AVE:解讀 Arweave 升級：如何降低能源消耗，并提升存儲激勵_Arweave

注：本文來自@BlazingKevin_推特，MarsBit整理如下：

1/Arweave2.6版本已發布，將在3月6號完成硬分叉升級，主題圍繞如何降低能源消耗，并提升存儲激勵。

Arweave上一次重要升級要回溯到21年2月的2.4版本，完成了SPoA到SPoRA的升級，激勵礦工提高對數據的訪問速度。

在Arweave迎來又一次重大升級之際，本文將回顧此前的歷次升級，讓大家有更充分的了解

2/Arweave1.5

上線時的weavesize只有177Mi，這個部分我會介紹Arweave網絡中的一些特有名詞，這里我們遇到了第一次名詞是區塊坊。

區塊坊是Arweave網絡的區塊結構，和普通區塊鏈一前一后的連接方式不同。

3/Arweave的數據結構并不是嚴格的單鏈列表而是復雜一點的圖結構，結構中每個區塊一共與三個區塊相關，當前塊的前一個和后一個塊以及隨機的指向一個之前的塊稱為回憶區塊(recallblock/recallchunk)，由此構成區塊紡。

4/回憶區塊是根據前一個塊的哈希和高度確定的，密碼學原理保證了回憶區塊在選定時既有確定又不可預測。

此時Arweave的性能如下：

5/和PoW以及PoS的挖礦機制不同，Arweave的挖礦機制是訪問證明(ProofofAccess)。在早期的Arweave中，訪問證明是指礦工為了獲得打包新區塊的權利，必須證明他能夠訪問歷史區塊的數據，也就是說礦工必須儲存歷史數據。

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6/實際工作中，每當一個新區塊產生時，PoA會隨機挑選一個歷史區塊作為回憶區塊，并要求礦工將回憶區塊放入新區塊當中。

7/因此，在Arweave網絡中不存在存在全節點和輕節點概念，新礦工加入網絡后只需要從儲存新塊和會議區塊開始，而不必存儲所有的歷史區塊。礦工之間存儲的副本數量也是不同的。

8/PoA共識要求礦工必須存儲回憶區塊，但不要求礦工存儲全部歷史數據。前文圖中，我們看到Arweave的區塊時間是2分鐘。在這兩分鐘里，還進行著激烈的PoW競爭，是的，在Arweave中工作量證明被包含在了PoA共識當中。

9/兩分鐘的挖礦過程可以被分為兩個部分，第一個部分我們已經了解，就是訪問證明。當新區塊到來時，在2分鐘的時間里，PoA共識會隨機選擇一個歷史區塊作為回憶區塊，對回憶區塊擁有訪問路徑的礦工才有資格進入第二部分的工作量證明競爭中，如果一個礦工沒有儲存回憶區塊，他可以向附近的礦工發送申請。

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10/即時存儲這個回憶區塊并以落后的速度進入工作量證明中。從這里可以看出，礦工同步的歷史區塊越多，同步的稀有區塊越多，通過第一部分要求的可能性就越大，Arweave巧妙地將對歷史數據的存儲從要求變成了激勵。在第一部分中，擁有回憶區塊的礦工們會進入工作量證明。

11/在1.5版本的Arweave中，工作量證明是純粹的哈希算力比拼：消耗資源，堆積硬件。礦工們朝著兩分鐘的終點線瘋狂計算，當兩分鐘時間截止時，計算量最高的礦工獲勝。下一個區塊的競爭重新開始。

12/這種PoA設計出現了一個問題，由于礦工能在第一部分時向附近礦工下載回憶區塊，因此很多礦工選擇不儲存歷史區塊，而是堆積大量gpu硬件來并行計算。這樣一來即使稍微落后進入第二部分，依然能依靠大量算力反敗為勝。

13/這種策略逐漸變成主流，礦工們放棄對于歷史數據的存儲，放棄對于副本的快速訪問，而選擇堆積算力。這種策略導致的結果是，歷史數據會逐漸中心化，整個網絡的資源消耗會爆發式增長。

最初的Arweave網絡設計具有缺陷，沒有限制對于gpu的堆砌。在2019年6月，Arweave推出了1.7版本。

14/Arweave1.7

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為了限制礦工瘋狂堆積gpu的行為，在1.7版本中，Arweave推出RandomX。RandomX是一個哈希方程式，特點是很難在gpu或者Asics上運行。礦工無法堆積gpu挖礦后，只能依靠單一cpu來完成工作量證明，減少了能源消耗。

15/Arweave上沒有全節點這個概念，也就是說礦工之間不必維護共識，那么當用戶發送一筆交易時，礦工們會互相分享同步嗎？答案是會的，試想我是一名礦工，我必定希望挖出新塊時能獲得最大的收益，當我收到用戶交易時，我會選擇將交易傳播給網絡中的其他礦工，如此一來，其他礦工也會將各自收到交易同步

16/我們可以將其看作一種激勵措施，如果礦工們互相不分享交易，那么獲勝礦工打包的區塊中交易數量會減少，用戶體驗下降后，網絡陷入死亡螺旋。為了收益，礦工們會積極同步交易。

17/Arweave是一個存儲網絡，和普通區塊鏈不同，一筆交易最高有5.8MB。礦工們需要在兩分鐘的時間內同步所有的交易，并完成工作量證明，這對交易的傳輸速度提出了要求。

18/同時Arweave網絡的可拓展性也受到了限制，礦工們需要盡可能確保在第一部分時完成對回憶區塊的訪問或下載，以及同步用戶的新交易，否則在第二部分工作量證明中，礦工們不能處于同一起跑線。Arweave的網絡發展遇到交易傳輸速度的瓶頸。

數據：2022年加密盜竊的“最低月度金額”為6200萬美元:金色財經報道，根據區塊鏈安全公司 CertiK 發布的數據，2022 年 12 月加密貨幣被盜事件發生的次數最少，總數約為 23 起，有價值 6220 萬美元的加密貨幣被盜，這也是2022年加密盜竊的“最低月度金額”。12 月 2 日的 Helio Protocol 事件是當月最大的黑客攻擊事件，占 6220 萬美元總額的 98.5%，攻擊者利用 Ankr Reward Bearing Staked BNB (aBNBc) 的價格差異借入價值數百萬美元的 HAY ，控制穩定幣 HAY (HAY) 的協議遭受了損失，數萬億aBNBc被鑄造，aBNBc 價格近乎歸零。[2023/1/3 22:21:38]

19/Arweave1.8

5.8MB的大小對于普通交易綽綽有余，但是對于存儲網絡來說還是太小，有時甚至無法容納一張圖片，更不用說音頻和視頻。在2019年10月，Arweave將單筆交易的最大容量提升到10MB。

20/但是交易傳輸的瓶頸還是沒有解決，Arweave的終極目標是存儲人類歷史，成為現代的亞歷山大圖書館。為了達到這個終點，Arweave必須解決可拓展性的問題。Arweave是一個分布式網絡架構，礦工分散在全球不同地區。客觀上，礦工使用的硬件和擁有的網絡條件各不相同，無法統一。

21/Arweave網絡的性能實際上取決于所有節點的平均傳輸速度，增加網絡中礦工的數量會增大單位時間內同步數據的傳輸速度需求，盲目增加礦工或者提高交易和區塊大小來拓展網絡會導致用戶交易丟失，因此在這個階段，Arweave無法提高可拓展性，網絡中歷史數據增速在一個較低的速度。

FatMan稱FTX的公關公司已簽約發布幣安負面文章，官方回應此言論不實:8月25日消息，Twitter KOL FatMan發推稱：“經核實的消息來源證實，FTX的公關公司M Group Communications已簽約發布有關競爭對手交易所幣安的負面媒體文章。受雇的記者可以接觸到反幣安聯系人和研究參考資料的‘黑名冊’。”

M Group Communications對此回應稱FatMan上述言論不實：“這一推文言論是錯誤的。我們以最高的道德標準來要求自己，我們不會也永遠不會與媒體合作推送任何行業、任何業務的負面報道。”[2022/8/25 12:46:59]

22/Arweave2.0

為了打破傳輸瓶頸，Arweave在2.0版本中，引入兩個概念：succinctproof和format2transaction。

簡潔證明用到了一個常見技術，默克爾樹，在礦工打包新區塊時，必須證明他們擁有回憶區塊的副本/訪問，并且在新區塊中包含回憶區塊。

23/這使得未存儲該回憶區塊的礦工必須先消耗帶寬從附近礦工那里下載整個回憶區塊，隨著單筆交易容量增加，區塊大小也在增加，傳輸回憶區塊的帶寬要求也在進一步提高。礦工們為了收益最大化，必須盡可能多的等待其他礦工傳來的交易，而未存儲回憶區塊的礦工會在同步回憶區塊后才開始分享交易。

24/區塊大小的增加縮短了礦工們分享交易的時間，部分礦工不得不在未同步全部交易的情況下開始工作量證明。為了解決這個問題，簡潔證明讓礦工能夠將回憶區塊按照默克爾樹的排序方式打包，最終生成一個rootproof，也被成為簡潔證明，用來證明礦工能夠存儲了該歷史區塊。

25/簡潔證明代替了回憶區塊，可以被礦工同步，也可以被放入新區塊中，節省了區塊空間和區塊傳輸成本。

format2transaction是Arweave引入的新交易格式，幫助其將區塊能容納的交易量無上限增加。舊的交易數據包括header和data，二者不可分開。

26/format2當中交易的header和data能夠拆分開，為什么拆分交易能夠無上限提升區塊交易量呢？讓我們回到2.0版本的2分鐘區塊時間內，在第一部分當中，礦工會同步簡潔證明，快速建立和回憶區塊的連接，與此同時舊版本的交易格式也沒有刪除。

27/在第一部分中，format1交易依然會完全在礦工之間同步，header和data沒有分割。不同的是，用戶發出的format2交易只有header被放入新區塊中，也只有header在礦工之間同步。

28/簡潔證明和format2交易的引入，極大的減輕了第一部分中礦工之間同步的數據量，提高了Arweave的可拓展性。當新區塊產生時，它的區塊組成是：對于回憶區塊的簡潔證明、format1交易的完整數據和format2交易的header。

29/可以想像此時的區塊是一個巨大樂高模型，但是中間很多零件是空白的，這些空白的零件就是format2交易的data部分。data數據會在下一個區塊進行到第二部分時完成同步，因為工作量證明不占據帶寬，完全可以在cpu進行哈希計算時，利用帶寬同步上一個區塊未傳輸的data數據。

30/新區塊生成時只有交易header是沒有問題的，因為通過header也可以完成驗證，但是隨后必須補齊數據，因為未來某個時刻會把當前區塊作為回憶區塊，回憶區塊能生存簡潔證明，但前提是數據必須完整。

31/此刻，Arweave的可拓展性已經被釋放，但是新的問題又來了。不同于上文提到的堆砌gpu的策略，SPoA的引入讓礦工們又走上另一條歧路。我們知道，簡潔證明的引入讓礦工能夠很快同步回憶區塊的信息，礦工們不再存儲歷史區塊而是選擇等待其他礦工同步的簡潔證明，并將成本偏移到挖礦硬件上。

32/Arweave2.4

PoA只能保證永久存儲，不能保證訪問速度。在數據檢索方面沒有競爭優勢的情況下，礦工們可以通過使用遠程存儲池中獲益，而不是維護單獨的、去中心化的節點。為了解決礦工們不再存儲歷史副本的問題，Arweave將SPoA升級到SPoRA

33/讓我們再次回到2分鐘到區塊時間里，在第一部分中，沒有任何變化，礦工們可以通過同步簡潔證明來獲得進入第二部分的資格，大部分的礦工選擇使用遠程存儲池，通過提升帶寬速度，快速同步和訪問遠程內存，不會選擇自己構建存儲池。

34/SPoRA的引入讓第二部分變得不同，SPoRA提出的哈希計算會要求礦工針對回憶區塊里某一個交易計算哈希值，生成一個輕量的簡潔證明，并且進行第二部分時，礦工之間無法傳遞簡潔證明。

35/對于沒有構建自己存儲池的礦工來講，可以想象成他們被強制退回到第一部分，在遠程存儲池中找到哈希值，再進入第二部分的工作量計算。可是SPoRA對于回憶區塊里哈希計算是隨機且不間斷的，沒有個人存儲池的礦工會不斷被退回到第一部分。

36/這樣的設計要求礦工必須維護自己的個人存儲池，SPoRA降低了之前礦工出塊概率的權重，加入了對數據訪問速度的考量。

37/SPoRA通過抑制CPU之間的資源池創建了一個更加去中心化和高效的區塊編織，讓礦工專注于維護本地硬件和節點，實現地理位置多樣化以及去中心化，以此來激勵礦工更高效、更迅速地復制數據。

38/新的設計又帶來了新的問題，現在我們能確保礦工盡可能多在個人硬盤里存儲盡可能多的歷史副本。但是，如前文提到的，SPoRA加入對于數據訪問速度的考量，礦工如果不能快速的在硬盤中找到SPoRA要求的交易數據，并且不能及時生成輕簡潔證明的話就無法獲得挖礦獎勵。

39/SPoRA讓礦工們追求硬盤讀取速度，能夠更快檢索數據，更快計算哈希值意味著更高的獎勵。補充一點，硬盤的價格和讀取速度基本是成正比的，70刀的機械硬盤讀取速度是750MB/s，而700刀的固態硬盤讀取速度是7300MB/s。

40/礦工想要更高的收益就需要更高的付出。這是一個合理的機制，但卻還有更優解，SPoRA沒有考慮到Arweave礦工的入門門檻，變相限制了Arweave的可拓展性。

以上是針對@ArweaveEco@ArweaveNewsCN歷次升級的一個回顧，文章有點長，感謝看到這里的各位。下一個

我將從自己的角度來理解Arweave2.6，謝謝

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