Resumo

Serviços de nuvem descentralizados têm sido considerados há muito tempo como uma das aplicações do mundo real mais cruciais da tecnologia blockchain. A integração do Web3 e serviços de nuvem apresenta uma narrativa emocionante, ainda mais aprimorada pela incorporação de IA. No entanto, alcançar consenso instantâneo para cálculos em um ambiente puramente assíncrono, como serviços de nuvem, representa desafios técnicos significativos para o DFINITY IC. O Arweave AO quebra as limitações das blockchains tradicionais ao não lidar diretamente com cálculos ou consenso. Em vez disso, ele emprega um modelo econômico e verificação preguiçosa para garantir a precisão dos resultados dos cálculos, oferecendo uma abordagem inovadora para computação descentralizada.

Introdução Básica

A nuvem é um ambiente de TI que abstrai, agrega e compartilha recursos escaláveis em toda a rede. Esses recursos incluem potência de computação, armazenamento e largura de banda de rede. As principais características técnicas incluem tecnologia de virtualização, gerenciamento de recursos distribuídos e tecnologia de execução paralela. Comparado aos ambientes de TI tradicionais baseados em máquinas físicas, a nuvem é mais econômica, escalável e mais fácil de gerenciar.

Serviços em nuvem, computação em nuvem e armazenamento em nuvem são subconceitos derivados do conceito mais amplo da nuvem. Computação em nuvem refere-se à prestação de serviços de computação através da nuvem, armazenamento em nuvem refere-se à prestação de serviços de armazenamento através da nuvem, e serviços em nuvem englobam vários serviços de TI fornecidos através da nuvem, incluindo serviços de computação e armazenamento. Vale ressaltar que computação em nuvem e serviços em nuvem são frequentemente considerados sinônimos em muitos contextos, mas este artigo faz distinção entre os dois.

Atualmente, o mercado de serviços de nuvem é dominado por vários grandes players. Globalmente, Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Platform (GCP) e Microsoft Azure representam mais de 60% do mercado. No âmbito doméstico, a Alibaba Cloud, Tencent Cloud e Huawei Cloud detêm cerca de 60% do mercado na China, demonstrando um efeito Mateus significativo.

Serviços de nuvem descentralizados, por outro lado, perturbam o modelo atual de serviço de nuvem através da tecnologia blockchain. Eles dependem das forças de mercado para determinar o valor e a alocação de potência de computação, espaço de armazenamento e largura de banda.Isso não apenas alcança uma alocação de recursos mais eficiente e direta, mas também quebra o monopólio dos gigantes de serviços de nuvem. Como todos os recursos subjacentes são fornecidos pelos usuários, se a estrutura econômica de uma rede de serviços de nuvem descentralizada se tornar inadequada, os usuários podem optar por sair da rede ou ingressar em outras redes de serviços de nuvem descentralizados. Isso limita a capacidade dos provedores de serviços de nuvem descentralizados de se envolverem em práticas prejudiciais.

O Caminho do Desenvolvimento de Serviços de Nuvem Descentralizados

A computação descentralizada não é mencionada aqui porque o autor acredita que seja uma proposição falsa. Em primeiro lugar, os contratos inteligentes na blockchain são intrinsecamente responsáveis pela computação descentralizada. Em segundo lugar, para tarefas de computação complexas, a descentralização implica um desperdício de potência computacional. Não se deve buscar a descentralização por si só; a computação distribuída verificável pode ser uma escolha melhor, o que o autor explicará mais tarde.

Comparado à computação instantânea, o armazenamento persistente é claramente um excelente cenário de aplicação para a descentralização. Isso permite que os dados sejam armazenados e distribuídos em uma rede descentralizada, tornando-os imutáveis e resistentes à censura. Na verdade, o armazenamento descentralizado já se tornou uma das aplicações mais bem-sucedidas da blockchain em cenários não financeiros.

Em 2014, Protocol Labs propôs IPFS, o Sistema de Arquivos Interplanetário, abrindo a porta para armazenamento descentralizado em uma escala cósmica. O IPFS implementou endereçamento de arquivos com base em conteúdo, impedindo que o mesmo arquivo seja armazenado várias vezes e economizando significativamente espaço de armazenamento. Ele também usa uma rede P2P, permitindo que dados sejam baixados simultaneamente de vários nós, reduzindo muito os custos de largura de banda. Isso tornou o IPFS o protocolo subjacente para muitos projetos de armazenamento descentralizado, com o Filecoin sendo o mais representativo.

Em julho de 2017, a Protocol Labs, desenvolvedora do IPFS, anunciou o estabelecimento do projeto Filecoin. O Filecoin é uma camada de aplicação de incentivo e um sistema de cadeia pública blockchain na parte superior da rede IPFS. Ele adota um mecanismo de consenso híbrido, baseado principalmente no Consenso Esperado (EC), e complementado pelo Prova de Espaço-Tempo (PoSt) e Prova de Replicação (PoRep). A visão do Filecoin é incentivar um grande número de nós em todo o mundo a fornecer serviços de armazenamento e recuperação, promovendo o uso generalizado do protocolo de armazenamento e transmissão de arquivos IPFS.

Também em julho de 2017, a Stroj Labs fundou a Storj, quase simultaneamente com o Filecoin. A Storj se posiciona como um serviço de armazenamento de nível empresarial, inclinando-se mais para a comercialização, competindo diretamente com o serviço S3 da AWS. No entanto, sua arquitetura é pseudo descentralizada. Embora tenha começado a emitir tokens em 2018, a gestão de seus metadados, produção de blocos, recompensas e penalidades são todas tratadas por nós satélites, que atualmente são mantidos apenas pela equipe do projeto. Embora o plano futuro inclua a descentralização dos nós satélites, o problema parece desafiador de resolver no momento. Como resultado, seu estado atual ainda se assemelha a armazenamento tradicional disfarçado sob a aparência de blockchain.

Em junho de 2018, a mainnet da Arweave foi lançada.Arweave não é uma camada de incentivo baseada no IPFS, mas sim integra armazenamento de dados e incentivos, com foco em permitir armazenamento permanente de dados e acesso. Arweave não exige que os mineradores preservem todos os registros de blocos, mas encoraja os mineradores a salvar o maior número possível de blocos, especialmente aqueles com menos redundância, por meio de Provas Simplificadas de Acesso Aleatório (SPoRA). Os mineradores que fazem isso têm uma probabilidade maior de receber recompensas de mineração. Essencialmente, Arweave garante que os dados sejam copiados o máximo possível para aumentar a confiabilidade do armazenamento de dados por meio de uma abordagem de teoria dos jogos.

Em maio de 2021, a Internet Computer (IC), desenvolvida pela Fundação DFINITY, entrou em operação.IC é o primeiro serviço de nuvem descentralizado completo, aclamado como a arquitetura de blockchain de terceira geração. Através da inovadora tecnologia blockchain, o IC pode fornecer escalabilidade ilimitada e processamento rápido de transações, e pode lidar com solicitações HTTP para suportar aplicativos descentralizados em grande escala, que vão desde plataformas de mídia social, serviços de hospedagem de projetos de código aberto até vários aplicativos de nível empresarial e até mesmo grandes modelos de IA. Teoricamente, qualquer serviço de internet existente pode ser reconstruído no IC como uma versão descentralizada.

Em novembro de 2022, a emergência do ChatGPT marcou um marco na forte inteligência artificial e desencadeou uma nova onda de loucura pela inteligência artificial. Empresas emergentes de IA têm surgido como cogumelos após a chuva. Com a atualização iterativa de modelos grandes gerativos, a demanda e o custo da potência de computação aumentaram exponencialmente. Como resultado, a trilha de potência de computação descentralizada nasceu, que se compromete a usar potência de computação compartilhada para reduzir o treinamento de grandes modelos para empresas emergentes de IA, enfraquecendo a concorrência desleal causada pelos gigantes de serviços em nuvem aproveitando sua posição dominante.

Projetos conhecidos na corrida de poder computacional descentralizado incluemio.net, Render, Akash, Gensyn, etc. Embora também possam ser categorizados como serviços de nuvem descentralizada, seu protocolo central está em construir um mercado de potência computacional e incentivar os provedores de potência computacional. Isso se alinha mais de perto com a definição de DePIN (Redes de Infraestrutura Física Descentralizada).

Em fevereiro de 2024, Arweave lançou oficialmente o supercomputador paralelo AO*,tornando-se o segundo serviço de nuvem descentralizada completo após o IC da DFINITY. A jornada do desenvolvimento de serviços de nuvem descentralizados continua.

Arweave AO: Separação de Computação e Consenso

Tanto DFINITY IC quanto Arweave AO são serviços de nuvem descentralizados completos, com similaridades significativas. Em primeiro lugar, funcionalmente, ambos suportam a descentralização de serviços de internet em grande escala e a introdução de grandes modelos de IA para executar em contratos inteligentes de blockchain. Em segundo lugar, suas arquiteturas são projetadas com base no modelo de ator. Um ator é uma unidade básica de um modelo de computação concorrente em ciência da computação. A adoção do modelo de ator é adequada para a construção de sistemas de alta concorrência, distribuídos e tolerantes a falhas, que também é a origem do nome de Arweave AO.

A principal diferença entre os dois é a camada de armazenamento de dados, camada de execução e camada de consenso.

• Camada de armazenamento de dados: O contrato inteligente na DFINITY IC é chamado de Canister. Canister tem seu próprio contêiner dedicado (similar ao Docker). Os dados de cada Canister são encapsulados em seu próprio contêiner independente, e os dados não podem ser vistos pelo mundo externo. Detalhes: Os dados internos só podem ser acessados através da interface fornecida pelo Canister; Arweave AO é baseado em Arweave, e os dados são armazenados no Arweave e são públicos para o mundo externo;
• Camada de execução: A máquina virtual do DFINITY IC é WASM. O código do Canister será compilado em um módulo WASM para ser implantado e executado no IC. Ele suporta apenas padrões como a interface do sistema WebAssembly; Arweave AO é mais flexível, desde que siga o padrão de protocolo AO, qualquer máquina virtual pode ser usada, incluindo EVM, WASM, Move VM, etc. A linguagem de desenvolvimento de contratos AOS atualmente construída oficialmente pela Arweave é Lua;
• Camada de consenso:A sub-rede do DFINITY IC adota uma variante do consenso BFT (Byzantine Fault Tolerance, Tolerância a Falhas Bizantinas) e as sub-redes são verificadas através da tecnologia Chain-Key; Arweave AO é baseado no SCP (Paradigma de Consenso Baseado em Armazenamento), é um paradigma de consenso baseado em armazenamento que enfatiza que o consenso ocorre na camada de armazenamento e usa o Arweave para armazenamento imutável para garantir segurança e verificabilidade.

A partir da comparação acima, é evidente que o DFINITY IC ainda adere ao paradigma padrão do blockchain, enquanto o Arweave AO parece menos com um blockchain típico, pois nem mesmo possui um mecanismo de consenso. Então, como ele garante que diferentes nós concordem com os resultados da computação?

A resposta é que o Arweave AO não pode garantir resultados de computação consistentes, seus resultados de computação não geram nenhuma prova (como uma árvore de Merkle), mas o armazenamento imutável do Arweave é verificável.A separação da computação e do consenso é a parte mais engenhosa do design do Arweave AO.

Arweave armazena os dados holográficos do AO e de cada thread no AO. Qualquer pessoa pode recuperar o AO e qualquer thread no AO através desses dados holográficos. Na verdade, isso é ideia central do SCP, ou seja, desde que o armazenamento seja imutável, todas as transações nele são rastreáveis, então, não importa onde o aplicativo seja computado, o mesmo resultado será obtido.

Uma vez resolvida a questão da verificabilidade, o modelo econômico da AO pode ser usado para incentivar todos a fornecerem resultados de computação corretos. Isso é semelhante ao mecanismo de margem dos nós da Chainlink no DON. Os nós precisam primeiro fazer um depósito de tokens ao ingressar na rede AO. Quando os nós fornecem resultados de computação corretos, são incentivados, e quando fornecem resultados incorretos, são penalizados.

Conclusão

Os serviços de nuvem descentralizados têm sido há muito tempo considerados uma das aplicações do mundo real mais cruciais da tecnologia blockchain.A combinação de Web3 e serviços de nuvem não só apresenta uma direção narrativa emocionante, mas também se integra perfeitamente com a IA, aumentando ainda mais o seu potencial.

Serviços em nuvem descentralizados evoluíram ao longo de uma década, começando com IPFS. Tecnicamente falando, os protocolos de armazenamento e computação subjacentes foram aperfeiçoados. Do ponto de vista de mercado, há uma demanda ampla por redes de compartilhamento de recursos, principalmente impulsionada pela potência computacional. No entanto, apesar desses avanços, há uma notável falta de soluções abrangentes, e aquelas que existem estão longe de serem perfeitas.

Antes do seu lançamento, o IC da DFINITY foi considerado o AWS da Web3, coroado como a arquitetura de blockchain de terceira geração. Infelizmente, encontrou dificuldades no lançamento e só recentemente começou a se recuperar. Além dos fatores de mercado, alcançar consenso instantâneo para cálculos em um ambiente puramente assíncrono, como serviços de nuvem, requer recursos de hardware elevados. Este requisito impacta o grau de descentralização, minando a importância do mecanismo de consenso do blockchain.

Arweave AO liberta-se das limitações das blockchains tradicionais ao não lidar diretamente com cálculos ou consenso. Em vez disso, emprega um modelo econômico e verificação preguiçosa para garantir a precisão dos resultados dos cálculos, oferecendo uma abordagem inovadora para computação descentralizada. No entanto, a computação verificável implementada com base no SCP é supervisionada e verificada fora da cadeia, teoricamente apresentando o risco de supervisão insuficiente fora da cadeia. Embora sua aplicabilidade em cenários de computação em larga escala ainda precise de validação de mercado, as perspectivas futuras são promissoras.

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