Как технология блокчейн делает хранение файлов более практичным и экономичным

Хранение файлов в блокчейне является важной темой обсуждения среди энтузиастов блокчейна и разработчиков. Хотя технически возможно хранить файлы непосредственно в блокчейне, это непрактичный подход из-за высоких затрат и ограничений в емкости хранения. Давайте рассмотрим альтернативные решения для хранения файлов в децентрализованном и экономичном manner с использованием технологии блокчейн.

Почему хранение файлов непосредственно в блокчейне нецелесообразно

Хранение файлов непосредственно в блокчейне может показаться логичным решением для децентрализованного хранения файлов, но это непрактично. Есть несколько причин, по которым хранение файлов непосредственно в блокчейне нецелесообразно.

Во-первых, хранение файлов в блокчейне может быть невероятно дорогим. Транзакции в блокчейне обрабатываются с использованием «газа», который является комиссией, выплачиваемой сети за выполнение транзакции. Стоимость хранения файла в блокчейне будет пропорциональна размеру файла. Например, хранение файла размером 1 МБ в блокчейне Ethereum стоило бы около $57 332,91 только в виде комиссий за газ на момент написания этой статьи, что не является жизнеспособным вариантом для большинства пользователей.

В Ethereum размер блока не определяется максимальным лимитом размера, а скорее лимитом газа. Лимит газа — это максимальное количество газа (или единиц энергии), которое пользователю необходимо для завершения транзакции. Более высокий лимит газа означает, что требуется больше работы для завершения транзакции. Эта стоимость варьируется в зависимости от рабочей нагрузки транзакций в сети Ethereum.

Например, для хранения 1 килобайта данных в блоке требуется около 640 000 газа (при стандартной цене газа 20 000). Ethereum имеет текущий лимит блока в 15 миллионов газа, который может быть расширен до 30 миллионов в зависимости от спроса. Таким образом, размер блока в Ethereum может достигать 46 килобайт в зависимости от лимита газа.

Чтобы проиллюстрировать высокую стоимость хранения файлов в блокчейне, рассмотрим пример блокчейна Ethereum. 

Стоимость хранения 1 КБ в Ethereum

Ethereum хранит данные в слотах. Каждый слот имеет размер 256 бит.

Согласно «желтой книге» Ethereum, для хранения одного слота объемом 256 бит требуется 20 000 газа. 

8 бит составляют один байт, поэтому один слот равен 32 байтам (256/8 = 32 байт).

1 КБ равен 1024 байтам, следовательно, он занимает 32 слота (1024 байта / 32 байта = 32 слота).

Количество газа, необходимое для хранения 1 КБ: 32 слота * 20 000 газа = 640 000 газа.

Для включения файла в поле данных транзакции потребуется дополнительный газ. 

Каждый байт стоит 16 газа, поэтому общая сумма составит 32 слота * 32 байта * 16 газа = 16 384 газа.

Базовая комиссия за газ для любой транзакции составляет 21,000 газа.

Итак, общее количество газа, необходимое для хранения 1 КБ: 640 000 + 16 384 + 21 000 = 677 384 газа.

1 газа эквивалентны 0.00000005 ETH.

Таким образом, хранение 1 КБ обойдется в 677,384 газа * 0.00000005 = 0.0338692 ETH.

Текущая цена ETH составляет $1 787,57, поэтому стоимость хранения 1 КБ будет равна $60,66.  

Стоимость хранения 1 МБ в Ethereum

1 МБ = 1,000,000 байт.

1,000,000 байт / 32 байт = 31,250 слотов.

31,250 слотов * 20,000 газа = 625,000,000 газа.

31,250 слотов * 32 байт * 16 газа = 16,000,000 газа за данные вызова.

Базовая стоимость газа составляет 21,000 газа.

Общий объем газа = 625,000,000 + 16,000,000 + 21,000 = 641,021,000 газа.

1 газа эквивалентны 0.00000005 ETH.

Таким образом, хранение 1 МБ обойдется в 641 021 000 газа * 0,00000005 ETH = 32,05105 ETH = $57 332,91. 

Очевидно, что такие затраты являются неподъемными для большинства пользователей и компаний, что делает хранение файлов непосредственно в блокчейне нереалистичным вариантом. Однако существуют альтернативные методы децентрализованного хранения файлов, которые более практичны и экономичны; мы рассмотрим их в следующем разделе.

Децентрализованное хранение файлов

Децентрализация является фундаментальным понятием в мире блокчейна, и то же самое относится к хранению файлов. Децентрализованное хранение файлов гарантирует, что данные не хранятся в одном центральном месте, которое может стать единой точкой отказа. В системе децентрализованного хранения данные распределяются между множеством узлов или компьютеров, что делает их более безопасными и менее уязвимыми для атак или манипуляций. Эта распределенная архитектура также гарантирует, что ни одна отдельная сущность не имеет полного контроля над данными, обеспечивая большую прозрачность и подотчетность.

В системе децентрализованного хранения файлов метаданные играют ключевую роль. Метаданные — это данные, описывающие другие данные и предоставляющие контекст, что упрощает управление и поиск конкретных файлов. В контексте децентрализованного хранения файлов метаданные обычно включают информацию о местоположении файла, правах доступа и других атрибутах. Метаданные хранятся в блокчейне, что делает их неизменяемыми и прозрачными, гарантируя, что данные не могут быть изменены.

Хотя хранение файлов непосредственно в блокчейне нецелесообразно из-за высоких затрат и технических ограничений, хранение хеша документа в блокчейне при сохранении самого документа в другом месте является практичным решением. Документ может храниться в централизованной базе данных или в системе распределенного хранения файлов, а хеш — в блокчейне. Пропуская документ через безопасный хеш-алгоритм, такой как SHA-256, и сохраняя хеш в блоке, значение хеша становится уникальным цифровым отпечатком документа. Этот подход экономит огромное количество места и средств, поскольку значения хеша значительно меньше целых документов. Кроме того, он обеспечивает целостность и подлинность исходного документа, поскольку любое изменение входных данных приведет к совершенно новому значению хеша, отличному от исходного документа.

Децентрализованные сети хранения

Децентрализованные сети хранения предлагают способ распределенного и безопасного хранения данных. В отличие от традиционных централизованных сервисов хранения, которые хранят данные на одном сервере или в центре обработки данных, децентрализованные сети хранения хранят данные в глобальной сети узлов. Это делает их менее подверженными утечкам данных и потере данных, поскольку данные избыточно хранятся в нескольких местах.

Примерами децентрализованных сетей хранения являются Arweave, Filecoin и Storj. Эти сети работают за счет того, что пользователи сдают в аренду неиспользуемое место для хранения в обмен на токены или другие вознаграждения. Когда пользователь хочет сохранить файл, он разбивается на несколько частей и распределяется по сети узлов. Данные шифруются и реплицируются на нескольких узлах, что гарантирует, что даже в случае отказа одного узла данные останутся доступными. Давайте подробнее рассмотрим Arweave и Filecoin в следующих разделах.

Arweave

Инновационный подход Arweave к децентрализованному хранению называется перманентным веб-сайтом (permaweb) — постоянным и децентрализованным веб-сайтом, построенным поверх Arweave. Перманентный веб-сайт состоит из набора модульных и взаимозаменяемых протоколов. Он решает критический недостаток традиционного веб-сайта, который заключается в отсутствии памяти. Когда документы удаляются с одного сервера в сети, они теряются из базы знаний. Перманентный веб-сайт на Arweave позволяет разработчикам и пользователям делиться устойчивой базой знаний, которая реплицируется в огромных количествах по всему миру постоянно.

Базовым протоколом перманентного веб-сайта является Arweave, который работает на двух фундаментальных компонентах: масштабируемой структуре, похожей на блокчейн, использующей новую систему майнинга, и устойчивом фонде, обеспечивающем доступность и постоянство данных с произвольными тегами. Этот подход позволяет хранить большие объемы данных децентрализованным образом без высоких затрат, связанных с хранением в блокчейне. Поверх протокола Arweave находится децентрализованная сеть серверов-шлюзов, которая делает данные легко доступными для веб-браузеров без необходимости модификации или использования специализированного программного обеспечения.

Объединяя эти элементы, перманентный веб-сайт на Arweave предоставляет безопасное и децентрализованное решение для хранения, рассчитанное на века. В отличие от централизованных решений для хранения, которые могут быть уязвимы для взлома и утечек данных, перманентный веб-сайт обеспечивает устойчивую и неизменяемую систему хранения, устойчивую к несанкционированному вмешательству и цензуре. Неудивительно, что Arweave быстро завоевывает признание как одна из самых перспективных децентрализованных сетей хранения на рынке сегодня.

Filecoin

Filecoin — это уникальная децентрализованная сеть хранения, которая предлагает встроенные экономические стимулы и криптографию для обеспечения надежного хранения файлов с течением времени. Эта система построена поверх протокола InterPlanetary File System (IPFS), который использует адресацию по содержимому для обеспечения постоянных ссылок на данные и избегает зависимости от конкретных устройств или облачных серверов для адресации контента. Filecoin расширяет возможности IPFS, добавляя сверху слой стимулов, поощряющий надежное хранение и доступ к контенту.

Filecoin работает через одноранговую сеть, в которой пользователи платят за хранение своих файлов поставщикам хранения, которые представляют собой компьютеры, ответственные за хранение файлов и доказательство того, что они были сохранены правильно с течением времени. Доступное хранилище и цена на него не контролируются какой-либо одной компанией. Вместо этого Filecoin способствует открытым рынкам для хранения и извлечения файлов, в которых может участвовать каждый. Это гарантирует, что затраты на хранение распределяются равномерно по всей сети, без центрального органа, контролирующего цены.

Filecoin имеет множество вариантов использования, включая хранение нативных для Web3 NFT и активов метавселенной/игр, стимулированное постоянное хранение и архивирование наборов данных Web2 в качестве более дешевой альтернативы облачному хранению. Например, NFT.Storage использует Filecoin для предоставления простого децентрализованного решения для хранения содержимого NFT и метаданных, в то время как Фонд Шоа и Интернет-архив используют Filecoin для резервного копирования своего содержимого. Кроме того, Filecoin поддерживает широкий спектр форматов данных, включая аудио и видеофайлы, позволяя таким платформам Web3, как Audius и Huddle01, использовать Filecoin в качестве децентрализованного бэкенда для потоковой передачи музыки и видеоконференций.

Лучшие практики для децентрализованного хранения файлов

Что касается децентрализованного хранения файлов, то существует несколько лучших практик, которым следует следовать, чтобы обеспечить надежность, конфиденциальность и безопасность данных.

Во-первых, рекомендуется хранить метаданные в блокчейне, а сам файл — в децентрализованной сети хранения, такой как Arweave или Filecoin. Таким образом, метаданные могут быть общедоступными и проверяемыми в блокчейне, в то время как сам файл хранится безопасным и децентрализованным образом.

Во-вторых, избыточность данных имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы данные всегда были доступны и надежны. Храня несколько копий файла в разных местах, риск потери данных из-за единой точки отказа значительно снижается. Децентрализованные сети хранения часто имеют встроенные механизмы избыточности, чтобы гарантировать, что данные всегда доступны.

В-третьих, защита конфиденциальности и безопасности данных имеет первостепенное значение. Для защиты данных как при передаче, так и в состоянии покоя следует использовать шифрование. Доступ к данным также должен контролироваться, чтобы гарантировать, что только авторизованные стороны могут получить к ним доступ. Децентрализованные сети хранения часто предлагают встроенные механизмы шифрования и контроля доступа.

Лучшие практики для децентрализованного хранения файлов включают хранение метаданных в блокчейне, использование децентрализованной сети хранения для самого файла, обеспечение избыточности данных для повышения надежности и защиту конфиденциальности и безопасности данных. Следуя этим лучшим практикам, пользователи могут гарантировать, что их данные хранятся безопасным и надежным образом.

Заключение

Хотя возможно хранить файлы непосредственно в блокчейне, высокие затраты и ограничения на объем хранимых данных делают этот подход непрактичным. Децентрализованные сети хранения файлов, такие как Arweave и Filecoin, предлагают гораздо более надежный и экономичный метод хранения файлов децентрализованным образом. Используя комбинацию хранения метаданных в блокчейне и самого файла в децентрализованной сети хранения, можно обеспечить избыточность данных для повышения надежности. Также важно уделять приоритетное внимание конфиденциальности и безопасности данных в процессе хранения.

По мере роста индустрии блокчейна децентрализованное хранение файлов становится все более распространенным. Важно понимать ограничения традиционных методов хранения файлов и исследовать и использовать различные доступные децентрализованные сети хранения для безопасного и надежного хранения файлов. При правильном подходе и инструментах децентрализованное хранение файлов может обеспечить более надежное и безопасное решение для хранения как для частных лиц, так и для бизнеса.