Что такое децентрализованное хранение в сфере блокчейн

Децентрализованное хранение — технология распределения данных на узлы, управляемые участниками. Метод выступает в роли альтернативы для централизованных серверов или хранилищ. Позволяет формировать безопасные и открытые системы для хранения и обмена информацией. Ниже разберемся, в чем особенности, как появилась такая возможность и по какому принципу работает. Разберемся с перспективами, плюсами и минусами, а также сферой применения.

Хронология развития

Децентрализованное хранение возникло в результате развития технологии блокчейн и растущего интереса к подобного рода решениям. Хронология:

• В 2008-м неизвестный разработчик (или группа создателей) под псевдонимом Сатоши Накамото опубликовал белую книгу, описывающую принципы функционирования криптовалюты Биткойн. BTC основан на технологии блокчейн, которая предоставляет децентрализованное хранение транзакций и доказательство работы (Proof-of-Work) для достижения консенсуса среди участников сети.
• 2015-й.  Виталик Бутерин и его команда запустили платформу Ethereum, предлагая концепцию смарт-контрактов. Это автоматически исполняемый софт, который работает на блокчейне, способный обрабатывать транзакции и совершать иные действия в зависимости от условий. Это позволило разработчикам создавать приложения DApps, включая решения для децентрализованного хранения данных.
• В 2015-м Хуан Бенет представил IPFS, протокол и сетевую модель для формирования распределенной, стойкой системы хранения и обмена данными. Сервис использует блокчейн-подобную структуру, обеспечивающую децентрализацию и защиту от цензуры.

Появилось множество проектов, разрабатывающих децентрализованные хранилища данных на основе blockchain и других технологий. К таковым относятся Filecoin (основан на IPFS), Storj, Sia и другие. Они предлагают решения для безопасного и надежного хранения, используя децентрализованные сети узлов, и предоставляют механизмы для вознаграждения участников.

С развитием блокчейн-технологии и децентрализованных хранилищ возникла необходимость в идентификации пользователей и устройств. Проекты типа Sovrin, uPort и Civic предлагают решения для decentralized управления цифровой идентичностью, позволяя контролировать личные данные и предоставлять доступ к ним третьим сторонам без привлечения централизованных арбитров.

Децентрализованное хранение продолжает развиваться и интегрироваться с другими подобными технологиями, такими как DeFi-финансы, автономные организации (DAO) и токенизация активов. Это расширяет сценарии, обеспечивая безопасность, прозрачность и контроль для пользователей.

Как работает

Децентрализованное хранение основано на принципах распределения, когда данные хранятся на узлах в сети, а не на управляемых одним лицом серверах. 

Принципы работы:

• Распределенная сеть узлов. В decentralized сети хранения данных на блокчейне участвуют множество узлов, каждый из которых имеет копию информации. 
• Хеширование и криптографическая безопасность. Данные, находящиеся в блокчейне, разделяются на блоки, которые связаны друг с другом, с использованием криптографических хеш-функций. Подход гарантирует целостность, так как изменение сведений в одном блоке приведет к корректировке хэшей в последующих блоках, что заметно для всех участников сети.
• Консенсус: в decentralized-сетях необходим механизм, предусматривающий согласование состояния и внесение изменений в хранилище данных. В зависимости от применяемой технологии механизмы консенсуса могут варьироваться. Чаще используются Proof-of-Work (доказательство работы) и Proof-of-Stake (доказательство доли).
• Вознаграждение участников. В некоторых децентрализованных сетях, предоставляющим ресурсы для хранения данных других пользователей, могут предоставляться вознаграждения. Последние выплачиваются в виде токенов или других криптовалютных активов, что стимулирует участников поддерживать сеть и делиться свободным местом на устройствах.
• Смарт-контракты и Dapps-приложения. В некоторых блокчейн-платформах, таких как Ethereum, хранение может интегрироваться со смарт-контрактами и децентрализованным софтом. Smart-контракты представляют собой автоматически исполняемые программы, которые работают на блокчейне и обеспечивают выполнение действий в соответствии с условиями. Это позволяет создать сложные и функциональные системы для надежного хранения данных с автоматизированным управлением доступом, вознаграждениями и иными функциями.
• Прозрачность и неизменность. Благодаря использованию блокчейн-технологии, децентрализованные хранилища обеспечивают прозрачность и неизменность данных. Операции записываются фиксируются в узлах цепи и доступны для просмотра участникам. После записи в блокчейн данные не могут быть изменены без обнаружения, что увеличивает доверие к системе.
• Шардинг и распределенное хранение. В некоторых блокчейн-системах для decentralized-хранения используется метод шардинга, который позволяет разбивать информацию на части и хранить их в разных узлах. 
• Верификация: децентрализованные хранилища используют механизмы для проверки данных, сохраняемых в системе. Например, в Filecoin применятся доказательство времени и пространства (Proof-of-Spacetime), чтобы убедиться, что участники хранят сведения, за которые они получают вознаграждение.

Рассматриваемая опция работает на основе принципов распределенного хранения, криптографической безопасности, консенсуса между участниками и интеграции со смарт-контрактами и децентрализованными приложениями.

Виды децентрализованного хранения данных

• Интерпланетарная файловая система (IPFS). Протокол и сетевая модель для создания распределенной системы обмена данными. Использует контент-адресное хранение, что позволяет идентифицировать файлы по содержимому, а не по местоположению.
• Filecoin (FIL). Децентрализованная сеть, основанная на IPFS. Предоставляет механизмы для вознаграждения участников, предоставляющих ресурсы для хранения данных других пользователей. Использует токен FIL как средство оплаты и мотивацию для участников сети.
• Storj (Storj). Облачный сервис, который разбивает файлы на части и шифрует их перед хранением на разных узлах сети. Участники получают вознаграждения в токенах STORJ за предоставление ресурсов.
• Sia (SC). Позволяет арендовать свободное место на дисках других пользователей сети. Использует смарт-контракты для управления арендой и оплатой, а участники получают вознаграждение в токенах Siacoin.
• Arweave (AR). Протокол хранения данных, основанный на блокчейне. Использует структуру, называемую “блоковая плетень” (blockweave), которая позволяет оптимизировать нахождение и извлечение информации, а также уменьшить нагрузку на узлы сети.
• Swarm. Распределенная платформа, созданная для работы с Ethereum. Предоставляет инфраструктуру для децентрализованных приложений (DApps) и веб-сайтов на основе Эфириум, обеспечивая хранение и доставку данных. Использует токен BZZ для вознаграждения участников, которые предоставляют ресурсы.
• MaidSafe. Проект, который стремится создать децентрализованную сеть для хранения и обмена данными. Работает на базе технологии, называемой “Self-Encrypting Data” (самошифрующиеся сведения), которая автоматически кодирует и разбивает файлы на части перед их сохранением в сети. Участники получают вознаграждение в виде токена SAFE.
• Akash Network (AKT). Децентрализованная платформа для развертывания облачных приложений с возможностью хранения. Использует технологию контейнеров для упрощения упомянутого выше процесса и позволяет участникам арендовать неиспользуемые ресурсы других участников сети. Пользователи получают вознаграждение в монетах AKT.

Приведенные виды децентрализованного хранения предлагают улучшенную безопасность, надежность, прозрачность и контроль над данными. Вознаграждения для участников, предоставляющих ресурсы, стимулируют развитие сети и создание масштабируемой инфраструктуры.

Отличие от централизованного хранения

Децентрализованное хранение отличается от централизованного в следующих аспектах:

• Распределение данных. В decentralized-версии сведения находятся на множестве узлов в сети, а не на централизованных серверах. Это снижает риск сбоев и атак, поскольку нет единой точки отказа.
• Гибкость: рассматриваемые системы могут легче адаптироваться к изменениям, благодаря модульной архитектуре и возможности добавления или удаления узлов без воздействия на производительность.
• Цензуроустойчивость: децентрализованные платформы делают цензуру и контроль информации сложнее, поскольку нет единого провайдера или организации, способной контролировать или ограничивать доступ к дезинформации.
• Контроль данных. В централизованных системах управление осуществляется одной организацией или провайдером услуг, что может привести к проблемам с прозрачностью и монополизацией рынка. В децентрализованных системах пользователи имеют больше контроля над данными и возможность выбирать, какие узлы будут использоваться.
• Экологичность: рассматриваемые системы более экологичные, так как они используют незадействованные ресурсы участников сети, что может снизить потребление энергии.
• Инновации. Децентрализованные платформы способствуют развитию и экспериментам с новыми технологиями, благодаря открытым протоколам и гибкой архитектуре.

Где применяется

Сферы применения децентрализованных систем хранения данных на блокчейне многообразны и постоянно расширяются:

• Облачное хранение с предоставлением большего контроля над данными и большей безопасностью.
• Создание и поддержка Dapps-приложений, обеспечивая распределенное хранение и обмен информацией между приложениями и их пользователями.
• Хостинг веб-сайтов и других интернет-ресурсов. Обеспечивает большую устойчивость к атакам и цензуре.
• Управление цифровыми активами для безопасности криптовалюты, токенов и NFT.
• Хранение и управление документами, связанными с интеллектуальной собственностью: патенты, авторские права и торговые марки.
• Обмен критическими и чувствительными данными, такими как персональные сведения, финансовые отчеты и медицинские записи.
• Сохранение информации, связанной с блокчейн-платформами и смарт-контрактами. Речь идет транзакциях, состоянии сети и исполняемом коде.
• Обмен научными данными, такими как геномные последовательности, клинические сведения, статьи и результаты экспериментов. Позволяет ученым и исследовательским группам сотрудничать и делиться информацией безопасно.
• Безопасное отслеживание товаров на протяжении цепочки поставок, предоставляя информацию об источнике, состоянии и перемещении объектов между участниками.
• Цифровое образование с применением специальных материалов: курсы, лекции и учебные планы. Результат — обеспечение доступа к образованию для студентов.
• Обмен и хранение с применением распределенных вычислительных платформ для обработки и анализа больших объемов данных, что полезно для прогнозирования погоды, научных исследований и оптимизации процессов.
• Цифровая идентификация. Речь идет о хранении и управлении идентификаторами электронных паспортов, водительских удостоверений и т. д. Обеспечивается гибкость, безопасность и прозрачность идентификации пользователей.

Плюсы и минусы

Применение децентрализованных хранилищ имеет слабые и сильные места, которые для наглядности внесем в таблицу.

Перспективы

Перспективы развития decentralized хранения обнадеживающие, учитывая растущий интерес к блокчейн-технологии и децентрализации. 

Главные направления развития:

• Исследования и инновации в области блокчейн-технологии продолжают развиваться, что может привести к улучшению производительности, масштабируемости.
• Децентрализованные системы хранения данных могут интегрироваться с другими блокчейн-проектами и технологиями, такими как смарт-контракты, DeFi-финансы и цифровые идентификаторы для создания новых продуктов и сервисов.
• Создание общих стандартов и протоколов, что может упростить использование и интеграцию, а также способствовать массовому принятию.
• Разработка и внедрение более экологически устойчивых алгоритмов консенсуса, таких как Proof-of-Stake (доказательство доли) или иных энергоэффективных альтернатив. Это может сделать децентрализованные системы хранения привлекательными с точки зрения экологии.
• Образовательные программы и кампании по осведомлению о преимуществах и возможностях могут способствовать распространению технологий.
• Развитие регулятивного и правового окружения, которое учитывает специфику децентрализованных систем хранения, способствует дальнейшему росту и интеграции

Итоги

Децентрализованное хранение данных предлагает множество преимуществ: безопасность, прозрачность, цензуроустойчивость и контроль. Но есть и определенные недостатки, включая сложность, относительно низкую производительность, ресурсоемкость и правовые проблемы. Несмотря на ряд слабых мест, рассматриваемая сфера будет развиваться и в будущем, а сфера ее применения только увеличится.