区块链:Arweave——永久存储范式的区块链3.0_MART

区块链1.0是由比特币开创的数字货币和支付行为组成的不可篡改的分布式账本。特征包括：以区块为单位的链状数据块结构；共享账本；非对称加密；源代码开源，主要具备的是去中心化的数字货币和支付平台的功能。

区块链2.0则是以以太坊为代表的一众智能合约公链和应用。相比于1.0时代的比特币只能在区块链上记录简单的支付信息，智能合约是可以运行在区块链上的代码，是已编码的可自动运行的业务逻辑，通常有自己的代币和专用开发语言；DAPP包含用户界面的应用，包括但不限于各种加密货币，如去中心化DEXUniswap；虚拟机用于执行智能合约编译后的代码，是图灵完备的。由于传统区块链架构每一笔交易都需要由全网节点来验证与存储，随着网络使用人数变多，数据量是指数增长的，但是每一个节点的计算能力与存储能力有限，区块链是无法无限扩容的，最后网络膨胀下所有用户都要为每一笔订单付出高昂存储与计算成本，所以目前在主流公链上运行的都是金融类的应用：预言机，DEFI，包括这一年大火的nft也只是把图片的hash放在链上，文件多存储在项目方的IPFS或AWS服务器上，无法承载如去中心邮箱/去中心化论坛/去中心化网盘这样的真正web3产品形态，Arweave为了解决这个问题便应孕而生。Arweave协议基于互联网的HTTP协议，期望解决当前互联网的言论自由受限、过度审查、易于篡改的问题，打造一次性付费但永久且可持续的存储方案。不可否认，Arweave叙事的内核一直都是成就知识开放、隐私自由的新存储范式。比起成功的Web3金融帝国，Arweave在推动着密码朋克精神，这也是Arweave叙事一直在阐述的理念。第一部分：Arweave的原理机制区块纺(Blockweave)

传统区块链的区块是一个个相连,当前区块包含了这段时间里全网范围内发生的所有交易。每一个区块都保存了上一个区块的哈希值，使得每个区块都能找到其前一个区块，这样就将这些区块连接起来，形成了一个链式的结构。

而Arweave为了解决传统区块链架构下的链堵和高昂的gas和低下的tps这一问题，设计了不同的区块链数据结构以及证明方式，与filecoin等各种去中心化存储依然采用传统区块链架构来激励和记录交易信息，链下存储数据的思路不同，Arweave采用链上存储，每个节点只存储一部分区块，每个区块除了像传统区块链协议一样链接到之前的一个区块，还指向了一个随机的先前回忆区块(recallchunk),因此构成了一个纺状的区块结构blockweave，并且每个区块大小没有限制。

Arweave的区块结构blockweave，来源：Arweave黄皮书区块哈希列表与钱包表

但是这样每个节点只存储一部分区块的设计，带来的问题是无法像存储全区块的传统区块链一样每个节点都可以验证交易，这样的支付交易信息无法得到有效的安全性验证，Arweave使用2张表解决了这个问题：

区块哈希列表

钱包列表

有了块哈希列表，我们不需要下载所有区块进行逐个验证，而是在区块生成过程中持续验证。

有了钱包表，Arweave可以在当前区块即可查到任何一个账户的状态。其原因和以太坊中为何状态树不和交易树一样只存储当前区块涉及到的账户一样。即假设要给1个没有发生过交易的账户转账，则需要遍历到初始块中。以太坊的设计是为了提高效率，而Arweave则是为了实现只存储部分区块的目标。SPoRA共识机制如果只是这样Arweave解决了每个节点只存储部分区块带来的安全性问题，但无法保证区块的冗余性，因为极限情况下Arweave永远只需要存储最近的一个区块即可。Arwave采用SPoRA共识证明来解决这一问题。而区块坊的设计，最重要的还是服务于Arweave的共识机制——SPoRA。

Arweave在使用SPoRA共识机制之前,使用的是PoA+PoW机制。

而PoA代表了ProofofAccess：访问证明。在该机制下，Arweave要求网络中的每个矿工节点如果想要生成新的区块并获得奖励,那么就必须在本地访问随机的一个回忆区块，如果他没有储存该区块，就没有办法生成新区块。

在这种情况下，如果矿工想尽可能获得较高的挖矿收益,那么他会去选择存储所有区块，因为每个下一个区块会指向当前区块以及之前随机的一个区块，储存的区块越多，就越有资格产出区块和获得奖励。PoA激励了矿工去多存储Arweave的区块,并且这也鼓励矿工去存储一些大家较少存储的区块,来提高满足PoA的概率。PoA采用RandomX哈希算法，矿工的出块概率=随机召回区块的概率*第一个找到哈希的概率。矿工需要通过PoW机制找到合适的哈希值来生成新区块，但随机数依赖于前一个区块和任意随机的回忆块信息。回忆块的随机性使得矿工被鼓励存储更多的区块，由此获得相对较高的计算成功率及出块奖励。PoA也激励矿工存储“稀缺块”，即他人没有存储的区块，来获得更大的出块概率和奖励。

然而单独的PoA机制下,如果所有矿工都把所有区块存储了,那么每个人的出块概率就是完全一样的，所以在PoA之外，Arweave又引入了PoW机制来丰富出块的竞争维度。

Arweave在去年2月把PoA+POW升级为SPoRA。单纯的PoA+PoW机制保证了数据的永久存储，但是没有保证数据的访问速度，而PoW还有耗电的环保问题。SPoRA机制降低了之前矿工出块概率中PoW的权重，加入了数据访问速度的维度。除此之外，SPoRA让矿工更加专注于维护自己本地的硬件和节点,避免矿工们都把数据存储在同一个费率低的数据中心,便于节点地理位置的多样化，提高了整个网络去中心化的程度。PoW出块的权重降低则降低来能源损耗，更符合“碳中和”的理念。SPoRA的架构下，是一个更分散、高效的块分布。根据相关计算，Arweave网络区块丢失的概率小过发生私钥碰撞的概率。Wildfire节点评分机制

arweave网络是一次性收费永久存储，即后续数据读取为免费服务，可持续意味着用户可随时访问数据，相比于filecoin的检索读取数据需要另外收费的情况，在Arweave上访问数据也比直接从Filecoin检索数据要快得多，后者需要1-5小时才能解封。那arweave是如何长效激励矿工愿意零收入的提供数据读取服务呢？Arweave增加了Wildfire：节点评分机制。其工作原理是让Arweave节点创建一个对其他节点的排名系统，该排名依据来自于两点：1.慷慨性：即发送新交易和区块的次数；2.响应度：对网络请求的响应速度。各节点给相邻节点的评分越高，优先选择排名较高的对等方发送请求。其信用度越高，出块的概率也就越大，获取稀缺区块可能性也越大，这样一上定程度也有效解决了矿工节点不给其他节点分享存储稀有数据牺牲型挖矿的问题，而这种牺牲型挖矿问题目前在filecoin中非常严重，整个filecoin网络高达18eb的数据大部分都是矿工为了获取区块奖励而储存的虚假数据。

这样通过blockweave的设计解决了传统区块链架构在采用率增长的情况下高昂手续费问题，每一笔arweave网络上的支付信息的手续费都是这条信息的存储成本，目前只有0.00000068ar，按目前ar的14美金价格算只有不到0.00001美金的手续费，而同为去中心化存储项目，依然采用传统区块链架构来激励和记录交易信息的filecoin每笔交易的平均手续费高达0.06fil，按目前filecoin5美金的价格算是0.3美金，filecoin的目前手续费是ar的3000倍，然而这只是目前去中心化存储赛道还没有得到大量采用的情况下，当filecoin网络的采用人数增加，最终也会遇到类似以太坊一样的链堵问题，最终每笔存储交易的手续费将远远高于存储成本，而ar每一笔arweave网络上的支付信息的手续费都是这条信息的存储成本，随着存储技术的发展，ar的手续费甚至会不断降低，目前ar的交易手续费已经比4年之前主网刚刚上线时便宜了几十倍。

ar转账手续费，来源arconnect钱包

filecoin网络平均gasfee，来源：starboard.ventures第二部分：经济模型加密协议的经济模型就是如何协调服务提供者、服务使用者和持币者之间的利益关系。矿工为加密协议网络提供计算、带宽和存储资源，保障协议安全可用，用户使用协议要向矿工付费。矿工的收益分为两个部分：一是用户直接支付的交易费；二是协议向矿工分发新铸造的通证，即增发奖励。增发奖励是全体持币者按照持币数量分摊的铸币税。在几乎所有加密协议经济模型中，矿工的主要收益都是增发奖励。例如，虽然比特币已经经过三次增发奖励减半，增发奖励仍然占矿工总收益的95%，交易费仅占5%。这实际上是持币者对用户使用协议进行补贴的机制。

Arweave协议平均2分钟一个区块，创世块之后每个区块增发大约29个AR，增发量每年减半，一共最多增发1100万个AR。也就是说，主网上线2018年6月后的每一年，都会挖出剩余AR的一半，即第一年挖出550万个AR，第二年挖275个，第三年挖137.5万个...。

总结来看，区块通胀是大部分加密协议的最基本收益来源。如比特币和以太坊，都以原生代币的形式提供矿工区块验证补偿。AR的总量为6600万，在2018年6月8日的创世区块生成了5500万个。与比特币类似，AR代币发行/区块奖励设计呈下降趋势。与比特币每4年减半的离散减半模式不同，AR代币是连续减半模式。据DelphiDigital报告，2021年区块奖励大约占972,000AR，即平均3.7AR/2分钟区块；随着区块膨胀最终达到0，AR代币最终完成6600万代币的发行。Arweave网络的核心贡献者是自愿加入的矿工。矿工愿意永久储存数据的动力是收益。矿工们的收入主要有两个来源，一个是网络手续费，另一个便是区块奖励/区块通胀。

网络手续费的收入来自于14%的用户付费，这些代币也将直接成为流通量。剩下约86%将进入捐赠池（endowmentpool)，当矿工成本无法覆盖时，捐赠池中的资金将作为补贴发放给矿工。

捐赠基金的类似于银行存款，短时间将减少代币二级市场流通性，亦会不断产生收益。Arweave网络存储量与捐赠池资金高度正相关。另外，在Arweave中，区块奖励遵循算法设计呈连续减半模式，不受外部因素的影响。随着时间的推移，Arweave的存储成本逐年降低，区块奖励也逐年减少；但weavesize增加下，捐赠池中AR的积累将足以对矿工进行成本补贴、确保收益。这也是Arweave确保数据存储至少200年的经济支撑。

Arweave经济模型的原则可以大致概括为：用户为存储服务支付足够的费用；矿工的收益超过成本，维持基本的大致固定的利润率；持币者获得AR通证增值的几乎全部收益。按照2022年AR平均价格20美元计算，今年阿维矿工从增发获得收益为1400万美元左右，这些收益将由全球100个左右矿工节点分享。与此相比，比特币矿工每天获得的增发收益高达1000万美元以上，每年超过36亿美元。

存储成本

Arweave上任何数据的存储成本取决于三个因素：

正在存储的数据的大小

今天永久存储1GB数据的法定成本

AR的法定价格

这一切的前提都建立在互联网网络日益降低的存储成本趋势上。存储成本主要受数据密度和数据可靠性驱动。与摩尔定律为CPU减速不同，目前硬件数据存储的最大密度远远低于理论计算值。因此，Arweave的计算假设更保守，以市场硬盘存储1GB/小时价格为起始价，将存储价格下降趋势的假设为每年0.5%，而非过去50年中，数据存储成本每年平均下降30.5%。

需要注意的是，**用户支付的存储费用也被设为矿工永久存储的成本，Arweave目前的收费足以覆盖存储数据200年的成本。根据Arweavefees数据，目前存储数据费用约为2.927USD/GB。

存储价格由AR代币支付。随着对Arweave协议存储需求的增加，AR代币的价值亦会增加。当AR代币产生波动，Arweave将自动调用动态存储价格调整模型来确保Arweave上的数据成本以法定货币计算是稳定的。在该机制下，矿工挖矿的AR奖励与挖矿难度成正比，通货膨胀奖励成反比。这一机制虽然无法阻止AR价格的波动，但长期来说是优秀的抗波动机制。

第三部分：系统生态

SashimiSwap双挖功能已上线:SashimiSwap官方宣布，新的双挖功能已上线。此外，SashimiSwap 2.0版本将为用户提供持续的激励，具体包括闪兑交易费用收入、借出闲置流动资金的收入以及给予用户从其他协议中获利的机会。[2020/9/25]

自2018年6月主网上线后，Arweave逐渐被公链、NFT等接纳成为Web3世界数据存储的解决方案之一，各项数据指标都渐次增长，但始终是小幅波动，温吞爬升的状态中。直到2021年，NFT火热出圈。受益于NFT赛道井喷式需求，Arweave的各项数据指标开始有了爆发式增长，并逐渐在Arweave上发展出如去中心化网盘ardrive，去中心化论坛metaweave，去中心化博客mirror，去中心化邮箱等传统公链无法实现的web3产品。

Arweave生态系统arweave上的智能合约smartweave

智能合约是DApp的业务逻辑层。与数据层类似，智能合约的瓶颈是扩展性/计算成本问题。根据Vitalik的估计，以太坊的计算和存储成本是亚马逊云服务的大约100万倍，前文对DApp数据层成本的估算也能印证此估计。公链计算和存储成本高昂的根本原因是其全冗余架构，即所有的链上数据都被每一个全节点存储，所有的计算都在每一个全节点执行。实现公链扩容的思路有代议制、分层和分片三种。Arweave上的Smartweave智能合约则完全另辟蹊径。Smartweave智能合约是Javascript开发的程序，存储在ar网络上，因此具有不变性。与合约代码同时提交给网络保存的，还有合约的创世状态。与以太坊的智能合约不同，Smartweave不是由矿工节点执行，而是下载到合约调用者的计算机执行。执行的过程是从合约的创世状态开始，按确定的顺序执行合约历史上的全部交易，最后执行合约调用者的交易。完成后，合约调用者将自己交易的输入和执行后的合约状态提交到ar网络，进入永久存储。后续的合约调用重复以上过程。

也就是说，对于一笔智能合约交易，ar网络只需一个节点——调用者自己的节点来执行。由于调用者节点执行了合约历史上的全部交易，因此他无需信任或依赖任何节点，就能得到可信的计算结果。因此，可以把每个Smartweave合约都看成arweave的二层链，执行智能合约就是对二层链的全量同步和验证。这一设计使得DApp业务逻辑层的可扩展性/计算成本难题迎刃而解。智能合约几乎可以不受限制地包含任何复杂计算，只需付出很低的边际成本，因为通常情况下调用者的计算设备已经被购买或者长期租用了。

这带来一个问题：随着交易数量增长，智能合约执行岂不是越来越慢？确实如此，但是有办法解决。例如，由调用者对合约的结果状态进行命名，从而形成合约状态快照。如果该调用者值得信任，后续的调用者可以指定状态快照作为初始状态，就只需执行快照之后的交易。状态快照不一定导致信任集合扩大，毕竟智能合约可靠的前提已经包含了对初始状态的信任。Smartweave仍然处于开发之中，如今已经更名为Redstone,以上内容应该视为对Smartweave潜力的探讨。基于smartweave的原生NFT标准在解决了NFT存储、数据持久性甚至智能合约的问题外，为了更好的整合如Opensea等主要NFT市场，将Arweave上的NFT链接到其他链上，KoiiNetwork推出了更可靠、更便宜、更省时的NFT标准-AtomicNFT。

AtomicNFT是一个单一的Arweave交易，包含了资产文件、元数据文件和智能合约。AtomicNFT存储在SmartWeave合约的状态中。每个NFT对应着所有者、标题、艺术家姓名、描述等在内的元数据，代码能够执行其功能。由于AtomicNFTs均采用一个共同标准，在所有兼容应用程序、公链或格式如Ethereum、Tezos和Polkadot都能进行交换。这使得在Arweave里，NFT成为了另一种“数据格式”参与共享经济。社区制作的AtomicNFTs目前可以在Koii.rock排行榜中浏览。ArdriveArDrive，一个永久版的Dropbox，将数据上传至永在网。桌面端的Evermore则允许用户配置本地文件夹，文件夹中的内容将自动备份到Arweave。这些dApp使得永在网提供了与传统互联网类似的用户体验，但用户发布的内容可永久访问和使用，404不会出现。Bundlr

2021年9月，Arweave发布了二层解决方案—Bundlr。Bundlr更像是L2兼容层。简单来看，若协议一次性需上传大量数据，可能会达到Arweave网络当前的吞吐量限制。而Bundlr将多个第2层交易捆绑/打包成单笔Arweave交易后上传，从而有效缓解Arweave网络拥堵情况，提升用户体验。Bundlr节点并不压缩数据，只是减少Arweave上的交易计数。Bundlr给出用户的收据凭证将作为权益证明，确保其交易有效性及安全性。这解决了在Arweave上存储大容量文件的需求。Bundlr亦支持用户使用ETH、SOL、MATIC等多种代币来支付存储费用，用户不再需要获取AR代币、链接Arweave钱包。交易繁琐度下降后，用户体验因而上升。可以说，Bundlr在不牺牲安全性的情况下，提供了类Web2的高速、高效的用户体验。

目前，Bundlr已经处理了超过2亿笔交易，超过90%的上传到Arweave的数据，并将上传速度提高了约3000%。直观的数据表明了Bundles提供了更可靠、更具成本效益的永久存储，也吸引了更多开发和使用者进入AR生态。

去中心化博客Mirror

mirror作为加密市场目前使用范围最广的去中心博客平台，过去一年作者带来给1百多万美元的收入，如果再加上创作者众筹，那么Mirror的数据是1千1百万美元，Mirror是目前最成功的非金融web3产品，得益于ar低廉的永久存储成本，在过去的一年的吸引了加密市场大量用户，如今加密圈在在mirrior写文章已经是加密圈的主流习惯，一个永远不会被关闭的博客平台对于以往大量因为各种原因关闭的中心化博客平台有着巨大的竞争力。近期mirror发布了订阅功能，新功能的迭代加入将会是的mirror更加有着竞争力。去中心邮箱电子邮件是上个世纪互联网最早的发明与通讯工具，而arweave这种永久存储范式的公链最适合用来把上个世纪发明的电子邮箱去中心化，而且由于发送邮件是付费的可以非常有效的解决传统电子邮件解决不了的垃圾邮件的问题，目前arweave生态已经有了两款去中心化邮箱产品，分别是官方的weve.mail以及permamail.app。

去中心化论坛metaweavemetaweave.xyz是目前arweave生态一个比较有意思的产品，目前已经实现了一个去中心化论坛所有的发帖，点赞，评论功能，但由于对于Arweave出块时间为2分钟，大约需要2分钟才能确认发帖，相比以太坊的15秒是要长的多，在用户体验方面确实存在问题。如果用户只想上传少量数据，例如200KB的PDF文件，但必须等待2分钟才能获得一次确认，他们就不想再使用该产品了。为了解决这个问题，去中心化网关http://ar.io在今年年初融资了1700万美金将打造一个强大的去中心化arweave网关用来缓存数据，网关可以将多个上传捆绑到一个Arweave交易中以降低费用加强arweave生态体验，相信随着生态的不断建设与数据自主权的不断深入人心，metaweave这样的真正去中心化论坛将会获得越来越多用户的亲睐。

基于存储范式（SCP)的去中心化电子游戏以我的世界为例，去中心化游戏的第一步就是资源上链，第二步就是用SCP把所有执行指令上链，把一个游戏从链上加载回来，然后把游戏在本地运行起来，这些本地客户端可能是Mac电脑，可能是Windows电脑，或者是个人手机。游戏运行起来之后要符合SCP模型，本地客户端首先需要加载存储在Arweave上的所有历史指令，构建出我的世界里的每一个板块。在我的世界中指令非常简单，通常是在某个坐标点放置某种方块，或者从某个坐标点移除方块。一个用户在玩游戏的过程中的所有指令都会批量的上传到Arweave上，不论用户在游戏中做一百万条指令还是一千万条指令，这些指令都将被打包到Arweave的区块中。当Arweave上存在游戏素材、游戏核心程序以及玩家的游戏指令后，任何的用户都可以通过AR下载到这个程序，加载指令，把曾经建设的造房屋完整的构建出来。

因为只是指令上链，共识的成本将会非常低。目前1GB共识数据只需要4美金，由于1GB只是一种指令存储，因此使用1GB数据处理千万条指令。指令和所有素材都在Arweave上，核心程序也在Arweave上，那么任何时候都可以从Arweave加载和运算出构建的庞大地图，这些地图中的建筑就是由成千上万条指令组成的。甚至在游戏中我们移动的每一步都可以批量上传到Arweave上。

此时链游的节点就像比特币一样，用户在玩这个游戏，挖矿这个游戏的时候，就会直接把私钥注入这个节点，就和比特币矿工去挖矿肯一定要注入钱包一样，打包，验证，挖出比特币到矿工钱包。在玩我的世界的时候，放入的私钥将签署每走一步的移动，每个砖块的放置和删除。最终这些被签署的指令将上传到Arweave上形成共识。Arweave在这个过程中就变了可信的通信信道，每个人都通过加载存在Arweave上的可信事件，构建出一个可信的元宇宙。DeFi的抗审查

DeFi经济的内在意识源于“去中心化”，希望打造一个更平等、更透明、更安全的数字经济。然而，诸如Uniswap在内的DeFi项目并无法逃过躲过监管。2021年7月，出于美国监管政策，注册在美国的Uniswap发公告声明，将从前端删除自Synthetix等衍生品平台的129只代币化股票。尽管以太坊链上交易记录无法修改，尽管前端用户界面是开源的，尽管UI界面之下的智能合约仍然存在，但UI的管理仍是中心化的，开发人员有权利进行UI界面的任何更改和“更新”。

正如Arweave提出的，“****协议是永恒的，但DeFi可以被审查吗？”****当去中心化金融失去去中心化的本质，成为监管政策下的牺牲品时，留下的是反乌托邦式的阴影。Arweave成为了一个答案。当Arweave托管了DeFi前端的副本，这些数据开始有了抗审查、永久和不可变的特性。网络时代的“永久”记忆或意味着降低了政府审查的威胁。作为回应，用户在Arweave上传了Uniswap前一版本，便于用户访问审查。其他DEX的未审查版本，如SushiSwap、Compound、1inch、Synthetix等都可在Arweavepermaweb上查看。

当然，尽管储存在Arweave上的原版本信息不会被覆盖，任何人，无论是用户还是项目开发者，都不能以任何方式改变。但对智能合约来说，永久也意味着项目升级的高昂成本。项目若想进行版本升级，即使微小的前端改动，也需进行完整的新版本部署。结语：Arweave站在比特币以太坊的这些前辈的肩上，不同于所有加密行业的传统区块链项目，做到了全新的范式创新，用博弈论设计的长期激励的经济手段确保了项目的可行性，做到了比特币以太坊这些加密行业的前辈做不到的大量数据的存储的永久性和不变性，将数据的所有权归还给了生产者，为个人赋予一种“权利”可以保护和控制自己的财富之路、数字精神之路，可以被称为区块链3.0也当之无愧。

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