Arweave第17版白皮書解讀（一）：空間與時間的穿越

2024-03-18 13:03:52

作者：Arweave Oasis中文；來源：作者推特

寫在前面

經過此前多篇關於Arweave共識機制迭代文章的「前情鋪墊」。相信關注 Arweave 的朋友肯定對這個協議的共識機制有了比較直觀的了解。但筆者自己卻總有一個小小的疑惑：既然 2.6 版本那么具有裏程碑意義，為什么它的共識機制卻沒有一個具體的命名呢？（我之前用的是限速版 SPoRA 機制來命名）。帶着這個問題，我與Arweave官方的核心共識機制工程師作了深度的討論，得知 SPoRes 簡潔復制證明其實就算是 Arweave 2.6 的共識機制名稱。

好吧，那也就意味着官方在 2023 年 12 與 26 日發布的題為《Arweave: The Permanent Information Storage Protocol》的第 17 版白皮書基本就是 Arweave 2.6 的官方解釋文件，只不過那時的版本號已經到了 2.7.0。好消息是此前《一文讀懂 Arweave 的共識機制迭代歷程》《Arweave 2.6 也許更符合中本聰的愿景》這兩篇文章，基本上涵蓋了 Arweave 機制的重要內容。對於想淺嘗的朋友來說這些就夠了。

但我還是決定對第 17 版白皮書做一些更加深入的逐章解讀，這對於高階 Arweave 參與者來說很有必要。因為如果你讀過它，那滿坑滿谷的數學公式與建模論證會讓人望而卻步，不過也許這才是協議之美的最好表達。

白皮書地址：https://www.arweave.org/files/arweave-lightpaper.pdf

跨越空間與時間

印刷術之於人類文明有着深遠的影響。它的出現讓人類信息的傳播與膨脹速度急劇增加，直至 20 世紀末互聯網的出現讓其達到了頂峯。信息的高效傳播讓社會透明度增加並促成了個體意識的覺醒。盡管如此，互聯網仍受中心化機構的控制與審查，由於中心化分發意圖操縱信息流傳播的原因而導致的信息繭房是目前人類個體面臨的最大問題。每年都會有一定比例的有用信息因此而丟失。

Arweave 的誕生就承載了解決該問題的使命。在其白皮書开篇，明確定義了 Arweave 協議為：

在空間和時間兩個維度中以去中介化（Disintermediated）的形式傳輸信息的協議。

這裏提到了兩個維度：空間與時間。區別於地球上 99% 的數據存儲服務，它就像是一顆「時間膠囊」，不僅承載着信息數據，還將時間這個重要維度加入其中。

將這兩者相結合之後，Arweave 協議的形態就成為了一個永久性的信息存儲系統。「永久性」這個詞有多種定義：《牛津英語詞典》將其定義為「持續存在或無限期保持不變」，而《韋氏詞典》則將該詞定義為「繼續或持久存在，無基本或顯著變化」。

基於這兩個對永久性的定義，Arweave 應該是在以最大可能的期限範圍內存儲數據，且數據不能發生任何變化。為了實現這個目標，Arweave 的協議由需要有三個核心原則：

加密存儲證明：一個簡潔的加密證明系統，用於驗證數據的復制和可訪問性。
存儲保險基金：一個可預測的、自執行的保險基金，利用隨時間發展而發生的技術進步帶來的通貨緊縮效應來支付永久存儲的費用。
激勵演化：通過生成和獎勵非強制性的網絡升級，允許協議長期具有健康的迭代機制。

而實現它們的主要方式是通過「簡潔復制證明 SPoRes」這一全新的區塊鏈共識機制來達成目標，這是一個能夠以最大化去中心化程度的同時，還保持最小化計算成本與帶寬需求的協議。它和與之配合的存儲保險基金一同構建了一個激勵數據復制存儲的模式，讓網絡得以完全以自主、透明和可預測的方式持續運行幾百年。

對中本聰共識的調整

去中心化共識是分布式計算的一個子領域，它涵蓋了對網絡中的參與者，即使是有競爭關系的參與者，也能就某一個狀態達成一致協議的重要研究。這個子領域隨着比特幣「中本聰共識」的出現而獲得廣泛的關注，該機制首次允許在競爭和無需許可的環境中達成一致共識。由於這一創新，比特幣創造了第一個不依賴於中心化人類行為者來管理貨幣政策的數字貨幣，並一直良好地運行了 10 多年。

Arweave 從比特幣工作量證明機制中獲得達成共識的靈感，並對其進行了一些調整，讓其符合網絡內信息的永久性存儲的目標。

Arweave 是一個由「節點」組成的全球去中心化共識系統，這些節點共同存儲上傳到系統的所有數據的多個副本。希望在 Arweave 上存儲信息的用戶向網絡的存儲基金支付一次性的存儲費用，並通過將數據傳輸給網絡內的節點來上傳相應的數據。每當某個節點成功挖掘（確認）出一個區塊時，節點們就會定期對新進入全球分布式數據庫網絡中的數據達成共識。一個區塊中包含着一個交易列表，每個交易又包含了要存儲到網絡中的新數據，或者是其數字貨幣AR的轉账交易，或者兩者都有。挖礦是指每個節點在接受新數據進入網絡的同時，也驗證先前上傳數據的存儲情況的一個過程。節點在確認包含交易的區塊後，便從網絡中的其他節點「拉取」他們想要復制以進行挖礦的數據。

協議設計的原則

該協議設計的兩個主要原則是：

極簡主義：協議設計旨在保持直接和最小程度的主觀判斷，以促進盡可能廣泛的網絡共識。Arweave 僅在構建其數據結構和算法時使用了經過良好測試的加密原語。
通過激勵進行優化：協議不是以規定其所期望的行為為主要目標，而是以激勵參與者達成其理想結果為主要目標。所以實現這些結果的具體機制將是自然產生，並隨時間而演化的。

Arweave 協議只專注於永久且可擴展的數據存儲這個愿景，在這種極簡且專注的設計原則之下，使得建立在協議之上的應用層有高度的可擴展性和可組合性，網絡的應用範圍也變得更加廣泛且多樣化。這在近幾年中催生出了大量去中心化智能合約平臺、數據庫和應用程序。此外，Arweave 的高效證明系統對硬件和帶寬的要求極低，最大化了網絡的參與度和去中心化程度。

比特幣中高效挖礦的激勵措施已促成了計算哈希速度的顯著提升以及成本的降低

而以激勵為促進優化的方式也非常有效。我們以比特幣網絡為例，比特幣獎勵礦工發現一個隨機數（nonce），該隨機數與一個候選區塊一起，產生一個低於某個特定值（難度系數）的哈希值。這激勵了礦工不斷尋找以最低成本計算最大數量哈希值的方法，所以就有了專用 ASIC 礦機的發展，自 2011 年以來，每秒可計算的哈希數暴增了 10^13 倍。比同周期內的摩爾定律（10^10）增長速度還要快。此外，這也導致了同期比特幣網絡中每個哈希的成本下降了 100 萬倍，具體曲线可見圖示。因此，基於這種原則的啓發，我們在 Arweave 協議中，將比特幣的激勵機制調整為以激勵參與者優化解決存儲證明和數據傳輸問題的解決方案。

這就是 Arweave 協議背後基於空間與時間考量的機制設計原則。下一篇文章將系統性地解讀白皮書中非常核心的的部分——存儲的加密證明是如何實現的。