Arweave：一场永久存储的实验

作者：Can Gurel

几句话看懂 Arweave：

长处：

• Arweave 是一个企图以去中心化、抗审查的方法完结永久数据存储的协议/网络。

• 内置一种立异的经济形式——「捐献池」（endowment pool）——以支持长时间可继续发展。

• 由于永久存储和数据保管特性，Arweave 对 NFT 和 Web3 运用有更强的招引力。

• 存储价格以 AR 计价，但 Arweave 有一个无需依赖预言机的、精心规划的定价机制对立价格动摇。

• 根据上述种种，Arweave 具有更阔的运用场景如数据溯源、数据可用性、存在证明等。

缺点：

• “永久”意味着一段很长的时刻。假如用户今日付出了比其他处理方案更高的价格是由于他们提前付出了未来的存储本钱、且这些数据在未来几十年都可用，这样才有含义。

• 跟着 Arweave 的普及，它存储的数据量将呈指数级添加（现在现已到达了 8.5 TB）。虽然 Arweave 现已尽或许做出了努力（如全节点不需求同步整条链的数据），但矿工的集中化依然是一个问题。

• 「献身型挖矿」（Sacrifice Mining）或许会成一种新的根据克扣的收益方法。这里的危险在于，矿工为了进步自身取得区块奖赏的机率而上传无效数据到 Arweave 以扩展整个网络的数据规划。

• 虽然有捐献池机制（endowment pool），考虑到 Arweave 极长的项目生命周期，Arweave 或许需求再斟酌一下长时间鼓舞的可继续性。

• 永久存储的故事需求多个同时存在的复杂技能的高度配合。由于 Arweave 的处理方案仍处于起步阶段，不排除未来会不断有新技能涌现然后对 Arweave 形成威胁。作为这一范畴的前驱，Arweave 有必要意识到这个问题，并做好应对。

一场永久存储试验

Arweave 是一个令人兴奋的项目，其方针是让用户仅付出一次就能将其数据永久存储在 Arweave 上（至少 200 年）。现今的互联网，虽然数据呈指数级添加，但往往有旧数据丢失或被盗事情发生。这是由于现在简直一切数据都是中心化地存储的，而这些数据保管者的动机也许与期望拜访自有数据的用户不一致。在数字年代，永久存储将是一种未来视角下非常新颖的价值主张。从更恒远的视角来看，数据永久性将以一种人人可拜访但无人可编辑的方法保存历史真相。人类的历史将不再是胜利者的历史，每个人都能永久保存自己的数据。

Arweave 上的信息由去中心化且可继续的鼓舞规划来确保其可继续性。运用 PoW 的恒定特性，Arweave 完结了可扩展的和永久数据存储。它雄心勃勃地规划了能够承载比当今网络更大规划的数据容纳量。不过，当时的区块链并不适合存储大量数据。数据越多，全节点的同步本钱越高，这必然有悖于去中心化和可拓展性。那么 Arweave 怎样确保这一点呢？咱们先从一个小例子聊起。

PoW 链需求全节点同步一切区块以验证整个链的合法性。跟着时刻的推移，一条链上的区块会越来越多，链的数据规划会越来越大，需求占用更多的资源来维持整个链。这一般被称为状况通胀（state bloat）。因而，这必定程度上限制了全节点的数量，还下降了去中心化程度和拜访性能。

这个联系如下图所示。

https://codaprotocol.com/blog/solving-the-scalability-trilemma

许多区块链状况添加往往是被限制的，以平衡其保护本钱，如在比特币上区块巨细和时刻是强制线性添加的。但是，在 Arweave 的 case 中，咱们看到了天壤之别的添加轨道。下面是两种数据结构的比较。Arweave 上的状况数据现已比特币网络的 25 倍，但整个链依然能够存储在市面上常见的笔记本电脑上。

Arweave 的可扩展性能够由 Blockweave、Wildfire、Blockshadows 和 SPoRA 等多种技能处理，且这些技能能够共存。假如这听起来像胡说八道，别忧虑。在本文中，咱们会从顶层规划出发讲述他们，而不是逐一吃透。

Blockweave（简称 Weave）是与 Arweave 类似的区块链数据结构。它与传统的区块链不同，Blockweave 不需每个节点同步整个链。无论 Weave 的网络有多大，矿工们仅需下载部分区块就能够当即开始挖矿。这下降了达成一致的门槛，但新的问题是，怎么确保网络账本不会由于矿工作恶产生分叉？

根据 Weave 的技能，每个区块将通过密码学算法从前序区块中随机挑选区块验证数据（recall chunk）。这意味着随机被选中的历史数据将参加新区块的产生。在这种机制下，为了取得出块奖赏，矿工不只要赢得 PoW 哈希率竞赛，而且还要确保历史数据的随时可用。新的挖矿游戏是这样的：

Probability （win reward） = Probability （has old data）  x  Probability （finds hash first）

赢得区块奖赏的概率 = 具有历史数据的概率 x 第一个找到 hash 的概率

由于存储本钱比算力本钱低，所以矿工们自然会在优化算力硬件之前优化他存储硬件，这直接导致整个网络倾向存储而非核算。在未来，假如 weave 变得很巨大（这究竟是他们的初衷）、无法由任何单一矿工保护，那么其他矿工将主动寻找还没有被复制得很广泛的“稀有”块，然后有效地运用它们的算力。这种鼓舞机制正是 Arweave 的核心，这确保了无论 Weave 网络变得多么巨大，每一个区块的数据都会被某个矿工保存到某处。因而，从实质上来说，矿工不需求根据 Weave 网络的规划来扩展他们的存储设备，由于他们能够只存储整个网络的一部分。

这种机制被称为“拜访证明”（Proof of Access，“PoA”，不是 Proof of Authority 的 PoA）。PoA 确实能够确保矿工存储了网络数据，但矿工也能够运用长途服务器以下降本钱，而服务器都是中心化的，这不可防止地有悖于去中心化理念。团队承认了这一点，并随后将一致晋级成了「SPoRA」（Succinct Proofs of Random Access，随机拜访的简练证明）。SPoRA 通过加强数据检索速度在区块奖赏中的权重来遏制矿工运用比如 AWS、谷歌云等云服务器存储数据，如此一来，运用本地硬件参加网络的矿工将取得更高的鼓舞。简言之，SPoRA 的出台不是为了防止矿工的集中，而是为了防止存储资源的集中。现在商场对 SPoRA 的观点是积极的，且网络资源现已自 2021 年 2 月起现已切实有了改变。话虽如此，SPoRA 的安全性和触及更大规划数据时的同步效率还有待考证。

SPoRA 是首个鼓舞存储资源去中心化的矿业试验之一。相比纵容中心化存储的对手，这便是立异。

永久存储的经济规划试验

除了网络一致和数据存储，Arweave 的通证经济关于整个网络能否（在抱负情况下）长时间自主运作至关重要。Arweave 采用了一种新的商业形式，用户只需付费一次就能够将其数据永久存储在 Arweave 上。Arweave 经济的根底规划很扎手，由于:

1. 用户以法币购买网络资源，而网络内的价值则以 AR 捕获。

2. 与其他链不同，矿工体会问题从未很快得到处理。事实上，这些问题从未得到处理。

鉴于上述原因，Arweave 网络有必要确保矿工有满足的盈利空间。假如赢利空间变薄、导致矿工。为了一个健康的网络，有必要很好地预估本钱、平衡矿工收益。

存储本钱

Arweave 的一次性付费形式是根据整个网络不断下降的存储本钱的。根据已有资料，全球网络的数据存储本钱正在跟着时刻的推移显著下降。如下图所示，近 50 年来，数据存储本钱正以年均 30.57% 的速度下降。

https://www.arweave.org/yellow-paper.pdf

更重要的是，由于存储技能仍远未到达理论上限的技能瓶颈，这种逐年下降的趋势仍将连续。假如咱们把 Arweave 网络的一切本钱无量相加，这种能够预见的本钱下降意味着永久存储的本钱边沿是能够预见的。下面，我将用最简单的方法讲解 Arweave 怎么核算永久存储的本钱。

首先，Arweave 根据市面上不同容量和规格的硬盘价格预估了在硬盘上存储 1GB 数据 1 小时的价格。接下来，它根据这个初始价格，保守估计了未来的存储本钱，即，假定存储本钱的年平均降幅为 0.5% 而不是 30.57%，再将一切未来本钱加起来，Arweave 就能够得出未来本钱的鸿沟，这便是假定的矿工永久存储本钱。这个本钱构成了一切用户端费用的根底。上述本钱将跟着商场价格定期从头核算。

矿工收入方法

矿工们在 Arweave 中有两个收入来历:

1. 网络手续费

2. 区块奖赏

区块奖赏遵循算法规划呈下降趋势，不受外部要素的影响。手续费首要来历于用户的一次性付费，每一笔用户付费中至多有 14% 会直接分给矿工，并加入流转量。

另一部分（~86%）将进入捐献池（endowment pool ），以支持 Arweave 上的数据运维。当矿工无法掩盖其挖矿本钱时，捐献池就会发放补助给矿工。不然捐献池内的资金只会无限堆集，以备不时之需。因而，捐献池中的通证是长时刻不流转的。现在，捐献池中约有 50 万美元的 AR。跟着捐献池中 AR 的堆集，捐献池补助或许会超越区块奖赏。这个通证经济试验如下图所示：

永久存储试验的目的是确保链上数据总是有满足的备份然后防止有数据丢失。而想要完结这一点就要让矿工有满足赢利。如图所示，矿工赢利漏斗必定不能为空。

需求留意的是，上图的份额并不能精确反映手续费的分红。现在，买卖费用收入只占矿工总收入很小的一部分（<0.1%）。同样，捐献池中堆集的费用也小于流转量的 0.1%。

抗动摇机制

当 AR 价格上涨 10 倍时，怎么防止存储本钱添加 10 倍？反之，当 AR 价格下降时，Arweave 该怎么鼓舞矿工？

为了处理上述问题，Arweave 规划了一个以 AR/MB 为单位动态存储价格调整模型。该模型运用挖矿难度而非预言机价格作为价格调整根据。原理如下：

  当 AR 价格下降时，矿工赢利空间变薄，矿工或许会脱离网络。此时，Arweave 会使必定程度上下降哈希率和挖矿难度，直接添加矿工收益；

  反之，当 AR 价格上升时，矿工变多，Arweave 就会添加哈希率和挖矿难度，直接下降矿工收益。

比起单纯地依赖预言机，这个模型通过调整挖矿难度和矿工收益抵消价格动摇，然后完结了对法币稳定性。假如 AR 下跌，该模型将添加 AR/MB 的一次性付费价格；反之亦然。这一机制虽然无法阻止 AR 价格的动摇，但长时间来说是优秀的抗动摇机制。

如下图所示：

用户引导

Arweave 上的大多数数据交互都发生在运用层，也便是「永久互联网」（permaweb）。望文生义，永久互联网是普通互联网的永久版别。现在，永久互联网上现已运转着数百个网站和运用程序。用户不需求区块浏览器，只是运用传统浏览器就可拜访这些网站和运用。但是，用户数据的每次写入（上传 Dapp、文件、URL 等等）需求运用 Arweave 钱包付出手续费。好在新用户能够在创建钱包后转发一个 Arweave 推特完结验证，然后取得 Arweave 水龙头免费发放的初始 AR。

作为 Arweave 运用渠道，Permaweb 关于开发者构建顶层运用有必定原生优势，如永久数据存储、数据可用性、数据完好性、数据合法性、抗审查性、可拜访性、防篡改性。这为 Arweave 招引各式各样的运用和用户打好了根底，如 DeFi、研究者、律师、记者、政府机构等。

现在，permaweb 保管着数百个集成了这些优秀特性的一个或多个的 DApps。以下是其间的佼佼者:

• ArDrive – 永久存储的去中心化百度云

• Weave mail – 永久存储邮箱软件

• Verto.exchange – 为利益同享型通证而生的去中心化买卖所

• Koi.rocks – 看展能够取得奖赏的虚拟NFT画廊

• Pianity – 音乐 NFT 渠道

此外，Permaweb 上的运用大多运用干流编程言语如 HTML、JavaScript 和 CSS 来完结，无需开发者从头学习区块链编程言语。

利益同享社区

利益同享社区（Profit Sharing Communities）是 Arweave 推出的一种旨在激活开发者社区活力的新型社区形式。在这种社区中，开发者和创始人们能够通过 PST（Profit Sharing Tokens ）完结新的变现方法。开发者能够挑选是否在自己的运用中添加利益同享机制，添加之后，用户在这个运用上的每次 tx 消耗都将转化为 AR 小费。AR 小费积攒到必定数量，就会按 PST 持有份额分给一切持有者。PST 能够在买卖所生意。

利益同享方案现已在 permaweb 上孵化了上百个项目并极大促进了全球开发者对 Arweave 的需求，这无疑也是长时间有利于整个存储网络成长的。

献身型挖矿

Arweave 网络的一个重要添加来历于「献身型挖矿」（Sacrifice Mining）。促进这个行为的需求不只源于数据提供方，同时也源于数据需求方。在了解献身型挖矿之前，咱们先回忆一下矿工是怎么取得奖赏的。正如前文所说，矿工需求尽或许添加他们的存储空间和算力来添加他们赢得区块奖赏的时机。而当一个矿工存储的数据备份相对稀有的时分，他还能够在这份竞赛中取得加权。

最近，Arweave 团队发现矿工中存在一种做弊行为，即矿工仅上传数据而不与其他矿工共享这份数据。这样做能够运用数据稀有性进步他们获取区块奖赏的概率。固然，他们需求“献身”（花费）一部分 AR 去上传这份数据。这便是“献身型挖矿”一名的由来。不过，这些数据并不具备生产性，只是单纯地扩展网络规划。矿工的收益依赖许多要素，但最首要的要素显然是 AR 的价格。所以，Arweave 很难对这种行为一刀切，但同时也不期望矿工们只是为了自己的利益就用废物数据无谓扩展网络规划。

重要的是，blockweave 的机制不允许任何矿工长时间囤积数据。每个新区块产生的时分，矿工都有必要共享他们藏着掖着的数据。在一群人看来，这意味着献身型挖矿的潜在报答是时间短的；但在另一群人看来，这也意味着矿工能够继续给网络塞废物数据，只不过只能藏一小段时刻，但依然有获利的或许。理论上，矿工很有或许会继续这样做，直到概率调整后区块奖赏的边沿收益低于上传废物数据的费用。这或许需求很长时刻，Arweave 也不得不继续接受废物数据；而此行为关于抬升 AR 的价格毫无含义，由于矿工能够用自己赚取的 AR 来做这件事。在咱们看来，“献身型挖矿”这个名字依然过于纵容这件实质不过是矿工内卷的事。

Arweave 与 NFT

虽然 NFT 存在于链上，但它们一般承载着“链下财物（如数字艺术品、音频/视频文件、GIF、活动门票等）”的价值，由于想把这些文件完好存储上链的本钱非常昂扬。@RealAllenHena 一条推文清楚地说明了当时干流 NFT 渠道的存储处理方案。由此可见，现在干流方案依然是通过 IPFS 或图床 URL 链接在通证和财物之间树立联络的。

虽然 IPFS 确实是一种较为盛行的分布式存储处理方案，且具有必定抗审查性，但 IPFS 并不能确保其数据的永久性。各个保存文件的关键节点并没有必要的理由来永久保存这份文件。因而，无论是在中心化服务器上、还是在 IPFS 上，数据财物的存储时刻都依赖于保管者的仁慈。在 IPFS 上，假如邻近无节点呼应，你或许连接不上、或永久丢失这份文件；而假如托付给图床，一旦无人运维，URL 链接也或许会失效。

此外，在 IPFS 上查找内容或许需求数分钟。这关于某些 NFT 产品的运用体会来说不太抱负。Mintbase 是最早在 Arweave 上存储 NFT 元数据的渠道之一。根据 Arweave 的优秀特性，Arweave 或许会招引越来越多的 NFT 渠道、艺术家和相关开发者入驻。

加密职业的脊柱

正有越来越多的项目正在运用 Arweave 存储加密职业有关的数据，其间不乏 DeFi 范畴的杰出用例：Uniswap 和 Compound 现已把前端程序整个寄存到了 Arweave 上。

关于单机状况的早期区块链（standalone blockchains）来说，Permaweb 也不是不错的状况数据存储挑选。例如，著名公链 Solana 就曾和第三方开发者协作以把 SOLAR 桥上的买卖都存储到 Arweave 上去，以完结永久、去中心化的状况数据存储。像这样把源码或状况数据放到 Arweave 上的项目和团队还有很多，在此不再赘述。

限制性

固然，Arweave 及其生态有必定的限制性。

首先，Arweave 无意从价格层面去和头部中心化云（如 AWS、谷歌云、Azure 等）或去中心化云（Filecoin、Sia、Storj 等）争夺商场。Arweave 有其共同的价值主张——一种根据经济、博弈论、鼓舞的去中心化永久存储根底设施。Arweave 毫不避忌它在价格和价值之间的取舍。事实上，正如前文所言，Arweave 的本钱核算模型是非常保守的，并未采用业界 30.57% 的存储本钱衰减率、而是以 0.5% 的衰减率去核算的。好在总体来说，存储服务都是便宜的。此外，由于现在有区块补助掩盖大部分本钱，用户得以从中受惠。Arweave 现下的数据存储本钱往往低于 0.004 美元 /MB。

其次，假如没有新的上层协议，permaweb 关于实时用户交互体会来说并不抱负。一次操作或许要等待几分钟。在博客或网站这种体会或许能够忍受，但关于更多其他运用来说显现是不合理的。

另一个较为严峻的限制是数据检索速度。一般情况下，用户是通过网关接入网络的，而不是直连矿工节点。网关的首要作用是为用户检索全网、获取特定数据。虽然 Arweave 鼓舞矿工节点彼此存储和同享数据，但 Arweave 和每个用户家里的网关并无直接鼓舞联系，网关也不能确保用户能够快速、高效地获取矿工节点中的数据。因而，Arweave 最近推出了一个新的一致协议 Amplify 以补偿这部分的缺乏。

最后，Arweave 的 permaweb 不具备隐私性，一切数据都永久揭露、可直接拜访，不适合寄存个人数据或一些敏感数据。

结论

很多人或许不知道， Internet Archive 是现在全球排名第 209 位的网站，在 2018 年时就存储了超越 40 pd 的数据（> 13 万台笔记本电脑）。而 permaweb 的功能远远超出了单纯的数据归档。由于构建于其上的运用层，Permaweb 具有更多或许，如 NFT 存储 / NFT 买卖、流量变现、交互变现等等远远超出幻想的场景。而现在的 Arweave 尚处于襁褓时期，存储于其上的数据仅有 8.5 TB。捐献池中的资金已到达 50 万美元，但这依然不到流转量的 0.1%。

正如前文所说，Arweave 不会通过价格争夺商场，由于用户需求为未来预支费用。假如 Arweave 想要完结其主张的永久存储，问题的实质只有一个：“假如我为未来付出了费用，Arweave 能确保我在未来几十年乃至几个世纪运用我的数据吗？”但现在很难得出答案，由于有太多的未知数。Weave 网络会有多大？多大才算大？矿工会逐步中心化吗？会不会 AWS 的更贵版别的智商税？网络鼓舞规划是否可继续？关于上述种种，咱们只得拭目以待。

话虽如此，Arweave 当下的方针是成为一个风趣的运用（特别是对 NFT 而言），而很多的商场正面反馈是众所周知的。究竟，大量的 NFT 数据都需求长时间存储在某个当地。Arweave 开发团队也现已提出了 SPoRA 这样一个通过深思熟虑的立异机制，企图应对长时间挑战。SPoRA 的面世让咱们看到了他们企图使网络更健壮的调整和努力。这是一件功德，由于“完结永久存储”和“承诺永久存储”有着实质上的不同。

视野开拓

如同任何形式的教育一样，学习技术也需要付出很长的时间，学习的过程中肯定也会出现这样那样的错误。正如现代汽车集团一位质量控制经理所说的那样，技术进步的秘诀就在于“不在很长一段时间内重复同样的错误”。-《成與敗》