瑪吉@Foresight Ventures



重要見解

  • 爲了實現Web3應用程序的完全去中心化，我們需要在數據可用性（區塊鏈可擴展性）、去中心化文件系統、去中心化數據庫和去中心化計算四個方面進行技術進步。

  • 數據檢索速度、激勵模型和通證經濟以及數據可用性的保證算法是決定文件/數據庫存儲協議是否被廣泛使用的關鍵因素。

  • 改進去中心化文件系統和數據庫協議的主要重點是減少檢索時間。

  • 數據可用性層是擴展區塊鏈的一種有前途且重要的方法。 Celestia的技術仍需市場驗證，未來ETH和Celestia可能在技術上趨同

Web2 和 Web3 應用程序的應用程序架構。

與通常由前端、後端和帶有數據庫和文件系統的數據層組成的 Web2 應用程序相比，Web3 DApp 可以更簡單，因爲它們只需要一個前端和一個同時充當後端和數據庫的智能合約。



但是，由於這些 DApp 缺乏存儲文件的文件系統，因此它們的前端頁面、圖片和其他文件仍然託管在中心化服務器上​​。爲了實現完全去中心化，開發人員現在使用去中心化文件系統來存儲 DApp 所需的文件，包括前端頁面、NFT 元數據和圖像。



爲了提高結構化數據存儲和後端計算能力，我們利用數據可用性技術來擴展區塊鏈。此外，還出現了兩類產品：去中心化數據庫和去中心化計算。

通過利用區塊鏈，開發人員可以存儲與 DApp 相關的財務數據和其他關鍵信息。另一方面，去中心化數據庫可用於存儲結構化數據，例如 NFT 元數據、DAO 投票數據、DEX 訂單簿、社交數據等。此外，去中心化計算有助於擴展後端。



總體而言，要構建完全去中心化、靈活且豐富的 Web3 DApp，需要四種類型的產品和技術進步。

  1. 去中心化文件系統：存儲DApp前端網頁、NFT圖片、視頻等Dapp文件。

  2. 去中心化數據庫：存儲 NFT 元數據、DAO 投票和 DEX 訂單簿等結構化數據。

  3. 數據可用性：擴展區塊鏈併爲 DApp 存儲財務和重要數據。

  4. 去中心化計算工具：擴展 DApp 的後端。



1. 去中心化文件系統

去中心化文件存儲替代中心化存儲，有利於無服務器DApp的實現。 DApp 對去中心化文件系統的需求正在增長，並將成爲 Web3 技術堆棧的重要組成部分。

與使用中心化存儲相比，去中心化存儲的主要優點是去除可信第三方、增加冗餘、消除單點故障風險以及更便宜的成本。



根據 Messari 的統計，排名前 4 名的去中心化文件存儲協議的市值接近 16 億美元，比 94 億美元下降了 83%。總存儲容量超過 1,700 萬太字節 (TB)，同比增長 2%，已用存儲容量 532,500 TB，同比增長 1280%。



我們先來看看幾個熱門的去中心化存儲項目的現狀。與 AWS 相比，使用所有這些去中心化存儲協議存儲數據要便宜得多。雖然 AWS 的收費約爲 23 美元/TB/月，但這些去中心化存儲協議的價格從 0.0002 美元到 20 美元/TB/月不等。

  • IPFS：IPFS 是目前使用最廣泛的用於存儲 NFT 圖像和元數據的協議。它非常適合存儲經常訪問或“熱”的數據。然而，IPFS 沒有任何內置方法來激勵存儲、證明數據存儲正確或像區塊鏈那樣在參與者之間建立協議。這意味着如果數據僅存儲在 IPFS 上，則存在丟失數據的風險。例如，Infura 的 IPFS 服務會刪除六個月內未訪問的數據。因此，如果您想讓數據長期可用，最好運行自己的 IPFS 節點。

  • Filecoin：Filecoin提供較低的存儲成本，主要用於存儲“冷”數據，例如檔案數據。 Filecoin沒有內置的數據檢索收費機制，一些礦工接受低質量的數據來賺取獎勵，但拒絕爲數據檢索提供便利。 Filecoin 社區正在積極解決這一問題，並採取措施提高存儲數據的整體質量。

  • Arweave：Arweave 的永久存儲理念對於存儲 DApp 數據很受歡迎。生態系統發展良好，有使用Arweave存儲數據庫文件的去中心化數據庫系統，也有基於Arweave的第二層可擴展性解決方案。在Arweave中，價格不考慮帶寬，有些節點只提供存儲服務，不提供檢索服務。

  • Swarm：Swarm 中的存儲和檢索都會收取帶寬費用。該系統高度去中心化，對節點帶寬要求較高。

  • StorJ：StorJ與其他協議不同，它是部分去中心化的並且具有良好的檢索速度。已被證明對於大型視頻文件共享有效。

  • Sia：Skynet Labs，由於缺乏新的資金而關閉，這也導致了 Sia 使用量的下降。



我們主要根據三個因素評估去中心化文件存儲協議的可用性：

  1. 數據檢索速度。它至關重要，因爲它決定了存儲系統響應DApp請求的效率，直接影響DApp的用戶體驗。可能影響數據檢索速度的因素包括：數據查詢是否收費、節點去中心化程度、節點質量、數據轉發邏輯、加速查詢的CDN等設施。

  2. 激勵模型和代幣經濟學。激勵模型和代幣經濟影響存儲節點的參與，影響他們的行爲。目前主流的定價模式是存儲費+帶寬費，即用戶存儲數據時需要支付存儲費，訪問數據時需要支付帶寬費。如果數據查詢是免費的，節點往往缺乏提供它們的動力。此外，激勵模型和代幣經濟會影響礦工的收入，從而影響節點數量和服務的存儲容量。

  3. 數據可用性保證算法。它是一種用於去中心化網絡的算法，用於確保數據的持續可用性和節點提供適當的服務。目前，最廣泛使用的方法是隨機訪問證明。



總的來說，我們相信，

  1. 利用去中心化存儲協議的產品和服務仍處於早期階段。

  2. 改進存儲協議的主要重點是減少檢索時間。

  3. 數據檢索速度、激勵模型和通證經濟、數據可用性的保證算法是決定協議是否被廣泛使用的關鍵因素。



2. 去中心化數據庫

數據庫在應用中得到廣泛應用，去中心化數據庫是DApp實現完全去中心化的關鍵技術。

去中心化數據庫可以替代中心化數據庫來存儲DApp所需的結構化熱點數據，例如NFT元數據、DAO投票、DEX訂單簿、社交媒體數據等。



去中心化數據庫項目有很多，特別是近兩年涌現了幾個創新項目。

  • Ceramic：Ceramic是一個2019年啓動的項目。數據以流爲單位進行存儲和管理，並在流中添加格式化的事件日誌。日誌將被製作成文件並上傳到IPFS。提供 GraphQL API 查詢。 Ceramic沒有像IPFS那樣的激勵模型，支持數據創建、讀取和更新（CRU）。

  • OrbitDB：OrbitDB 是一個比 Ceramic 更早的項目，也使用 IPFS 文件系統進行文件存儲。它支持NoSQL數據庫和文件的存儲。

  • Tableland：該項目於2022年啓動，目前處於公開測試階段。 Tableland的生產版本將於2023年發佈。數據存儲需要使用智能合約，智能合約定義SQL語句並設置使用權限。讀取數據是在鏈外進行的，不需要付費。目前該合約已部署在ETH、OP等L2上。

  • Polybase：該項目現已在測試網絡上運行。它是一個NoSQL數據庫，支持CRUD操作，每次操作都會產生費用。此外，Polybase 還支持各種文件系統來存儲數據庫文件，包括本地磁盤、IPFS、Filecoin、Polystore 甚至 AWS S3。 Polybase還利用支付通道進行數據查詢支付，降低了鏈上交易的頻率，避免了支付帶來的查詢延遲。

  • Web3Q：也稱爲 EthStorage。項目於 2022 年啓動。測試網已上線。提出了一種新的 URL 模式 Web//訪問協議用於訪問數據

  • Kwill：Kwill是一個基於Arweave的SQL數據庫系統，使用智能合約進行支付。

  • KYVE：KYVE是一個基於Arwave的數據庫系統。

從技術角度來說：

  • SQL和NoSQL都可以用作數據庫。 SQL的數據結構要求高一致性，對聯合查詢有更強的支持，使其更加成熟和高效。 NoSQL的KV格式更適合以太坊的設計模式，支持豐富的數據類型，並且靈活且易於擴展。

  • 從功能上來說，最好的選擇是支持CRUD，但支持UD會增加系統的複雜性。如果系統使用本地存儲，可能不支持歷史值查詢。如果使用IPFS和Arweave作爲文件系統，數據庫需要是append-only的，否則，同一數據將會有多個版本，存儲成本增加一倍。

  • 在選擇底層文件系統時，有兩種選擇：1）將數據庫文件存儲在IPFS、Arweave等去中心化文件系統中； 2）將它們存儲在本地節點或S3雲中。如果去中心化數據庫項目需要定製檢索邏輯或優化，使用本地存儲或S3是更靈活的方法。



總的來說，我們相信，

  1. 去中心化數據庫領域非常值得關注，需求迫切，但尚未出現被廣泛接受和使用的產品。

  2. 去中心化數據庫的成熟度低於去中心化文件存儲系統。去中心化數據庫技術基於去中心化文件系統，許多項目將於 2022 年啓動。

  3. 主要關注提高存儲數據檢索速度、激勵模型和通證經濟以及數據可用性的保證算法，是決定協議能否被廣泛使用的關鍵因素。協議將致力於減少檢索時間。





3. 數據可用性

正如以太坊和 Celestia 網站上所闡述的那樣，數據可用性的概念有別於去中心化文件系統和數據庫。

  • 以太坊：數據可用性是保證區塊提議者發佈了一個區塊的所有交易數據，並且該交易數據可供其他網絡參與者使用。

  • Celestia：數據可用性關注的是最新區塊中發佈的數據是否可用。

而去中心化文件系統和數據庫主要保證用戶存儲的數據可用，但並不專門解決交易數據。





目前，有幾個數據可用性項目，包括：

  1. 以太坊。 ETH 充當 Layer 2 Rollup 的 DA（數據可用性）層。

  2. 塞拉斯蒂婭。 Celestia 是專門設計的 DA 層，僅處理數據可用性，不執行事務。引發了2022年模塊化區塊鏈的潮流。

  3. EigenDA 和其他 DA 產品。通過委員會確保數據的可用性。



以太坊

ETH Layer 2 創建並提交批量交易到以太坊網絡，並將數據存儲在 Layer 1 的以太坊智能合約中。這保證了 L2 交易數據通過 ETH 網絡的可用性。

儘管 Rollup 可以通過鏈下計算擴展 ETH 的吞吐量，但其容量受到 L1 ETH 區塊鏈數據吞吐量的限制。因此，以太坊需要增加其數據存儲和處理能力。



爲了擴大以太坊的 DA 容量，Danksharding 已被納入 ETH 的路線圖，並被認爲是當前最重要和最緊急的更新之一。

Danksharding是一種分片設計，數據可用性被委託給每個分片，每個驗證者只需要爲自己的分片運行一個完整的節點，同時以輕客戶端容量運行其他分片。

Proto-danksharding（EIP-4844）是 Dankshading 的初步實現，預計將於 2023 年下半年實現。它引入了通過交易掛載在 ETH 上的鏈下存儲的數據 blob，以及預編譯的代碼用於驗證 Blob。每個 blob 大小約爲 125kB，而一個塊只有 90kB。目前，每個塊最多可以掛載 8 個 blob，從而產生 1MB 的額外存儲空間。在Proto-danksharding中，數據沒有被分片，驗證器仍然需要下載並直接驗證所有Blob數據的可用性。實施EIP4844後，在相同gas消耗的情況下，Blob可以比Calldata存儲多10倍的數據。 Rollup的數據未來可以存儲在Blob中，從而降低一個數量級的交易費用。一旦完全實施，Danksharding 將變得更加便宜。

綜上所述，Danksharding可以提高以太坊的數據存儲能力，降低ETH用作DA的成本，成爲更強大的DA層。



塞拉斯蒂婭

Celestia 是一個最小的區塊鏈，僅訂購和發佈交易，但不執行它們。通過解耦共識層和應用程序執行層，Celestia 模塊化了區塊鏈技術堆棧，併爲去中心化應用程序構建者釋放了新的可能性。

  • Celestia負責DA層，ETH處理共識和結算，應用鏈負責執行。

  • Celestia 負責 DA 層和共識層，而結算和執行則由應用鏈負責。或者，結算可以使用 Cevmos，執行仍然由應用鏈負責。



Celestia 集成了二維 Reed-Solomon 編碼方案，並設計了隨機採樣方案來驗證數據的可用性並恢復數據，類似於 ETH 使用的驗證方法。

而且 Celestia 與 ETH 也有顯着的區別。

  • Celestia專注於DA層和共識層，而ETH也充當Rollups的結算層

  • Celestia沒有圖靈完備的智能合約虛擬機，因此不支持智能合約。

  • Celestia 的主權 Rollup 可以分叉成多個鏈，而 ETH 的 Rollup 則不能。

  • Celestia 沒有智能合約，具有主權彙總的橋樑將主要促進 DA 層代幣的移動。



Celestia 的生態系統正在快速發展。



鏈下DA

鏈下DA主要包括

  • 數據可用性委員會 (DAC) 是提供或證明數據可用性的受信任方。一些 validiums 也使用 DAC。

  • 權益證明數據可用性委員會比常規 DAC 安全得多，因爲它們直接激勵誠實行爲。在這裏，任何人都可以成爲驗證者並在鏈外存儲數據。然而，他們必須提供“保證金”，並將其存入智能合約中。



數據可用性產品概述。

  • ETH：ETH 目前充當 L2 Optimistic Rollup 和 zk Rollup 的數據可用性層。 EIP4844（Proto-Danksharding）的採用將爲 L2 提供額外的好處。雖然 ETH 的存儲容量可能不如 Celestia 大，但一旦 Danksharding 全面實施，就可以與 Celestia 相媲美。

  • Celestia：Celestia 旨在充當共識和數據可用性層。 Celestia測試網於2022年6月上線，其創新的模塊化設計使其自2022年以來越來越受歡迎。Celestia需要建立自己的生態系統，並與以太坊處於競爭關係。許多項目都是建立在 Celestia 之上的。

  • Avail：Avail 最初由 Polygon 於 2022 年 6 月推出。然而，隨着創始人離開 Polygon，Avail 已成爲一個獨立的模塊化區塊鏈項目，併發布了測試網。 Avail 是一個獨立的共識層和 DA 層，就像 Celestia 一樣。 Avail 主網計劃橋接到 Polygon 並使用 MATIC 作爲基礎貨幣。與 Celestia 代幣相比，MATIC 是一個更成熟的代幣。

  • EigenDA：EigenDA 是一個基於以太坊的 DA 層，它激勵驗證者通過 ETH 重新抵押來維護網絡，從而消除了像 Celestia 那樣的啓動負擔。

  • 其他鏈下 DA：Validium 使用鏈下存儲來實現數據可用性，使用以太坊進行共識和結算，使用 Validium rollup 來執行。隨着 Celestia 和 Danksharding 的廣泛採用，Validium 可能會被淘汰。



總之，我們認爲，

  • 數據可用性層是擴展區塊鏈的一種有前途且重要的方法。

  • 目前的DA產品各有優勢，都值得持續關注。

  • Celestia的技術還需要市場的驗證，未來ETH和Celestia也可能在技術上趨同。



4. 去中心化計算

儘管我們觀察到了一些去中心化計算項目，但我們認爲去中心化計算的發展仍處於初級階段。該領域面臨的主要挑戰之一是驗證計算的準確性。



更多解釋

完全去中心化並不總是必要的。目前，可用的 DApp 架構主要分爲三種類型。在需要高性能和涉及任意複雜計算的情況下，集中式服務可能是有益的。



看來有些人可能對共識層和結算層的區別還沒有完全理解。爲了清楚起見，我將以以太坊的 ZK Rollup 爲例詳細闡述區塊鏈中的四個功能。

  1. 交易在第 2 層發生後，它們會被提交給排序器，排序器會對它們進行批處理和彙總，然後再將它們提交到 ETH 區塊鏈上的智能合約。隨着 Rollup 添加到 ETH 鏈上，交易順序的共識得到確認，ETH 成爲 Rollup 的共識層。由於 Layer 2 交易存儲在 ETH 區塊鏈上，因此 ETH 也充當 Layer 2 的 DA（數據可用性）層。

  2. 第 2 層節點執行交易，改變第 2 層的全局狀態，並生成零知識證明。第 2 層充當執行層。

  3. 第 2 層將 ZKP 提交給 ETH，由 ETH 合約驗證其有效性。一旦證明被接受，第 2 層的新狀態就得到確認。 ETH 作爲 Layer 2 zk rollup 的結算層。



還有其他類型的數據相關項目，例如：

  1. 專注於索引鏈上數據的項目，例如 The Graph 和 Space and Time，或索引 IPFS 數據，例如 Filecoin Indexer。

  2. DNS 網絡，包括 LivePeer、Meson Network、Media.network 等。

  3. 存儲節點聲譽市場，如 Filgram、Filrep 和 Cidgravity，以及 UI/UX 示例，如 Web3.storage 和 NFT.storage。

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