WEAVE:Arweave| 四大核心技術解析

當下主流的區塊鏈平臺在數據存儲方面還存在著一些眾所周知的難題。這些難題需要通過在現有平臺上集成新的第三方協議才能解決，原因在于鏈上存儲的成本極高以致于不可用。因此，在當前主流的區塊鏈上實現永久性的存儲和免費的內容訪問就像是無稽之談。而隨著數據存儲的需求呈現指數級的增長，我們亟需一種可擴展的去中心化低成本數據存儲協議。

在本文中，我們將向你介紹?Arweave?——一種名為?blockweave?的新型區塊鏈式結構。它是首次以一種經濟合算的方式提供可擴展鏈上存儲的平臺。

隨著系統中數據存儲量的增長，達成共識所需要的哈希數量會減少，從而降低了數據存儲的成本。通過該協議現有的?RESTAPI，可以非常輕松的在?Arweave?上構建去中心化的應用，這也體現了?Arweave?對開發者社區的重視，以及他們推動新協議大規模普及的能力。

在本文中，我們還引入了一系列新奇的概念，例如：區塊影子——一種靈活的交易區塊分發算法，針對當下其它區塊鏈上的“分片”技術進行了改進，還有一種自優化的網絡拓撲結構，以及一種新型的共識機制——訪問證明。

01

引言

在這個信息時代里，我們常常會陷入一種錯覺當中——信息隨手可得，且永遠不會被篡改或者丟失。這根本不切實際?。盡管我們已經在互聯網上建立了一個龐大的分布式信息傳播系統，但一個與之相應的永久性知識存儲系統還沒有被建立起來。從圖書館和檔案館的熊熊烈火?，再到獨裁主義國家的書籍焚毀?，現代歷史上充斥著這樣重要信息被破壞和丟失的例子。當我們在網絡上查找信息時，必須經過存儲著這些數據的中心化服務器的許可。然而，持有這些信息的服務器的所有者們可以隨時廢除我們的訪問權限。同樣地，由于在互聯網上提供信息需要部署服務器并支付高昂的維護費用，所以當資金難以為繼時，網站往往會消失。此外，許多政府正在采取越來越多的措施來審查網絡上的敏感信息并阻止大眾的訪問?。媒體和新聞機構也好不到哪去，我們曾經有著不可更改的實體復制品，而現在我們只是簡單地訪問信息然后迅速地拋棄它們。隨著時間的推移，媒體機構不斷地更新文章內容已經變得司空見慣。雖然這比起以前的系統有諸多優勢，尤其是傳播關于事件發展情況的實時信息，但這也令重要的背景信息變得模糊甚至丟失。

02

背景

所有的區塊鏈創新都站在巨人的肩膀上，包括比特幣本身——它由數據結構、分布式網絡和密碼學組合而成。我們也在尋求更進一步地去解決現有區塊鏈網絡的痛點，即存儲問題，并尋找一個提高交易速度的新方法。目前絕大多數區塊鏈技術堅持“全節點”必須維護整條區塊鏈的副本，以便其驗證未來的交易。雖然默克爾數據結構本身就是一個令人神往的創舉，它增加了一層超級無敵的安全層，但我們仍然認為在這一過程中增強一些性能可以減少全節點的同步負擔。我們會在第四節中介紹幾種解決區塊、節點和錢包同步的技術。

加密資產風險管理公司Elliptic宣布整合ChatGPT:金色財經報道，加密資產風險管理公司 Elliptic 宣布將大型語言模型 (LLM) ChatGPT整合到其鏈下情報和研究收集工作，幫助研究人員和調查人員以更快的速度和數量更多地綜合和組織有關新風險因素的情報，集成ChatGPT將使Elliptic確切了解客戶的風險敞口，以做出更明智和安全的決策。（prnewswire）[2023/6/2 11:54:36]

當涉及到數據存儲時，維護區塊鏈完整的要求也許是現有區塊鏈技術的一個更大的阻礙。以以太坊為例——一臺去中心化的世界計算機，消耗它的原生代幣來存儲數據極為昂貴。Arweave?的核心目標就是讓永久的、不可篡改的數據存儲成為現實，就像在以太坊上實現的那樣。然而，高昂的費用讓這樣的存儲變得越來越不切實際。雖然在以太坊上實現這一點并非毫無可能，但由于數據存儲數據所需的巨額開支，曾經的嘗試猶如癡人說夢。

其它區塊鏈技術一直專注于提升節點間的共識算法，尤其是恒星區塊鏈，以及諸如?Ark?和?Neo?等一些采用?dPoS?算法的區塊鏈。雖然這或許能夠提高交易速度，但存儲的負擔仍然是這些區塊鏈要長期面臨的阻礙。通過優先解決存儲問題，我們進行了數次性能增強，而這也可以提高交易的吞吐量。

03

動機

我們設計并實現了一個區塊鏈網絡，讓永久、低成本的存儲變為現實。通過將存儲訪問融入到共識算法中，結合新的交易打包方法以及任意大小的區塊，我們創造了一種具備高吞吐量的加密貨幣，它改進了諸如比特幣??和以太坊??等其它加密貨幣。以前，檔案通常被單獨的機構或個人保管，這使得它們很容易受到兩種主要形式的操縱。第一種是在文件保存的過程中對其進行篡改?。第二種則是文件在保存之前就已經被偽造或篡改了?。舉例來說，很多被認為是蘇格拉底的作品，據傳為其弟子們的杰作?。Arweave?同時解決了這兩個問題。一旦文件被儲存到?Arweave?網絡上，它就會被以密碼學方式和其它每個區塊連接起來。這確保了任何改動文件內容的嘗試都會被網絡所察覺并阻止。通過這種方式，沒有人可以更改存儲在Arweave網絡上的信息。Arweave?對互聯網來說是一個可瀏覽的姐妹網絡，它提供了目前互聯網亟需但卻缺乏的長期、永久性的數據存儲功能。

Arweave?系統專門為開發者設計了一個關鍵組件，開發者通過該組件可以很輕松地構建一個接入網絡、創建并使用數據的應用。這些應用是基于與編程語言無關的RESTAPI而構建的，它們將充當網絡中的節點并監聽網絡。從去中心化和不可篡改的社交網絡到網絡論壇和新聞聚合器，這些應用的功能將是靈活多樣的。想要在?Arweave?網絡中保存信息，需要花費少量的代幣。這些代幣會支付給礦工來維護?Arweave?網絡，同時阻止垃圾信息的傳播。這相較于傳統的中心化存儲系統而言有著顯著的提升。同樣地，這讓個人能夠確保他們所關心的信息可以永久地保存下來。代幣的價值會隨著網絡規模的擴大和文件存儲的增加而不斷增強，維護?Arweave?網絡的動機自然也會變得越來越強烈。在這些因素的綜合影響下，我們期望?Arweave?的代幣成為信息時代中富有價值的數字資產，并與大量的重要文件有著密不可分的內在聯系。

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04

技術

Arweave?基于四項核心技術構建而成，它們共同創造出了一條低成本、高吞吐量、永久存儲型的新型區塊鏈。這四項創新技術分別是：

Blockweave

訪問證明

Wild?re

區塊影子

雖然這些技術相互組合，但是在創造一條同時實現快速交易和低成本永久性存儲的新型區塊鏈網絡的過程中，每一項技術都發揮著關鍵作用。

4.1Blockweave

大多數區塊鏈都有一個眾所周知的性質——想要參與驗證交易的“全節點”們必須存儲每一個區塊。Arweave?卻與眾不同。

相反，Arweave?引入了兩個新的概念，使得節點在不存儲整條鏈的前提下仍然可以完成關鍵的網絡功能。第一個概念是區塊哈希列表，它是先前所有區塊的哈希值列表。通過區塊哈希列表我們可以驗證舊的區塊并有效地評估潛在的新區塊。第二個概念是錢包列表，它是系統中所有活躍錢包地址的列表。它允許節點在不擁有產生上一筆交易的區塊的情況下對新交易進行驗證。礦工可以自由下載這些在網絡中不斷同步的區塊哈希列表和錢包列表，所以節點幾乎可以立即加入網絡中來參與挖礦。

不僅如此，在普通的區塊鏈中，當礦工加入網絡時，必須驗證從創世區塊到當前區塊為止的完整區塊結構，而?Arweave?則使用了一套“不間斷驗證”系統。當礦工加入?Arweave?網絡時，它們將下載當前區塊并從中檢索區塊哈希列表和錢包列表。而由于這些區塊哈希列表和錢包列表已經在之前每個區塊的“不間斷驗證”流程中得到了充分驗證，所以新礦工可以立即參與挖礦，而無需自行驗證整條區塊鏈。當然，任何節點想要驗證完整的?Arweave?網絡也是可以的。通過這種方式，礦工無需再尋找與某一錢包相關的上一筆交易來驗證新的交易。相反，礦工只需要驗證該交易是否包含錢包所有者的私鑰簽名即可。為了防止重調區塊的偽造攻擊，區塊哈希列表的哈希值將分發到每一個新區塊中。

圖1：blockweave?數據結構的圖示，展示了當前區塊和上一個區塊以及重調區塊之間的聯系。

Connext：用戶未直接受到Nomad黑客攻擊影響:8月3日消息，Layer2互操作性協議Connext針對Nomad合約漏洞事件發推表示，雖然4月Connext稱其正在進行網絡升級，以允許Connext使用Nomad基礎設施進行通用消息傳遞，但此更改仍在測試網上，因此，Connext用戶并未直接受到Nomad黑客攻擊的影響。受影響方包括在受影響鏈上提供流動性的Connext路由器，Connext路由器在受影響鏈上總共持有約334萬美元的madAssets。[2022/8/3 2:55:20]

4.2訪問證明

Arweave的共識機制基于訪問證明和工作量證明。典型的?PoW?系統只依賴上一個區塊來生成每個連續的區塊，而?PoA?算法則從之前的區塊中隨機選擇一個區塊，然后借助該區塊的數據來生成新區塊。這與前面介紹的?blockweave?數據結構結合起來，礦工無需存儲所有的區塊，但可以存儲任意先前的區塊，通過?PoA?和?Wildfire?的激勵，形成一條?blockweave。而“重調區塊”的選擇是通過計算當前區塊的哈希值相對當前區塊高度的模數來得出的。

為了生成下一個區塊，需要將重調區塊中的交易與當前區塊中的交易一起進行哈希運算。當某個礦工找到一個合適的哈希值時，他們就會將新區塊連同重調區塊分發給網絡中的其它成員。因此。即使網絡中的其它成員沒有存儲該重調區塊，也能獨立驗證新區塊的有效性。

4.3Wild?re

作為一個數據存儲系統，Arweave?不僅需要能夠存儲大量的信息，還要為訪問這些數據提供一種最為便捷的方式。不僅如此，Arweave?系統中非常重要的一部分是數據訪問的免費。為了實現此目標，Arweave?又增加了一層激勵措施，來鼓勵礦工免費分享數據。

Wild?re?就是一種可以在去中心化網絡中解決數據分享問題的系統，它使在網絡中快速滿足數據訪問的請求成為參與挖礦的一個必要條件。Wildfire?的工作原理是在每一個節點本地創建一個排名系統，基于節點對網絡請求的響應速度和從其它節點那里接收數據的速度來對節點進行排名，并根據這個排名來決定新區塊和交易分發到節點的速度。節點之間按照它們的排名順序來提供服務，表現不佳的節點將會列入全網的黑名單。節點們受到經濟上的激勵，在彼此的排名中保持良好的排名，于是它們就可以花最多的時間進行有效的挖礦。

這一方式強烈激勵了系統中的節點以最友好的方式對待其它節點，同時節點無需為接收數據付出任何成本，即便對于那些可能發出一次性請求的節點也是如此。更進一步來說，它創建了一個網絡拓撲結構，以實現最有效的全局分發路由，因為它使得可以在系統中快速轉移新數據的連接成為首選。在實踐中，Wild?re?機制構建了一個網絡拓撲結構，映射了互聯網的底層物理連接基礎，以適應其架構隨時間的變化。總而言之，Wild?re?系統確保了新區塊的快速分發，并以低延遲保持了數據的可用性。

BTC突破21300美元:BTC突破21300美元，現報21308.4美元，日內漲幅達到2.17%，行情波動較大，請做好風險控制。[2022/7/17 2:18:39]

圖2：Wild?re?系統示意圖。每個節點對其它節點進行排序，根據其它節點之前對它的行為的有利程度。

4.4區塊影子

在傳統的區塊鏈系統中，每一個新挖出區塊都會被分發到網絡中的每一個節點，而不論它們已經存儲了多少區塊數據。這不僅僅浪費了大量的數據，而且還極大地降低了網絡對區塊達成共識的速度。因此，Arweave?引入了一項新的技術——區塊影子，它不僅僅能最大限度地減少對數據的浪費，還能帶來更快的出塊速度和巨大的交易吞吐量。

區塊影子的工作原理是將交易從區塊中部分解耦，并且只在節點之間發送一個最小的區塊“影子”，而非傳輸整個區塊本身，通過區塊“影子”，節點可以重構出一個完整的區塊。這些區塊影子具體包含一個錢包列表和區塊哈希列表的哈希值，以及一組交易哈希列表，而非區塊內的交易。通過這些信息，一個已經擁有區塊內所有交易以及一個最新的哈希值和錢包列表的節點可以重構幾乎任意大小的完整區塊。為了促進這一點，節點也會立即和其它節點分享交易，但只有當他們高度確認網絡中的其它節點也擁有同一筆交易時，才會將該筆交易打包進區塊。

區塊影子的引進創造了一個快速靈活的區塊分發系統，它可以使得交易確認的速度和交易在網絡中分發的速度一樣塊，并以一個接近網絡分發的速度達成對區塊的共識。此外，當網絡的使用率變高時，區塊影子會確保交易費用不會顯著增長。理論上，在帶寬為100mbps的網絡環境中，樂觀來看系統的吞吐量可以達到每秒5000筆交易。

4.5民主的內容政策

為了支持網絡中的個人參與者自由地控制他們存儲的內容，并允許網絡作為一個整體來民主地拒絕某些受到廣泛譴責的內容，Arweave?軟件提供了一個黑名單系統。每一個節點都維護著一個黑名單，其中包含它不想存儲的特定數據的哈希值或子字符串，并且永遠不會在它的磁盤中寫入與之匹配的內容。這些黑名單可以由個人或大家相互協作來創建，也可以從其它來源導入。

在本地層面上，這些黑名單允許節點控制它們自己存儲的內容，然而，這些本地的拒絕會引起全網范圍內對內容的拒絕。被網絡中半數以上節點拒絕的內容不僅僅會被每個獨立的節點拒絕，還會被更加廣泛的網絡整體所拒絕。這創造了一個民主的全網內容拒絕系統，這個系統可以跨越不同的文化和意見合并黑名單，從而形成對廣受譴責的內容的一個微小而具體的黑名單。這個近乎普遍的、民主的黑名單保護網絡免受外部少數人的審查，與此同時網絡仍然可以以一種民主的方式自由地保護自己。

新北洋：公司的智能自助零售等設備可根據客戶需求支持數字人民幣:金色財經消息，新北洋（002376.SZ）近日在投資者互動平臺表示，公司的智能自助零售、智慧柜員機等設備在部分數字人民幣試點地區可以根據客戶需求支持數字人民幣。數字人民幣仍在試點和內測階段，新北洋也將繼續關注試點應用進展，并持續推進相關解決方案的研究開發工作，最終應用場景和方式等取決于監管政策規范要求以及市場和客戶應用需求。（每日經濟新聞）[2022/5/18 3:25:10]

4.6討論

4.6.1存儲池

針對?Arweave?的一個理論上的潛在攻擊已經變得異常巨大——礦工可能會聯合起來維護?Arweave?網絡的單一副本，他們都可以通過該副本來檢索重調區塊。雖然這一行為乍看上去存在問題，但事實并非如此。如果大部分礦工都使用這種“存儲池”，那么其他礦工存儲稀有區塊的動機就會增加。這是因為，如果“存儲池”變得無法使用，那么存儲了稀有區塊的礦工非常有希望在未來該區塊成為重調區塊時獲得獎勵。礦工的這種自利行為為網絡提供了風險補償，并且隨著潛在的數據丟失的可能性增加而增加。

05

構建應用

開發者可以通過簡單的?RESTAPI?來構建基于?Arweave?網絡的應用?。REST?的端點是?HTTP，可以直接訪問網絡，這樣任何?Arweave?錢包都可以直接讀寫網絡數據。用戶只需要通過?Chrome?擴展或者集成了?Arweave?錢包的本地應用將他們的?Arweave?錢包導入到網站就可以從網絡中讀取數據，或將數據寫入到網絡中了。以下是幾類可以構建在?Arweave?網絡上的架構。

5.1客戶端-服務器架構

傳統的?web?應用或本地應用通常采用的是客戶端-服務器架構。運行在云端的服務器將對?Arweave?網絡進行適配，通過與一個或多個?Arweave?節點進行交互，來代表客戶端讀取或寫入數據。這些服務的類型五花八門，比如作為網站服務于代表訪問者的客戶端，也可以作為本地的應用程序，執行客戶端傳遞給開發者的請求。而這些服務器則需要支付數量不定的?AR?代幣，從而確保其可以處理數據寫入的請求。盡管如此，在這種架構下從?Arweave?網絡中讀取數據依然是免費的。

對于采用這種架構的應用而言，盈利模式非常簡單。開發者需要通過廣告、每月訂閱服務或用戶直接向他們的應用支付包裝過的”積分“來完成價值捕獲，而非通過?AR?代幣來支付存儲的成本。已經有許多應用使用了不可篡改的永久性存儲。比如用于存儲可以抗量子攻擊的加密法律文案、身份信息或醫療記錄。盡管有些法律需要顧及敏感信息的存儲、地理上的界限和被遺忘的權利，但這些問題在一定程度上都可以通過加密和密鑰管理來緩解。幾種盈利模式可以在?Arweave?網絡上互相組合，但核心的價值主張始終是永久不變的鏈上存儲。

5.2無服務器架構

應用也可以依賴網絡本身來運行，客戶端可以通過一個適配了?Arweave?的瀏覽器來訪問應用。由于瀏覽器的普及和?web?技術的廣泛應用，對于開發者而言，使用?HTML/CSS/JS?來將這些應用存儲為標準化的前端?web?應用是非常有意義的。然而，如果客戶端的本地應用內置了各類編程語言的解釋器/解析器的話，那么這些應用就可以直接在客戶端上直接運行，并且還可能受益于其與?web?端應用同等的升級能力。

開發者們能做的可不僅僅是在?Arweave?上部署無服務器的應用，這些應用還可以在網絡中寫入持續性且可證明的狀態。由于?Arweave?并沒有強制開發者使用特定的數據結構，因此開發者可以自由地以最適合他們的格式存儲數據。如果最適合應用使用的是高度優化的默克爾結構中一樣），也可以在?Arweave?網絡中輕松實現。當然，如果開發者希望存儲更多?blob?風格的文本，也是毫不費力的。

無服務器的應用還有一個非常有趣的點——它們可以寫入應用自身的數據。舉個例子，分層的分布式計算允許在訓練神經網絡的過程中存儲其結果，并與其它神經網絡共享它們的結果模型。

5.3基于事件的架構

在?Twitter?成立初期，曾經出現過一個蓬勃發展的生態系統，由開發者基于?“firehost”API?搭建的一個個小作坊式的應用組成，這些應用向付費用戶們源源不斷地發送推文。而如今情況已經完全不同了，自從?Facebook?從劍橋分析公司那里收獲了慘痛的教訓之后，這些為客戶提供數據分析服務的“值得信賴的合作伙伴”正在被任意地關停。

Arweave?是一個去中心化的公共數據網絡，因此絕不會審查數據的訪問權限以及數據本身——被民主拒絕了的內容除外。這是開發者的福音，他們可以在?Arweave?上自由地構建應用，并通過?RESTAPI?監聽傳入的數據。一旦事件被觸發，監聽器就會觸發訂閱了這些事件的客戶端去調用適當的函數。開發者再也無需擔心他們的應用被限制或關閉，因為網絡有動力為他們提供可靠的數據源訪問。

5.4免信任和可證明的架構

可以通過對應用的架構進行設計，使其非常容易實現信息的存儲并保證其防篡改。此外，還可以直接在?Arweave?網絡中存儲可證公平的運行時代碼，并由客戶端直接解釋。通過使用內容的交易?ID，客戶端可以在進行計算之前驗證?Arweave?網絡的有效負荷，并保證它們所運行的代碼是免信任且可證公平的，也就是說，它與其它客戶端運行的是同樣的代碼。這也為免信任型隨機數生成器以及其它基于預言機的服務帶來了有趣的可能性。

06

用例

永久性存儲有幾個應用場景。具體來說，一些制度要求某些文件可以存檔到一定的年數。在我們這個泛濫著假新聞和雜音的現代世界中，可查證的媒體報道、學術研究以及不可篡改的檔案正在變得越來越重要。

6.1真實性

在我們的法律體系內，常常發生因為文件的真實性而引起的訴訟。通過為創作者的數字內容提供一個無限期的可驗證存儲，Arweave?巧妙地解決了這一問題。2017年，區塊鏈證據在法律訴訟過程中的合法性得到了特拉華州的認可。這些記錄在區塊鏈上的證據可以極大地加快結束藝術版權和知識產權上的法律糾紛。這對于創意經濟而言具有雙重影響，藝術家們可以毫無顧慮的將其作品立即授予其他人使用，同時再也不用擔心被毫無必要的官司纏身。

07

結論

在本文中，我們提出了一種新型的區塊鏈網絡，以實現低成本的無法篡改的數據存儲，同時創造了一種具備高吞吐量的加密貨幣。Arweave?協議的實現離不開四項創新：一種名為?blockweave?的新型區塊鏈式數據結構；一種名為區塊影子的交易分發算法，以實現靈活可變的區塊大小；一種名為訪問證明的新型共識機制，減輕了工作量證明的依賴；以及一種名為?wildfire?的可自我優化的網絡拓撲結構。如同比特幣一樣，我們提及的每一方面的技術進步都并不復雜，然而，當把這些技術組合起來形成整個網絡時，會顯現出強大的力量。從測試網的表現結果來看，在一個公開、免信任且去中心化的網絡協議中，完全可以實現安全、可靠且無法篡改的數據存儲。除了數據存儲，任意大小的區塊使得我們可以在不依賴于復雜的共識機制的情況下實現一種高吞吐量的加密貨幣。

通過?RESTAPI，Arweave?與互聯網緊密地結合在一起，已經有一些盈利的項目建立在了在?Arweave?主網上。通過將?Arweave?和其它流行的加密貨幣、安全計算、以及智能合約協議橋接起來，可以使得低成本的永久性數據存儲被集成到去中心化應用的技術棧中。通過將密碼學和分布式系統的結合，我們為永久性記錄提供了基礎。我們希望?Arweave?能夠成為現有互聯網協議的重要伙伴；并與其它協議一同建立一個更加開放和透明的未來。

——End——

編輯：星際視界IPFSNEWSMissXiang

作者：SamuelWilliams&WilliamJones

翻譯：曾汨&Sauvignon&0dayZh

來源：金色財經

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