Arweave—不仅仅是存储这么简单

项目简介

Arweave 是个非典型或非主流方向的区块链项目，我们之前对其一无所知，稍有了解的人，可能也就是把它看作是众多类似 Filecoin 的去中心化存储项目之一。所以也造成了之前我们对Arweave的一些忽视，今天就好好的把整个项目重新再认识一下。

Arweave 协议的愿景是提供去中心化、可扩展和永久的链上数据存储（永存）；就像以太坊被认为是世界计算机，Arweave 可以被认为是永远不会忘记的世界硬盘。

创始人

Arweave创始人兼CEO—Sam Williams是去中心化爱好者，在分布式系统设计和实施方面具有丰富的经验。英国人，黑客，博士，目前推特关注者15K。

先简单了解Filecoin的方案

Filecoin是去中心化存储赛道最知名的项目，我们聊Arweave肯定免不了先来了解下Filecoin。

首先，我们知道，Protocol Labs开创的IPFS 是去中心化存储领域的开创者 ，从 2014 年上线开始，自由生长，已经存储了大量的数据。但是要让 IPFS 成为商业可用的存储系统，而不是随意的数据分享平台，必须提供服务质量保障 ，这就是 Filecoin 要解决的问题，即 IPFS 的经济激励层。

Filecoin 遵循 AWS 和其他云服务供应商的做法：基于合约的存储，即付即用模式。

Filecoin 协议构建了两个市场：数据存储市场和数据提取市场。

整个服务的流程大致是这样的：有存储需求的用户到数据存储市场申明自己的需求：我要存多少大小的数据，要求有多少个副本，存储多少天。市场中的存储服务商 （存储矿工） 对这项存储需求报价，用户接受报价就跟矿工签订合同，支付费用。当用户需要使用数据时，就到数据提取市场提出申请；再由提取矿工给出报价，满足数据访问需求。

为此Filecoin 设计了 复制证明 （PoRe）来解决矿工需要提供存储了用户数据的密码学证明（证明是这位矿工在给这位客户提供存储空间存储着客户的数据）；又设计了时空证明 （PoTS） 和采用质押机制解决在合同有效期内，协议要持续检查矿工如约保存了数据这个问题（如果违约，矿工要遭受罚款），最后用经济模型来激励矿工存储数据，让已存储数据的容量比空闲的容量赚取的更多增发奖励（同时需要防止矿工注水垃圾数据骗取增发奖励）。

不得不说，Filecoin 构建了一个比较复杂的技术架构加经济博弈系统，所以不可避免的，带来了一些不良后果。

首先是系统复杂性高 ，矿工除了承担必要的采购硬件存储成本，还要承担高昂的证明成本（时空证明的计算服务器）和质押 Filecoin 损失的机会成本。所以看到Filecoin的矿工为了规模效应能赚到钱，基本都要花几百万搭建起一个小型数据中心，这样就带来挖矿成本高的劣势，那就势必造成了 Filecoin 系统的存储服务价格比目前中心化的方案（AWS、阿里云）高很多。

此外，验证真实用户也是个微妙的问题，验证太严会影响用户使用体验，太宽则不能阻止矿工伪装成用户，验证就失去了意义，其间的平衡很难掌握。关于这点也咨询过黄老师，确实是目前大部分存储空间基本都是有矿工自己在冒充用户存进去，真实用户还是太少。

还有最后一点，Filecoin 协议将存储和提取分为两个市场，因此建立了两套激励机制和定价机制 ，而且还导致用户的数据访问权得不到保障。比如说我通过 Filecoin 存储了重要数据，支付了一定量的存储费用。后续我如果要访问该数据，还要根据提取市场的行情支付费用（这就很反人性，不是一个好的商业模式）

随着市场规模变大，如果提取市场价格很高，相当于数据被矿工挟持，用户面临要么支付高价，要么就只能迁移数据到中心化服务器的解决方案，这对企业级用户来说是一个灾难。

亚马逊云或阿里云，建造数据中心的成本远远低于市场（凭借巨量的采购规模降低硬件采购成本+数据中心的电费+网络宽带费成本），而且他们不需要在网络中证明、验证和抵押大量的代币造成带来机会成本；云服务厂商和客户之间签订的是法律合同 ，法律保证了客户的访问权和追索权。

以上的种种，导致目前filecoin这套去中心化的存储方案成本和商业模式都无法同中心化云存储方案竞争。

Arweave机制简单介绍

那么我们再来看看Arweave作为新协议是怎么来破局的，只有了解了Filecoin 的重和复杂，才能理解Arweave的轻和简洁。

首先说一下，Arweave是一套完整的去中心化存储协议，不是基于 IPFS的，有自己的底层架构和经济激励层。之前我们知道Filecoin设计一套复制证明（PoRe）来解决矿工证明的问题，Arweave并没有这样做，那如何解决矿工证明的问题呢，Arweave的答案是无需证明。

Arweave协议通过机制设计鼓励矿工尽量多存数据，而且优先存储副本少的稀缺数据 。至于每个矿工存了多少，存了哪些，那是矿工自己的事情，既不需要证明，也不需要检查。

Arweave不是通过在用户和存储提供商之间建立合同来实现的（这点与Filecoin基于合约的存储方案不同），而是通过鼓励矿工复制尽可能多的存储数据的加密经济激励措施。

具体来仔细看看Arweave的技术方案：

Arweave采用一种叫访问证明 （Proof of Access） 的机制来达成共识出块，PoA可以看成是 PoW 的简单扩展。（PoA 的确可以确保矿工存储了网络数据，但矿工也可以使用远程服务器以降低成本，而服务器都是中心化的，这不可避免地有悖于去中心化理念。团队承认了这一点，并随后将共识升级成了「SPoRA」（Succinct Proofs of Random Access，随机访问的简洁证明）。）

每一轮 PoW 算随机数都跟某个过去的区块 （这里叫recall block—回忆块） 有关，只有存储了回忆块的矿工才有资格参与 PoW 算随机数。

由于回忆块是随机确定的，事先无法预测，因此矿工存储的区块越多，参与 PoW 竞猜的机会越大，获得出块奖励的可能性越高。如果矿工的存储空间有限，不能保存全部区块历史，那为了增大出块机率，他会优先保存在网络中副本数量较少的区块。因为每个块被选为回忆块的概率相等，当一个稀缺区块被选为回忆块，就只有少数矿工有资格参与 PoW 竞赛，因此存储稀缺区块对矿工更有利（这就是Arweave如何鼓励矿工尽可能多的存储数据的方式）。

到这里的话我们可能会有疑问，采用这种非强制性存储所有资料的方式，那如果恰好所有节点都没有存储某个区块，那这个区块不就永久丢失了吗？确实是这样的，这个可能性是存在的。不过，我们如果简单算一下就知道单一区块永久丢失的概率是多大？

首先说一下复制率，复制率是去中心化存储网络中矿工平均存储区块数的比例。例如网络一共出10000个块，平均每个矿工存储了 6000 个块，那么复制率就是 60%。复制率也是任选一个矿工，他拥有随机挑选的某个区块的概率。那么，随机挑选某个区块和某个矿工，这个矿工没有这个区块的概率就是是 1-复制率。当网络中有 N 个矿工节点时，所有矿工都没有某个区块的概率是*（1-复制率）^N*，那存在一个丢失区块的概率就是 (1-复制率）^N * 区块总数*。*

假设Arweave网络有 200 个矿工节点，复制率为 50%，区块总量为 200000，那么存在一个丢失区块的概率是：(1-0.5)^{200}*2000000

这个数是特别小的数了，是一个可以忽略不计的极小概率事件。

当前Arweave网络的矿工节点约为 1119 个，复制率是 95%，已出区块 81 万多个 ，存在区块丢失的概率比前面的计算结果还要低得多，在数量级上比发生私钥碰撞的概率还要小。所以从概率上来讲，整个网络中不可能存在永久丢失区块的事情发生，那也就不可能存在丢失客户存储内容的事情发生了。

Arweave协议只有一个市场，用户也只需要支付一次存储费 ，后续访问数据是免费的。能够做到这一点是因为协议采用类似于 BT 的机制设计，网络中所有节点都是平等的 （不区分矿工节点和用户节点），所有节点都尽量快速地响应其他节点的请求。跟 BT 一样，上行贡献越多，下行速度越快，自私节点会被其他节点降权，逐渐被网络排斥在外。

与 Filecoin 相比，Arweave网络有两大优势。一是成本低 ，1MB 文件在Arweave网络做几百个副本永久存储的价格，低于在 Filecoin网络上 10个副本存储 10 年的价格，而且Arweave的数据访问是永久免费的。第二，Arweave的激励机制使数据存储和访问都更加可靠，通过简洁巧妙地解决了去中心存储的最大难题，不需要复杂的证明机制和矿工的前期巨额构造数据中心的成本。

可以看出Filecoin和Arweave在构建协议的思路上采用了不同的证明机制，基于合同的Filecoin方案类似于盯人，Arweave协议则像考试。