Evolution der dezentralisierten Cloud-Services

Zusammenfassung

Dezentrale Cloud-Services wurden lange Zeit als eine der wichtigsten realen Anwendungen der Blockchain-Technologie angesehen. Die Integration von Web3 und Cloud-Services präsentiert eine spannende Erzählung, die durch die Einbeziehung von KI weiter verbessert wird. Die Erzielung eines sofortigen Konsenses für Berechnungen in einer rein asynchronen Umgebung wie Cloud-Services stellt für DFINITY IC erhebliche technische Herausforderungen dar. Arweave AO befreit sich von den Einschränkungen traditioneller Blockchains, indem es Berechnungen oder Konsens nicht direkt behandelt. Stattdessen verwendet es ein ökonomisches Modell und eine träge Verifikation, um die Genauigkeit der Berechnungsergebnisse zu garantieren und bietet damit einen neuartigen Ansatz für dezentrales Computing.

Grundlegende Einführung

Die Cloud ist eine IT-Umgebung, die skalierbare Ressourcen abstrahiert, aggregiert und über ein gesamtes Netzwerk teilt. Diese Ressourcen umfassen Rechenleistung, Speicher und Netzwerkbandbreite. Zu den wichtigsten technischen Merkmalen gehören Virtualisierungstechnologie, verteiltes Ressourcenmanagement und parallele Ausführungstechnologie. Im Vergleich zu traditionellen IT-Umgebungen, die auf physischen Maschinen basieren, ist die Cloud kostengünstiger, skalierbarer und einfacher zu verwalten.

Cloud-Services, Cloud-Computing und Cloud-Speicherung sind Unterkonzepte, die sich aus dem weiter gefassten Konzept der Cloud ergeben. Cloud-Computing bezieht sich darauf, Rechenleistungen über die Cloud bereitzustellen, Cloud-Speicherung bezieht sich darauf, Speicherleistungen über die Cloud bereitzustellen, und Cloud-Services umfassen verschiedene IT-Services, die über die Cloud bereitgestellt werden, einschließlich Rechen- und Speicherleistungen. Es ist erwähnenswert, dass Cloud-Computing und Cloud-Services in vielen Kontexten oft als synonym angesehen werden, aber dieser Artikel unterscheidet zwischen den beiden.

Derzeit wird der Cloud-Services-Markt von mehreren großen Playern dominiert. Global gesehen entfallen auf Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Platform (GCP) und Microsoft Azure über 60% des Marktes. Auf dem heimischen Markt halten Alibaba Cloud, Tencent Cloud und Huawei Cloud etwa 60% des Marktes in China, was einen signifikanten Matthäus-Effekt zeigt.

Dezentrale Cloud-Dienste hingegen stören das aktuelle Cloud-Service-Modell durch Blockchain-Technologie. Sie verlassen sich auf Marktkräfte, um den Wert und die Zuweisung von Rechenleistung, Speicherplatz und Bandbreite zu bestimmen.Dies erreicht nicht nur eine effizientere und direktere Ressourcenallokation, sondern bricht auch das Monopol der Cloud-Service-Giganten. Da alle zugrunde liegenden Ressourcen von den Benutzern bereitgestellt werden, können Benutzer bei einer ungeeigneten wirtschaftlichen Struktur eines dezentralen Cloud-Service-Netzwerks wählen, das Netzwerk zu verlassen oder anderen dezentralen Cloud-Service-Netzwerken beizutreten. Dies beschränkt die Fähigkeit dezentraler Cloud-Service-Anbieter, schädliche Praktiken zu betreiben.

Der Weg der dezentralisierten Cloud-Service-Entwicklung

Dezentrale Berechnung wird hier nicht erwähnt, weil der Autor glaubt, dass es eine falsche Behauptung ist. Erstens sind Smart Contracts in der Blockchain von Natur aus für dezentrale Berechnungen verantwortlich. Zweitens bedeutet Dezentralisierung bei komplexen Berechnungsaufgaben eine Verschwendung von Rechenleistung. Man sollte Dezentralisierung nicht um ihrer selbst willen verfolgen; überprüfbare verteilte Berechnungen könnten eine bessere Wahl sein, was der Autor später erläutern wird.

Im Vergleich zur sofortigen Berechnung ist persistenter Speicher eindeutig ein hervorragendes Anwendungsszenario für Dezentralisierung. Es ermöglicht, Daten in einem dezentralen Netzwerk zu speichern und zu verteilen, was sie unveränderlich und widerstandsfähig gegen Zensur macht. Tatsächlich ist dezentraler Speicher bereits eine der erfolgreichsten Anwendungen von Blockchain in nicht-finanziellen Szenarien geworden.

Im Jahr 2014 schlug Protocol Labs IPFS vor, Das InterPlanetary File System, das die Tür zu dezentralem Speicher im kosmischen Maßstab öffnet. IPFS implementierte inhaltsbasierte Dateiadressierung, wodurch verhindert wird, dass dieselbe Datei mehrmals gespeichert wird und erheblich Speicherplatz gespart wird. Es verwendet auch ein P2P-Netzwerk, das Daten gleichzeitig von mehreren Knoten herunterladen kann und somit die Bandbreitenkosten erheblich reduziert. Dies machte IPFS zum zugrunde liegenden Protokoll für viele dezentrale Speicherprojekte, wobei Filecoin das repräsentativste ist.

Im Juli 2017 kündigte Protocol Labs, der Entwickler von IPFS, die Gründung des Filecoin-Projekts an. Filecoin ist eine Anreizanwendungsschicht und ein Blockchain-Public-Chain-System auf der IPFS-Netzwerk. Es übernimmt einen hybriden Konsensmechanismus, der hauptsächlich auf dem Expected Consensus (EC) basiert und durch Proof of Spacetime (PoSt) und Proof of Replication (PoRep) ergänzt wird. Filecoins Vision besteht darin, eine Vielzahl von Knoten weltweit zu incentivieren, Speicher- und Abrufdienste bereitzustellen und die weit verbreitete Nutzung des IPFS-Dateispeicherungs- und Übertragungsprotokolls zu fördern.

Auch im Juli 2017 gründete Stroj Labs Storj, fast zeitgleich mit Filecoin. Storj positioniert sich als Speicherdienst auf Unternehmensebene, der sich stärker auf die Kommerzialisierung konzentriert und direkt mit dem S3-Dienst von AWS konkurriert. Allerdings ist seine Architektur pseudo-dezentralisiert. Obwohl es 2018 damit begann, Tokens auszugeben, werden das Management seiner Metadaten, die Blockproduktion, Belohnungen und Strafen alle von Satellitenknoten verwaltet, die derzeit nur vom Projektteam gewartet werden. Obwohl der zukünftige Plan die Dezentralisierung der Satellitenknoten vorsieht, scheint das Problem im Moment herausfordernd zu sein. Folglich ähnelt sein aktueller Zustand immer noch traditioneller Speicher, der sich im Gewand der Blockchain verbirgt.

Im Juni 2018 wurde das Arweave-Mainnet gestartet. Arweave ist keine Anreizschicht auf Basis von IPFS, sondern integriert Daten speicherung und Anreize mit dem Schwerpunkt auf der Ermöglichung einer dauerhaften Datenspeicherung und -zugriff. Arweave erfordert nicht, dass Miner alle Blockaufzeichnungen aufbewahren, sondern ermutigt Miner, so viele Blöcke wie möglich zu speichern, insbesondere solche mit geringerer Redundanz, durch vereinfachte Beweise für zufälligen Zugriff (SPoRA). Miner, die dies tun, haben eine höhere Wahrscheinlichkeit, Mining-Belohnungen zu erhalten. Im Wesentlichen stellt Arweave sicher, dass Daten so oft wie möglich kopiert werden, um die Zuverlässigkeit der Datenspeicherung durch einen spieltheoretischen Ansatz zu erhöhen.

Im Mai 2021 ging das Internet Computer (IC), entwickelt von der DFINITY Foundation, live.IC ist der erste vollständige dezentralisierte Cloud-Service, der als Architektur der dritten Generation der Blockchain gefeiert wird. Durch innovative Blockchain-Technologie kann IC eine unbegrenzte Skalierbarkeit und schnelle Transaktionsverarbeitung bieten und kann HTTP-Anfragen verarbeiten, um große dezentralisierte Anwendungen zu unterstützen, von sozialen Medienplattformen über Open-Source-Projekt-Hosting-Dienste bis hin zu verschiedenen Unternehmensanwendungen und sogar großen KI-Modellen. Theoretisch kann jeder bestehende Internetdienst auf IC als dezentralisierte Version neu erstellt werden.

Im November 2022 markierte das Aufkommen von ChatGPT einen Meilenstein in der starken künstlichen Intelligenz und löste eine neue Welle des KI-Booms aus. KI-Unternehmen sind wie Pilze nach dem Regen aus dem Boden geschossen. Mit der iterativen Aktualisierung großer generativer Modelle ist die Nachfrage und die Kosten für Rechenleistung exponentiell gestiegen. Als Ergebnis ist der Weg der dezentralisierten Rechenleistung entstanden, der sich darauf konzentriert, gemeinsam genutzte Rechenleistung zu nutzen, um die Schulung großer Modelle für aufstrebende KI-Unternehmen zu reduzieren, und somit den durch Cloud-Service-Giganten verursachten unfairen Wettbewerb aufgrund ihrer dominanten Position zu schwächen.

Bekannte Projekte im Wettlauf um dezentrale Rechenleistung sindio.net, Render, Akash, Gensyn usw. Obwohl sie auch unter dezentralen Cloud-Diensten eingeordnet werden können, Ihr Kernprotokoll besteht darin, einen Markt für Rechenleistung aufzubauen und Anbieter von Rechenleistung zu incentivieren. Dies entspricht eher der Definition von DePIN (Dezentralisierte physische Infrastrukturnetzwerke).

Im Februar 2024 startete Arweave offiziell den Super-Parallelrechner AO*,wird nach dem IC von DFINITY der zweite vollständig dezentralisierte Cloud-Service. Die Entwicklung des dezentralisierten Cloud-Dienstes setzt sich fort.

Arweave AO: Trennung von Berechnung und Konsens

Sowohl DFINITY IC als auch Arweave AO sind vollständig dezentralisierte Cloud-Dienste mit signifikanten Ähnlichkeiten. Erstens unterstützen sie beide funktional die Dezentralisierung von Internetdiensten im großen Maßstab und die Einführung großer KI-Modelle, die in Blockchain-Smart Contracts ausgeführt werden. Zweitens sind ihre Architekturen beide auf dem Aktorenmodell basierend konzipiert. Ein Aktor ist eine grundlegende Einheit eines nebenläufigen Rechenmodells in der Informatik. Die Verwendung des Aktorenmodells eignet sich zum Aufbau von hochkonkurrierenden, verteilten, fehlertoleranten Systemen, was auch der Ursprung des Namens Arweave AO ist.

Der Hauptunterschied zwischen den beiden besteht in der Datenspeicherschicht, Ausführungsschicht und Konsensschicht.

• Datenspeicherschicht: Der Smart Contract auf DFINITY IC heißt Canister. Canister hat seinen eigenen dedizierten Container (ähnlich wie Docker). Die Daten jedes Canisters sind in ihrem eigenen unabhängigen Container verkapselt, und die Daten können von der Außenwelt nicht gesehen werden. Details: Interne Daten können nur über die von Canister bereitgestellte Schnittstelle zugegriffen werden; Arweave AO basiert auf Arweave, und die Daten werden in Arweave gespeichert und sind der Außenwelt zugänglich;
• Ausführungsebene: Die virtuelle Maschine von DFINITY IC ist WASM. Der Canister-Code wird zu einem WASM-Modul kompiliert, um auf dem IC bereitgestellt und ausgeführt zu werden. Es unterstützt nur Standards wie die WebAssembly-System-Schnittstelle; Arweave AO ist flexibler, solange es dem AO-Protokollstandard folgt. Jede virtuelle Maschine kann verwendet werden, einschließlich EVM, WASM, Move VM usw. Die aktuelle AOS-Vertragssprache, die von Arweave offiziell entwickelt wurde, ist Lua;
• Konsensschicht: DFINITY IC’s Subnet verwendet eine Variante von BFT (Byzantine Fault Tolerance, Byzantine Fault Tolerance) Konsens, und Subnetze werden durch die Chain-Key-Technologie überprüft; Arweave AO basiert auf SCP (Storage-based Consensus Paradigm), ist ein speicherbasiertes Konsens-Paradigma, das darauf hinweist, dass Konsens auf der Speicherebene stattfindet und Arweave für unveränderlichen Speicher zur Sicherheit und Überprüfbarkeit verwendet.

Aus dem obigen Vergleich wird deutlich, dass DFINITY IC immer noch dem standardmäßigen Blockchain-Paradigma folgt, während Arweave AO weniger wie eine typische Blockchain erscheint, da es nicht einmal einen Konsensmechanismus hat. Wie stellt es also sicher, dass sich verschiedene Knoten auf die Berechnungsergebnisse einigen?

Die Antwort lautet, dass Arweave AO keine konsistenten Berechnungsergebnisse garantieren kann, seine Berechnungsergebnisse keine Beweise (wie einen Merkle-Baum) generieren, aber der unveränderliche Speicher von Arweave überprüfbar ist.Die Trennung von Berechnung und Konsens ist der genialste Teil des Designs von Arweave AO.

Arweave speichert die holografischen Daten von AO und jedem Thread auf AO. Jeder kann AO und jeden Thread auf AO mithilfe dieser holografischen Daten wiederherstellen. Das ist tatsächlich das Kernidee von SCP, das heißt, solange der Speicher unveränderlich ist, sind alle Transaktionen darauf nachvollziehbar, sodass unabhängig davon, wo die Anwendung berechnet wird, das gleiche Ergebnis erzielt wird.

Sobald das Verifizierbarkeitsproblem gelöst ist, kann das Wirtschaftsmodell von AO verwendet werden, um alle dazu zu ermutigen, korrekte Berechnungsergebnisse bereitzustellen. Dies ähnelt dem Margin-Mechanismus von Chainlink-Knoten in DON. Knoten müssen zuerst Token als Einsatz bereitstellen, wenn sie dem AO-Netzwerk beitreten. Wenn Knoten korrekte Berechnungsergebnisse liefern, werden sie incentiviert, und wenn sie falsche Ergebnisse liefern, werden sie bestraft.

Fazit

Dezentralisierte Cloud-Dienste gelten schon lange als eine der wichtigsten realen Anwendungen der Blockchain-Technologie.Die Kombination von Web3 und Cloud-Services bietet nicht nur eine aufregende Erzählrichtung, sondern integriert sich auch nahtlos in KI, was ihr Potenzial weiter steigert.

Dezentralisierte Cloud-Services haben sich über ein Jahrzehnt hinweg entwickelt, angefangen bei IPFS. Technisch gesehen wurden die zugrunde liegenden Speicher- und Berechnungsprotokolle perfektioniert. Aus marktlicher Sicht besteht eine ausreichende Nachfrage nach Ressourcen-Sharing-Netzwerken, die hauptsächlich durch Rechenleistung vorangetrieben wird. Trotz dieser Entwicklungen besteht jedoch ein deutlicher Mangel an umfassenden Lösungen, und diejenigen, die existieren, sind weit von der Perfektion entfernt.

Vor seinem Start galt DFINITYs IC als das AWS von Web3 und wurde als Blockchain-Architektur der dritten Generation gekrönt. Leider stieß es bei der Einführung auf Schwierigkeiten und hat erst kürzlich begonnen, sich zu erholen. Abgesehen von Marktfaktoren erfordert die Erzielung eines sofortigen Konsenses für Berechnungen in einer rein asynchronen Umgebung wie Cloud-Services hohe Hardware-Ressourcen. Diese Anforderung wirkt sich auf den Grad der Dezentralisierung aus und untergräbt die Bedeutung des Konsensmechanismus der Blockchain.

Arweave AO bricht aus den Einschränkungen traditioneller Blockchains aus, indem es Berechnungen oder Konsens nicht direkt behandelt. Stattdessen verwendet es ein Wirtschaftsmodell und die träge Überprüfung, um die Genauigkeit der Berechnungsergebnisse zu garantieren und bietet somit einen neuen Ansatz für dezentrales Computing. Die überprüfbare Berechnung, die auf SCP basiert, wird jedoch außerhalb der Kette überwacht und verifiziert, was theoretisch das Risiko unzureichender außerketten Überwachung birgt. Obwohl seine Anwendbarkeit in Szenarien mit großangelegten Berechnungen noch einer Markvalidierung bedarf, sind die zukünftigen Aussichten vielversprechend.

Erklärung:

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