ブロックチェーン技術がファイルストレージをより実用的かつ費用対効果の高いものにする方法

ブロックチェーンへのファイル保存は、ブロックチェーン愛好家や開発者の間で重要な議論の的となっています。ブロックチェーンに直接ファイルを保存することは技術的には可能ですが、コストの高さとストレージ容量の制限のため、現実的な方法とは言えません。そこで、ブロックチェーン技術を用いて分散型かつ費用対効果の高い方法でファイルを保存する代替ソリューションを検討してみましょう。.

ブロックチェーンにファイルを直接保存することがなぜ実現不可能なのか

ブロックチェーン上にファイルを直接保存することは、分散型ファイルストレージにとって論理的なソリューションのように思えるかもしれませんが、現実的ではありません。ブロックチェーン上にファイルを直接保存することが実現不可能な理由はいくつかあります。.

まず、ブロックチェーン上にファイルを保存するのは非常にコストがかかる可能性があります。ブロックチェーンの取引は「ガス」と呼ばれる、取引を実行するためにネットワークに支払われる手数料を使って処理されます。ブロックチェーン上にファイルを保存するコストは、ファイルのサイズに比例します。例えば、この記事の執筆時点で、1MBのファイルを Ethereum ブロックチェーンに保存するには、ガス料金だけで約57,332.91ドルかかります。これは、ほとんどのユーザーにとって現実的な選択肢ではありません。.

Ethereumでは、ブロックサイズは最大サイズ制限ではなく、ガス制限によって決定されます。ガス制限とは、ユーザーがトランザクションを完了するために必要なガス（またはエネルギー単位）の最大量です。ガス制限が高いほど、トランザクションを完了するために必要な作業量が多くなります。このコストは、 Ethereum ネットワーク上のトランザクションのワークロードによって変動します。.

例えば、1キロバイトのデータをブロックに保存するには約64万ガスが必要です（標準ガス価格2万ガスの場合）。 Ethereum 現在のブロック制限は1500万ガスですが、需要に応じて3000万ガスまで拡張できます。したがって、 Ethereum のブロックサイズは、ガス制限に応じて最大46キロバイトになります。.

ブロックチェーン上にファイルを保存するコストが高いことを示す例として、 Ethereum ブロックチェーンを取り上げてみましょう。. 

Ethereumに1KBを保存するコスト

Ethereum データをスロットに保存します。各スロットのサイズは256ビットです。.

Ethereumのイエローペーパーによると、256ビットのスロット1つを保存するには20,000ガスが必要です。. 

8 ビットが 1 バイトなので、1 スロットは 32 バイト (256/8 = 32 バイト) になります。.

1kb は 1024 バイトなので、32 スロットあります (1024 バイト / 32 バイト = 32 スロット)。.

1KBを保存するために必要なガス量は、32スロット×20,000ガス＝640,000ガスです。

通話データ トランザクションのフィールドにファイルを含めるには、追加のガス費用がかかります。. 

1バイトあたり16ガスかかるので、合計は32スロット×32バイト×16ガス＝16,384ガスとなる。

あらゆる取引の基本ガス料金は21,000ガスです。

つまり、1kbを保存するのに必要なガスの総量は640,000 + 16,384 + 21,000 = 677,384ガスとなる。

1ガスは0.00000005 ETHに相当します

つまり1KBを保存するには677,384ガス*0.00000005 = 0.0338692 ETHかかります

ETHの現在の価格は1,787.57ドルなので、1KBを保存するコストは60.66ドルになります。  

Ethereumに1MBを保存するコスト

1MB = 1,000,000バイト

1,000,000バイト / 32バイト = 31,250スロット

31,250スロット * 20,000ガス = 625,000,000ガス

31,250スロット * 32バイト * 16ガス = 通話データ用16,000,000ガス

基本ガス料金は21,000ガスです

総ガス量 = 625,000,000 + 16,000,000 + 21,000 = 641,021,000 ガス

1ガスは0.00000005 ETHに相当します

1MBを保存するには、641,021,000ガス*0.00000005 ETH = 32.05105 ETH = $57,332.91かかります。 

明らかに、このコストはほとんどのユーザーや企業にとって法外なため、ブロックチェーン上にファイルを直接保存することは非現実的な選択肢となります。しかし、より実用的で費用対効果の高い分散型ファイルストレージの代替手段があり、次のセクションで詳しく説明します。.

分散的にファイルを保存する

分散化はブロックチェーンの世界における基本的な概念であり、ファイルストレージも同様です。分散型ファイルストレージは、データが単一の集中管理された場所に保存されることを防ぎ、単一障害点となることを防ぎます。分散型ストレージシステムでは、データは複数のノードまたはコンピューターに分散されるため、セキュリティが向上し、攻撃や改ざんに対する脆弱性が低くなります。この分散型アーキテクチャは、単一の組織がデータを完全に制御できないようにすることで、透明性と説明責任を強化します。.

分散型ファイルストレージシステムにおいて、メタデータは重要な役割を果たします。メタデータとは、他のデータについて説明し、コンテキストを提供するデータであり、特定のファイルの管理と検索を容易にします。分散型ファイルストレージにおいて、メタデータには通常、ファイルの場所、アクセス権、その他の属性に関する情報が含まれます。メタデータはブロックチェーン上に保存されるため、変更不可能かつ透明性が高く、データの改ざんが防止されます。.

ファイルをブロックチェーンに直接保存することは、高コストと技術的な制限のために現実的ではありませんが、文書全体を別の場所に保管しながら、文書のハッシュをオンチェーンで保存するという現実的な解決策があります。文書は中央集権型データベースまたは分散ファイルストレージシステムに保存し、ハッシュはブロックチェーンに保存されます。文書をSHA-256などの安全なハッシュアルゴリズムにかけ、ハッシュをブロックに保存することで、ハッシュ値は文書固有のデジタル指紋となります。ハッシュ値は文書全体よりもはるかに小さいため、このアプローチは膨大なスペースとコストを節約します。さらに、入力値に変更を加えると、元の文書とは異なる全く新しいハッシュ値が生成され、元の文書の完全性と真正性が保証されます。.

分散型ストレージネットワーク

分散型ストレージネットワークは、データを分散的かつ安全に保管する方法を提供します。単一のサーバーまたはデータセンターにデータを保存する従来の集中型ストレージサービスとは異なり、分散型ストレージネットワークは、ノードのグローバルネットワークにデータを保存します。データが複数の場所に冗長的に保存されるため、データ侵害やデータ損失のリスクが低くなります。.

分散型ストレージネットワークの例としては、Arweave、Filecoin、Storjなどが挙げられます。これらのネットワークは、ユーザーが未使用のストレージスペースを貸し出すことでトークンやその他の報酬を獲得できる仕組みです。ユーザーがファイルを保存しようとすると、ファイルは複数のファイルに分割され、ノードネットワーク全体に分散されます。データは暗号化され、複数のノードに複製されるため、1つのノードに障害が発生してもデータは引き続き利用できます。次のセクションでは、ArweaveとFilecoinについてさらに詳しく見ていきましょう。.

アーウィーブ

Arweave の革新的な分散ストレージアプローチは「パーマウェブ」と呼ばれ、Arweave 上に構築された永続的な分散ウェブです。パーマウェブは、モジュール式で交換可能なプロトコル群で構成されています。従来のウェブの重大な欠陥であるメモリ不足を解消します。ネットワーク内のサーバーからドキュメントが削除されると、そのドキュメントはナレッジベースからも失われます。Arweave 上のパーマウェブにより、開発者とユーザーは、世界中に永続的に複製される、復元力の高いナレッジベースを共有できます。.

パーマウェブの基本プロトコルはArweaveで、2つの基本コンポーネントで構成されています。1つは、新しいマイニングシステムを採用したスケーラブルなブロックチェーンのような構造、もう1つは、任意にタグ付けされたデータの可用性と永続性を確保するための持続可能な基金です。このアプローチにより、ブロックチェーンストレージに伴う高額なコストをかけずに、大量のデータを分散的に保存することが可能になります。Arweaveプロトコル上には、ゲートウェイサーバーの分散型ネットワークが構築されており、変更や専用ソフトウェアを必要とせずに、ウェブブラウザから簡単にデータにアクセスできます。.

これらの要素を組み合わせることで、Arweaveのパーマウェブは、何世紀にもわたって持続する安全で分散型のストレージソリューションを提供します。ハッキングやデータ漏洩の危険性がある集中型ストレージソリューションとは異なり、パーマウェブは改ざんや検閲に耐性のある、回復力と不変性を備えたストレージシステムを提供します。Arweaveが今日の市場で最も有望な分散型ストレージネットワークの一つとして急速に認知度を高めているのも不思議ではありません。.

ファイルコイン

Filecoinは、経済的インセンティブと暗号化技術を組み込んだ独自の分散型ストレージネットワークで、ファイルの長期にわたる確実な保存を保証します。このシステムは、InterPlanetary File System（IPFS）プロトコルを基盤としています。IPFSは、コンテンツアドレス指定を用いてデータへの永続的な参照を可能にし、特定のデバイスやクラウドサーバーへのコンテンツのアドレス指定を必要としません。Filecoinは、IPFSにインセンティブレイヤーを追加することでIPFSの機能を拡張し、コンテンツの確実な保存とアクセスを促進します。.

Filecoinはピアツーピアネットワークを通じて運営されており、ユーザーはストレージプロバイダーにファイルを保存するために料金を支払います。ストレージプロバイダーは、ファイルを保存し、長期間にわたって正しく保存されていることを証明する責任を負うコンピューターです。利用可能なストレージとその価格は、特定の企業によって制御されていません。Filecoinは、誰もが参加できるファイルの保存と取得のためのオープンな市場を促進します。これにより、ストレージコストはネットワーク全体に均等に分配され、中央機関による価格管理は行われません。.

Filecoinには、Web3ネイティブNFTやメタバース/ゲームアセットのストレージ、インセンティブ付き永久ストレージ、クラウドストレージよりも安価な代替手段としてのWeb2データセットのアーカイブなど、複数のユースケースがあります。例えば、NFT.StorageはFilecoinを使用してNFTコンテンツとメタデータのためのシンプルな分散型ストレージソリューションを提供しており、Shoah FoundationやInternet ArchiveはFilecoinを活用してコンテンツのバックアップを行っています。さらに、Filecoinはオーディオファイルやビデオファイルを含む幅広いデータ形式をサポートしているため、AudiusやHuddle01などのWeb3プラットフォームは、音楽ストリーミングやビデオ会議の分散型ストレージバックエンドとしてFilecoinを活用できます。.

分散ファイルストレージのベストプラクティス

分散型ファイルストレージに関しては、データの信頼性、プライバシー、セキュリティを確保するために従うべきベストプラクティスがいくつかあります。.

まず、メタデータをブロックチェーン上に保存し、実際のファイルはArweaveやFilecoinのような分散型ストレージネットワーク上に保存することをお勧めします。これにより、メタデータはブロックチェーン上で公開され、検証可能になりますが、実際のファイルは安全かつ分散化された方法で保存されます。.

第二に、データの冗長性は、データの可用性と信頼性を常に確保するために不可欠です。ファイルの複数のコピーを異なる場所に保存することで、単一障害点によるデータ損失のリスクを大幅に軽減できます。分散型ストレージネットワークには、データの常時可用性を確保するための冗長性メカニズムが組み込まれていることがよくあります。.

第三に、データのプライバシーとセキュリティの保護は極めて重要です。転送中および保存中のデータを保護するには、暗号化を使用する必要があります。また、データへのアクセスは制御され、許可された関係者のみがアクセスできるようにする必要があります。分散型ストレージネットワークには、暗号化とアクセス制御のメカニズムが組み込まれていることがよくあります。.

分散型ファイルストレージのベストプラクティスとしては、メタデータをブロックチェーン上に保存すること、ファイル自体を分散型ストレージネットワーク上に保存すること、信頼性を高めるためにデータの冗長性を確保すること、そしてデータのプライバシーとセキュリティを保護することなどが挙げられます。これらのベストプラクティスに従うことで、ユーザーはデータが安全かつ信頼性の高い方法で保存されることを保証できます。.

結論

ブロックチェーン上にファイルを直接保存することも可能ですが、コストの高さと保存可能なデータ量の制限により、現実的なアプローチとは言えません。ArweaveやFilecoinといった分散型ファイルストレージネットワークは、分散型ファイルストレージにおいて、より信頼性が高く費用対効果の高い方法を提供します。メタデータをブロックチェーン上に保存し、実際のファイルを分散型ストレージネットワーク上に保存することで、データの冗長性を確保し、信頼性を向上させることができます。また、保存プロセスにおいては、データのプライバシーとセキュリティを最優先に考慮することも重要です。.

ブロックチェーン業界の成長に伴い、分散型ファイルストレージはますます普及しています。従来のファイルストレージ手法の限界を理解し、安全で信頼性の高いファイルストレージのために利用可能な様々な分散型ストレージネットワークを調査し、活用することが重要です。適切なアプローチとツールを使用すれば、分散型ファイルストレージは個人にも企業にも、より堅牢で安全なストレージソリューションを提供できます。.