随着区块链技术的蓬勃发展，去中心化应用 (DApps) 也逐渐成为主流。然而，现有的区块链技术存在着存储效率低下的问题，限制了其扩展性和应用范围。为了解决这一问题，去中心化存储网络应运而生，为 DApps 提供高效的存储解决方案。本文将深入探讨 Walrus，一个基于高效编码/解码算法和现代区块链技术的去中心化存储网络，分析其架构、功能、经济模型和安全性，并探讨其未来发展方向。

去中心化存储的需求

区块链技术支持去中心化计算，但其存储效率却存在着局限性。由于状态机复制 (SMR) 机制，区块链需要所有验证者完全复制数据，导致数据复制因子高达 100 到 1000，这极大地增加了存储成本和带宽消耗。

因此，去中心化存储网络应运而生，旨在更高效地存储和管理数据。

去中心化存储网络在多个领域具有广泛的应用场景：

• 数字资产：如 NFT 等数字资产需要高完整性和可用性保证。将数据存储在去中心化存储网络中可以避免中心化存储可能出现的篡改或删除风险。
• 数据溯源：在人工智能时代，数据溯源变得越来越重要。去中心化存储网络可以确保数据资产的真实性、可追溯性和完整性，并防止数据被篡改或污染。
• 去中心化应用：去中心化应用需要存储前端和客户端代码，而传统的中心化存储方案无法提供足够的完整性和可用性保证。去中心化存储网络可以提供更可靠的数据存储方案，并支持软件的透明性和可审计性。
• Roll-ups：Roll-ups 是以太坊当前主要的扩容策略，需要存储节点临时存储数据，以便验证者执行。去中心化存储网络可以提高 Roll-ups 的数据可用性，并降低存储成本。
• 去中心化社交网络：社交网络需要存储丰富的用户内容，如文本、图像或视频。去中心化存储网络可以提供更可靠的存储方案，并支持内容的安全性和隐私保护。
• 加密数据管理：去中心化存储网络可以与加密技术相结合，提供更安全的数据管理和隐私保护方案，例如主权数据管理和去中心化数据市场。

去中心化存储的协议

现有的去中心化存储协议主要分为两类：

• 全量复制：如 Filecoin 和 Arweave，优点是数据可用性高，缺点是存储成本高昂。
• 误差更正码：如 IPFS 和 Storj，使用 Reed-Solomon 编码降低存储成本，缺点是编码/解码效率低，且节点下线时数据恢复成本高。

Walrus 的 Red Stuff 编码协议结合了线性错误更正码和喷泉码的优点，实现了高效的编码/解码和数据恢复。Red Stuff 使用二维编码算法，将数据块分成多个数据块碎片，每个碎片都包含原始数据的一部分。任何包含原始数据超过一半的数据块碎片都可以重建原始数据块。此外，Red Stuff 还使用了授权数据结构，防止恶意客户端攻击，确保数据一致性。

Walrus 的架构

Walrus 的架构分为控制平面和数据平面两部分：

• 控制平面：基于 Sui 区块链，负责存储节点生命周期管理、数据生命周期管理、经济激励等。
• 数据平面：基于 Red Stuff 编码协议，负责存储数据块。

Walrus 的功能

Walrus 提供以下功能：

• 写入数据块：编码数据，生成 Merkle 承诺，将数据块分配给存储节点，并记录存储证明。
• 读取数据块：收集和验证数据块碎片，并提供最佳-effort 和激励化的读取路径。
• 数据块恢复：节点可以请求其他节点恢复丢失的数据块碎片。
• 处理恶意编码：存储节点可以验证数据块的编码是否一致，并记录不一致的证据。
• 委员会重构：根据存储节点的利益分配数据块碎片，确保数据可用性。
• 扩展功能：
  • 数据块存储生命周期：用户可以购买存储资源并设置数据块的存储期限。
  • 部分读取：允许用户直接访问数据块源符号，实现更快的读取速度。
  • 黑名单：存储节点可以将数据块添加到黑名单，拒绝存储或提供数据。

经济模型和激励机制

Walrus 使用 WAL 代币作为经济激励机制的媒介，通过质押代币、奖励机制和惩罚机制来确保存储节点的行为符合协议要求。

• 质押代币：存储节点和用户质押 WAL 代币以获得收益。
• 奖励机制：对良好行为进行奖励，例如正确响应挑战、提供高效存储服务等。
• 惩罚机制：对恶意行为进行惩罚，例如未响应挑战、数据可用性差等。

安全性

Walrus 的安全性主要体现在以下几个方面：

• Sui 区块链：Walrus 使用 Sui 区块链作为控制平面，提供安全性和可靠性保障。
• 数据可用性挑战：存储节点需要通过数据可用性挑战来证明其存储数据。
• 异步挑战协议：Walrus 使用异步挑战协议，确保数据可用性不受网络同步性限制。
• 轻节点：Walrus 可以通过引入轻节点来提供第二层安全，确保数据可用性。

未来发展方向

Walrus 作为一种创新的去中心化存储解决方案，具有广阔的应用前景。未来，Walrus 可以考虑以下发展方向：

• 增强经济激励机制：例如，根据存储节点的性能和服务质量进行差异化奖励和惩罚，或者引入更复杂的激励机制来激励存储节点的长期参与。
• 优化存储效率：例如，探索更高效的编码/解码算法，或者使用压缩技术来减少存储空间占用。
• 支持更丰富的数据类型：例如，支持存储不同类型的数据，例如视频、音频等。
• 与其他技术结合：例如，与区块链扩容技术结合，或者与其他去中心化存储网络进行互操作。

总结

Walrus 是一种高效、安全、可扩展的去中心化存储网络，为 DApps 提供了一种可靠、高效且可扩展的存储解决方案。随着区块链技术的不断发展，去中心化存储网络将成为 DApps 发展的重要基础设施，为构建更加安全、可靠和去中心化的互联网生态系统做出贡献。