTU2Mg==&mid=2247485134&idx=1&sn=ea0c0ec39546a987ecf34a7cd6c082e2&scene=21#wechat_redirect

<p

扫码关注

扫码联系