Web3 Dezentralisierte Speicherung: IPFS, Filecoin, Arweave und die Neugestaltung der digitalen Dateninfrastruktur

1. Die inhärenten Probleme der zentralisierten Cloud-Speicherung und die Entstehung der dezentralisierten Speicherung in Web3

Derzeit ist die gängige Speicherung im Internet zentralisiert (AWS, Alibaba Cloud, Tencent Cloud usw.), wobei alle Dateien in den eigenen Rechenzentren der Anbieter gespeichert werden. Dies führt zu vier grundlegenden, nicht zu behebenen Mängeln:

• Datenrechte gehören nicht den Nutzern: Die Plattform hat das Recht, Dateien zu löschen, zu sperren oder zu entfernen, was dazu führt, dass Inhalte leicht zensiert, gesperrt oder zwangsweise entfernt werden können. Wenn der Dienstanbieter den Dienst einstellt oder seine Geschäfte reduziert, gehen die Dateien direkt verloren und die Links führen dauerhaft zu 404.
• Extrem hohes Risiko von Einzelpunktfehlern: Stromausfälle in Rechenzentren, Serverausfälle oder Hackerangriffe können zu massiven Datenlecks oder einem vollständigen Ausfall des Zugriffs führen. In der Vergangenheit gab es mehrfach großflächige Ausfälle bei großen Cloud-Anbietern.
• Daten sind manipulierbar und die Rückverfolgbarkeit ist schwierig: Anbieter können Bilder, Dokumente und Videos im Hintergrund ändern, und Nutzer haben keine kryptographischen Nachweise, um den Inhalt der Originaldateien zu belegen. Die Vertrauenswürdigkeit von digitalen Kunstwerken, Archiven und Forschungsdaten ist schwer zu garantieren.
• Unfreundliches Kostenmodell: Monatliche Abonnements für Speichergebühren + hohe Ausgaben für Datenübertragung führen dazu, dass die Kosten für langfristige Archivierung und Speicherung großer Mengen statischer Materialien kontinuierlich steigen. Die langfristige Speicherung großer KI-Datensätze und NFT-Bibliotheken ist kostspielig.

Die dezentralisierte Speicherung in Web3 basiert auf P2P-Netzwerken, kryptographischen Hashes und Blockchain-Anreizen, die Dateien verschlüsseln und in fragmentierter Form auf unzähligen unabhängigen Knoten weltweit speichern. Dadurch wird der Speicherressourcenmarkt offen und frei, was das Problem der monopolartigen zentralisierten Speicherung vollständig löst. Die drei Kernlösungen der Branche sind IPFS, Filecoin und Arweave, die sich gegenseitig ergänzen und gemeinsam die Umsetzung von On-Chain-Daten, digitalen Vermögenswerten und KI-Datensätzen in allen Szenarien unterstützen.

2. Einfache Erklärungen der drei Kernprotokolle für dezentrale Speicherung

1. IPFS: Ein nicht-anreizbasiertes Übertragungsprotokoll, die allgemeine Dateiebene von Web3

IPFS, das InterPlanetary File System, ist ein Peer-to-Peer-Dateiübertragungsstandard, der keine eigenen Token oder Mining-Anreize mitbringt. Die Kerninnovation ist die Inhaltsadressierung durch den CID-Hash, die die traditionelle HTTP-Logik der Positionsadressierung vollständig revolutioniert.

• Traditionelles HTTP: Dateien werden über die Serveradresse lokalisiert; wenn der Server verschwindet, ist der Link ungültig.
• IPFS-Logik: Nach dem Hochladen einer Datei wird ein einzigartiger Hash-Fingerabdruck (CID) generiert. Wenn sich der Inhalt der Datei ändert, ändert sich der CID entsprechend. Jeder Knoten im Netzwerk, der diese Datei speichert, kann sie dauerhaft abrufen, ohne dass 404-Fehler auftreten.

Dateien werden automatisch in kleine Stücke zerlegt und redundant auf globalen Knoten gesichert, was sie ideal für DApp-Frontends, NFT-Bilder, statische Webseiten und kleine Dokumentenspeicher macht. Da IPFS jedoch keine wirtschaftlichen Anreize bietet, haben die Knoten keinen Anreiz, Dateien langfristig zu hosten. Daher kann IPFS allein nicht garantieren, dass Daten dauerhaft gespeichert werden, weshalb Filecoin als Anreizschicht benötigt wird.

2. Filecoin: Anreizbasierter Speicherplatzmarkt für IPFS, der Hauptakteur für kommerzielle Großspeicher

Filecoin ist ein auf IPFS basierendes Blockchain-Anreiznetzwerk, das einen standardisierten Speicherbedarf und -angebot-Markt aufbaut, um das Problem des Mangels an Anreizen für IPFS-Knoten zu lösen. Es ist auch das größte dezentrale Speichernetzwerk mit effektiver Speicherkapazität im gesamten Netzwerk.

Kerntechnologien und Nachweismechanismen

• Proof of Replication (PoRep): Bestätigt, dass Miner die verschlüsselten Fragmente der Nutzer tatsächlich und vollständig speichern und verhindert somit das Erstellen leerer Festplatten.
• Proof of SpaceTime (PoSt): Miner reichen regelmäßig Nachweise ein, um zu belegen, dass sie Daten langfristig aufbewahren. Bei Verstößen gegen die Regeln werden die hinterlegten Token beschlagnahmt (Slash).
• Das Netzwerk ist in zwei Märkte unterteilt: den Speicher-Markt (Nutzer zahlen für die Miete von Festplattenspeicher) und den Abruf-Markt (Knoten bieten Datei-Downloads an und erhalten dafür Belohnungen). Jeder Einzelne oder jede Institution kann ungenutzte Festplattenspeicher als Speicher-Miner zur Verfügung stellen und ungenutzte Speicherressourcen monetarisieren.
• Anwendungsbereiche: TB-große Materialien, KI-Trainingsdatensätze, Metaverse-Videos, langfristige Archivierung durch Institutionen, modulare Rollup-Transaktionsdaten.

3. Arweave: Ein Netzwerk für permanente Speicherung, einmalige Zahlung, dauerhafte Datenaufbewahrung

Im Gegensatz zur vertraglich geregelten Speicherung von IPFS und Filecoin konzentriert sich Arweave auf permanente Speicherung (Permaweb) und hat die Blockweave-Struktur entwickelt, bei der jeder neue Block mit historischen zufälligen Blöcken verbunden ist. Der Konsensmechanismus SPoRA zwingt Miner dazu, alle historischen Daten zu speichern; wer alte Blöcke nicht speichert, kann nicht am Mining teilnehmen.

Einzigartiges Wirtschaftsmodell

1. Nutzer zahlen nur einmal für die Speicherung von Dateien, wobei der Großteil der Gebühren in einen dauerhaften Spendenfonds fließt. Der Fonds finanziert langfristig die Miner, was theoretisch garantiert, dass Daten mindestens 200 Jahre lang gespeichert werden, ohne dass monatliche Gebühren anfallen und ohne das Risiko des Verlusts von Daten bei Vertragsablauf.
2. Anwendungsbereiche: NFT-Metadaten, historische Archive, rechtliche Nachweise, akademische Literatur, dezentrale statische Websites, nicht löschbare On-Chain-Zertifikate.

3. Vollständiger Vergleich zwischen dezentraler Speicherung und zentralisierter Cloud-Speicherung

4. Tiefgehende Erklärungen zu vier zentralen Anwendungsbereichen

(1) Dauerhafte Speicherung von Daten: Lösung des Problems des Verschwindens digitaler Informationen

Traditionelle Webseiten, Bilder und Archive sind auf zentralisierte Server angewiesen, und viele frühere Internetressourcen und historische Aufzeichnungen verschwinden vollständig mit dem Zusammenbruch der Plattformen.

Die dezentrale Speicherung nutzt redundante Sicherungen und Token-Anreize, um einen langfristigen Aufbewahrungsmechanismus zu schaffen: Filecoin sichert durch Speicherverträge mehrere Jahre Hosting; Arweave ermöglicht mit einer einmaligen Zahlung eine jahrzehntelange permanente Archivierung. Regierungsarchive, Medienmaterialien, Open-Source-Code und akademische Arbeiten werden zunehmend in dezentrale Netzwerke migriert, um eine digitale Bibliothek zu schaffen, die niemals verschwindet.

(2) Standardisierte Speicherung von NFT-Metadaten, die Grundlage des Wertes digitaler Vermögenswerte

Die Blockchain zeichnet nur den Besitz und die Übertragungsprotokolle von NFTs auf. Bilder, Videos und beschreibende Merkmale sind groß und können nicht direkt in die Blockchain integriert werden. Frühe Projekte verwendeten häufig zentralisierte Clouds zur Speicherung von Materialien. Wenn der Dienstanbieter die Materialien entfernt, bleibt das NFT nur noch eine leere Hülle auf der Blockchain, und der Wert des Vermögenswerts sinkt auf null.

• Branchenübliche Lösung: NFT-Bilder und Merkmale werden in IPFS/Arweave hochgeladen, und der einzigartige CID-Hash wird im Vertrag aufgezeichnet.
• Arweave eignet sich für Blue-Chip-NFTs und langfristige Sammlungen: Einmalige Zahlung für dauerhafte Speicherung, um den Verlust von Metadaten zu verhindern.
• IPFS + Filecoin eignet sich für große Mengen an PFPs und In-Game-Items: große Kapazität und kostengünstige Massenlagerung.

Der CID-Hash ist mit dem NFT verknüpft, sodass jeder die Unveränderlichkeit der Materialien überprüfen kann, was die Authentizität und den langfristigen Wert digitaler Sammlerstücke vollständig gewährleistet.

(3) Dezentrale Datensätze für große KI-Modelle, die Datenmonopole aufbrechen

Derzeitige Herausforderungen in der KI-Branche: Trainingsdatensätze sind in den Händen führender Technologieunternehmen konzentriert, und Datenbesitzer können ihre eigenen Materialien nicht teilen oder monetarisieren. Der Trainingsprozess birgt Risiken von Datenlecks und Urheberrechtsverletzungen. Dezentrale Speicherung bietet eine vollständige Lösung:

• Große Mengen an Trainingsmaterialien werden in fragmentierter, verschlüsselter Form gespeichert und der Zugriff wird bedarfsgerecht autorisiert, ohne dass originale private Daten offengelegt werden.
• Datensätze werden tokenisiert, und DataDAOs verteilen die Trainingsgewinne über Smart Contracts, sodass die Materialerzeuger weiterhin an den Einnahmen beteiligt sind.
• Zero-Knowledge-Proofs ermöglichen es Institutionen, die Konformität der Datensätze zu überprüfen, ohne die vollständigen Originaldaten zu erhalten.
• Filecoin kann TB- und PB-große Trainingsmaterialien kostengünstig unterstützen und mehrere Iterationen von Modelltrainings ermöglichen.
• Ein dezentraler Datensatzmarkt entsteht, um die Open-Source-Teilhabe an KI-Daten und eine faire Verteilung der Rechte zu realisieren.

(4) Vollständige Analyse des Wirtschaftsmodells für Speicher-Mining

1. Filecoin-Mining-Mechanismus

• Teilnahmevoraussetzungen: Unbenutzter Festplattenspeicher, Hinterlegung von FIL-Token als Leistungsgarantie.
• Einnahmequellen: Nutzer zahlen für Speicheraufträge, Blockbelohnungen und Gebühren für Downloads.
• Regelungen: Wenn Nachweise nicht rechtzeitig eingereicht werden oder Daten verloren gehen, kann dies zur Beschlagnahmung der hinterlegten Token führen.
• Marktregulierung: Angebot und Nachfrage passen sich automatisch an. Wenn die Nachfrage nach Speicher steigt, erhöht sich der Preis für FIL-Speicher, was mehr Miner anzieht und den Markt selbst ausbalanciert.

2. Arweave-Mining-Mechanismus

• Teilnahmevoraussetzungen: Speicherung aller historischen Blöcke im Netzwerk auf Festplatten, keine großen langfristigen Hinterlegungen erforderlich.
• Einnahmequellen: Langfristige Dividenden aus dem Spendenfonds und Blockbelohnungen in AR-Token.
• Kernvoraussetzungen: Der SPoRA-Konsens verlangt von Minern, seltene historische Blöcke abzurufen, um am Mining teilzunehmen. Wer keine vollständigen historischen Daten speichert, kann nicht minen, was einen natürlichen Anreiz zur permanenten Speicherung schafft.
• Kostenmerkmale: Einmalige Zahlung ohne nachfolgende Gebühren, langfristig stabile Speicherkosten, die nicht von kurzfristigen Token-Schwankungen betroffen sind.

Zusammenfassung der Unterschiede zwischen den beiden Mining-Routen

Filecoin tendiert zu kommerziellen, bedarfsorientierten Großspeichern, während die Mining-Einnahmen mit den Marktaufträgen schwanken. Arweave hingegen konzentriert sich auf permanente Archivierung, wobei die Mining-Einnahmen auf langfristigen Fonds basieren, was zu stabileren und langfristigeren Erträgen führt.

5. Entwicklungstrends der dezentralen Speicherindustrie

• Schichtanpassung an die gesamte Web3-Architektur: Tiefe Zusammenarbeit mit Layer2, modularen DA-Schichten und ZK-Cross-Chain, wobei Rollup-Transaktionsdaten und On-Chain-Zertifikate einheitlich in Filecoin gespeichert werden, was die Speicherkosten für Ethereum-Blob erheblich senkt.
• Standardisierung der NFT-Metadaten in der Branche: Neue Projekte verwenden einheitlich IPFS/Arweave zur Speicherung von Materialien, während zentralisierte Clouds zur Speicherung von Metadaten schrittweise vom Markt verdrängt werden.
• Explosion der dezentralen KI-Datenwirtschaft: Tokenisierung von Datensätzen und die großflächige Umsetzung von DataDAOs machen dezentrale Speicherung zum Standard für das Training großer Modelle.
• Verbreitung hybrider Speicherlösungen: IPFS übernimmt den schnellen Zugriff auf heiße Daten, Filecoin speichert große Mengen kalter Daten, und Arweave bewahrt permanente Nachweise auf, wobei die drei zusammen Geschwindigkeit, Kosten und Nachhaltigkeit ausbalancieren.
• Senkung der Zugangshürden für Tools: Ein-Klick-Hosting und Wallet-zu-Speicher-Gateway-Verbindungen werden ausgereift, sodass gewöhnliche Kreatoren und kleine Unternehmen dezentrale Speicherung ohne tiefgehende Blockchain-Kenntnisse nutzen können.

Fazit

Dezentrale Speicherung ist nicht nur ein Ersatz für Cloud-Speicherung, sondern die Grundlage für Datenhoheit im Web3-Zeitalter. IPFS bietet einen allgemeinen Standard für Dateiübertragungen, Filecoin baut einen kommerziellen Markt für große Speicherkapazitäten auf, und Arweave erfüllt die Anforderungen an die dauerhafte Speicherung digitaler Informationen. Die Kombination dieser drei Technologien ermöglicht die nahtlose Integration in NFT, DeFi, KI, Blockchain-Spiele und Archivierungsnachweise. Sie gibt die Kontrolle über Daten an die Nutzer zurück und schafft ein offenes, zensurresistentes und unveränderliches Netzwerk für verteilte Daten, das eine weitere grundlegende Säule für die großflächige Umsetzung von Web3 darstellt, neben schichtweiser Skalierung, modularer Blockchain und ZK-Technologie.

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