去中心化云服务进化史:从 DFINITY IC 到 Arweave AO

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  • 更新于 2024-05-10 13:11
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去中心化云服务一直被认为是区块链最重要落地应用之一,Web3 + 云服务不仅是非常好的叙事方向,而且非常容易结合 AI 的叙事来进一步提升想象空间。

1.png 作者: Pignard

审阅:0xmiddle


基本介绍

云是一种可抽象、汇集和共享整个网络中的可扩展资源的 IT 环境,这里的资源包括计算、存储、网络带宽等,主要的技术特点包括虚拟化技术,分布式资源管理技术以及并行执行技术,相比于传统基于物理机的 IT 环境,云的成本更低,扩展性更好,且更易于管理。

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云服务、云计算、云存储、都是基于云这个概念衍生出的子概念,云计算是指通过云提供计算服务,云存储是指通过云提供存储服务,云服务则是指通过云提供各种 IT 服务,当然也包括了计算服务和存储服务。特别的,在很多地方会把云计算与云服务划为等号,但在本文还是作了区分。

当前云服务市场主要由几个云服务巨头垄断,例如国外的 Amazon Web Services(AWS), Google Cloud Platform(GCP),Microsoft Azure 占据了全球超六成云服务市场,而国内的阿里云,腾讯云,华为云也占据了国内约六成云服务市场,可以说马太效应明显。

去中心化云服务则是基于区块链技术对当前云服务模式的颠覆,依赖市场力量来决定计算能力、存储空间和带宽的价值与分配,不仅实现了更有效和更直接的资源分配,更重要的是打破了云服务巨头垄断的局面,因为所有底层资源都是用户提供的,一旦一个去中心化云服务网络的经济结构不再适用,用户可以选择退出网络或加入其他去中心化云服务的网络,这限制了去中心化云服务网络服务商“作恶”的空间。

去中心化云服务发展之路

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这里没有提到去中心化计算,因为笔者认为去中心化计算是一个伪命题,首先区块链的智能合约本身就是负责去中心化计算,其次对于复杂的计算任务,去中心化意味着算力的浪费,不必为了去中心化而去中心化,可验证的分布式计算或许是更好的选择,这一点笔者会在后面说明。

相比于瞬时态的计算,持久态的存储显然是去中心化极佳的应用场景,可以让数据在去中心化网络中存储、分发,不可篡改、抗审查。事实上,去中心化存储已经成为区块链非金融场景最成功的应用之一。

2014 年,Protocol Labs 提出 IPFS,IPFS 全称为 InterPlanetary File System,翻译过来的意思是“星际文件系统”,如同它的名字,IPFS 也打开了去中心化存储的星际之门。IPFS 实现了基于内容的文件寻址,相同的文件都不会重复存储,大大节省了存储空间,并且基于 P2P 网络,可以并发从多个节点下载数据,从而大大降低了带宽成本,成为了一众去中心化存储项目的底层协议,其中最为代表性的是 Filecoin。

2017 年 7 月,开发了 IPFS 的 Protocol Labs 宣布成立 Filecoin 项目,Filecoin 是一个在 IPFS 网络之上的激励应用层及区块链公链系统,采用混合共识机制:以预期共识(Expected Consensus,EC)为主, 时空证明(Proof of Spacetime,PoSt) 及复制证明(Proof of Replication,PoRep)为辅。Filecoin 的愿景是激励全球大量节点为用户提供存储和检索服务,推动 IPFS 文件存储传输协议的广泛使用。

2017 年 7 月,Stroj Labs 创立了 Storj,与 Filecoin 几乎是同一时期,Storj 主打企业级的存储服务,模式更偏向商业化,直接对标 AWS 的 S3 服务,但其架构却是伪去中心化,尽管其于 2018 开始发币,但其元数据的管理,出块、奖励和惩罚都是通过卫星节点完成,而卫星节点目前只由项目方维护,虽然在未来规划中有提到卫星节点的去中心化,但目前来看难度较大,所以现状仍是披着区块链外衣的传统存储。

2018 年 6 月,Arweave 主网上线。Arweave 不是基于 IPFS 的激励层,而是将数据存储与激励融合在一起,侧重于实现数据的永久存储和访问。Arweave 不要求矿工保存所有的区块记录,而是通过随机访问的简洁证明(SPoRA)鼓励矿工尽可能多地保存区块,尤其是保存冗余度较少的区块,因为这么做的矿工有更大概率获得挖矿奖励。可以说 Arweave 通过博弈的方式,保证数据被尽可能多的复制,提升数据存储的可靠性。

2021 年 5 月,DFINITY 基金会开发的互联网计算机(Internet Computer,IC)主网上线,IC 是第一个完整的去中心化云服务,被誉为第三代区块链架构。IC 通过创新的区块链技术,可以提供无限的扩展性和高速的交易处理能力,并且可以处理 HTTP 请求,以支持大规模的去中心化应用,从社交媒体平台、开源项目托管服务到各种企业级应用程序,甚至 AI 大模型。理论上,任何现有的互联网服务都可以在 IC 上被重新构建为去中心化版本。

4.png 2022 年 11 月,ChatGPT 的出现标志着强人工智能的里程碑,引发新一轮人工智能热潮,AI 新兴企业如同雨后春笋一样冒出来。伴随着生成式大模型的迭代升级,算力的需求和成本呈指数级的增加,由此诞生了去中心化算力的赛道,致力于用共享算力的方式降低 AI 新兴企业大模型训练成本,削弱云服务巨头利用其主导地位产生的不正当竞争行为。

去中心化算力赛道知名项目有 io.net、Render、Akash、Gensyn 等。虽然他们也可以归类到去中心化云服务,但他们的核心协议在于构建算力市场和激励算力提供者,这一点其实更符合 DePIN(Decentralized Physical Infrastructure Networks,分布式物理基础设施网络)的定义

**2024 年 2 月,Arweave 正式推出超并行计算机 AO**成为继 DFINITY 的 IC 之后第二个完整的去中心化云服务。去中心化云服务的发展之路,未完待续。

Arweave AO:计算和共识分离

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DFINITY IC 和 Arweave AO 都是完整的去中心化云服务,两者有极大的相似度。首先功能上都支持大规模互联网服务的去中心化重构以及将 AI 大模型引入区块链的智能合约中运行,其次架构上都是基于 Actor 模型设计的。Actor 是计算机科学中的一种并发计算模型的基本单位,采用 Actor 模型适合于构建高并发、分布式、容错性强的系统,这也是 Arweave AO 名字的由来。

两者的主要区别在数据存储层,执行层和共识层。

  • 数据存储层:DFINITY IC 上的智能合约称为 Canister,Canister 有自己专属的容器(类似 Docker),每个 Canister 的数据都被封装在各自独立的容器中,外界看不到数据的细节,只能通过 Canister 对外提供的接口访问内部数据;Arweave AO 基于 Arweave,数据存储在 Arweave 中,对外是公开的;
  • 执行层:DFINITY IC 的虚拟机是 WASM, Canister 代码会被编译成 WASM 模块以部署在 IC 上运行,只支持 WebAssembly 系统接口等标准;Arweave AO 则更加灵活,只要遵循 AO 协议标准,可以使用任何虚拟机,包括 EVM,WASM、Move VM 等,目前 Arweave 官方构建的 AOS 合约开发语言是 Lua;
  • 共识层:DFINITY IC 的子网内部采用 BFT (Byzantine Fault Tolerance,拜占庭容错)共识的变种,子网之间通过 Chain-Key 技术进行验证;Arweave AO 基于 SCP(Storage-based Consensus Paradigm),是一种基于存储的共识范式,强调共识发生在存储层,使用 Arweave 进行不可变的存储,确保安全性和可验证性。

通过上面的对比可以发现,DFINITY IC 仍然遵循了区块链的标准范式,而 Arweave AO 似乎就没有那么区块链,毕竟连共识机制都没有,那如何保证不同节点对计算结果是一致的呢?

答案是 Arweave AO 不能保证计算结果一致,它的计算结果不产生任何证明(例如默克尔树),但 Arweave 的不可变存储是可验证的,计算和共识分离,这是 Arweave AO 设计最精妙的地方

Arweave 存储了 AO 以及 AO 上每一个线程的全息数据,任何人可以通过全息数据恢复 AO 和 AO 上的任何一个线程。这其实就是 SCP 的核心思想,即只要存储是不可变的,上面的交易就都是可追溯的,那么无论在何处计算应用程序,都将得到相同的结果

解决了可验证问题就可以利用 AO 的经济模型促使大家提供正确的计算结果,类似于 Chainlink 节点在 DON 中的保证金机制,节点加入 AO 网络需要先质押 Token,当节点提供正确的计算结果时进行激励,而当节点提供错误的结果时进行罚没。

总结

去中心化云服务一直被认为是区块链最重要落地应用之一,Web3 + 云服务不仅是非常好的叙事方向,而且非常容易结合 AI 的叙事来进一步提升想象空间。

去中心化云服务从 IPFS 算起来已经发展了十年,从技术方面看,底层的存储和计算协议已经趋于完善,从市场方面看,以算力为主的资源共享网络也有充分的需求,但到如今集大成者不仅寥寥且差强人意。

DFINITY IC 上线前一度被认为是 Web3 的 AWS,头顶第三代区块链的光环,可惜遭遇了上线之殇,如今才从负数走向一。抛去一些市场的因素,在云服务这种纯异步环境做计算的即时共识,相应对于硬件资源的要求就会极高,硬件资源要求高又会影响去中心化程度,让区块链的共识机制失去了意义。

Arweave AO 打破了区块链的桎梏,不处理计算本身和共识的达成,而是通过经济模型和懒惰验证的方式来保证计算结果的正确性,可以说另辟蹊径。但基于 SCP 实现的可验证计算由于监督和验证都在链下进行,理论上存在链下监督不到位的问题,在大规模计算的场景仍需接受市场的检验,但未来前景值得期待。


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