Hoo虎符研究院 ｜ Arweave调研报告

摘要：Arweave是一个突破性的去中心化存储平台，该项目对去中心化存储有了新的理解，致力于打造永久保存人类知识和历史。近期，Arweave与Solana达成深度合作，Solana生态的大多数据尤其是元宇宙数据有巨大的存储需求。去中心化存储赛道有诸多项目，Solana为何选择Arweave？Arweave又有哪些特点和优势？本报告将从Arweave的核心技术出发，调研项目机制、项目经济模式、运营实践、生态打造和行业竞争的现状。

亚历山大图书馆

亚历山大图书馆，又称古亚历山大图书馆，位于埃及亚历山大，曾是世界上最大的图书馆。亚历山大图书馆兴盛达数百年之久，托勒密时代是它的全盛时期。然亚历山大图书馆却在历史中消亡，据说是毁于两场大火，一是凯撒征服埃及亚历山大一战，焚毁了位于布鲁却姆（Brucheium）之总馆；二是安东尼（公元前83?-30年）将由柏加曼城图书馆掠夺之书籍20万卷赠予埃及女王克娄巴特拉七世（公元前69-30年），以赔偿凯撒所焚毁之损失，但不久复被损毁。

——维基百科

“亚历山大图书馆的历史命运”一书的作者、史学家穆斯塔法·阿巴迪（Mostafa El-abbadi）教授曾说：“在亚历山大图书馆建成之前，知识在很大程度上只是地区性的，但自从有了这第一座国际性的图书馆后，知识也就变成国际性的了。”亚历山大图书馆的历史意义与价值，不仅体现在对图书馆事业发展与工作的深远影响上，更体现在知识的创造、传播和人类文化的传承上。

本文调研的项目Arweave被誉为区块链版的亚历山大图书馆，其永久保存和不可篡改的存储机制被认为继承了知识传播和文化传承的使命。本报告将从Arweave的核心技术出发，调研项目机制、项目经济模式、运营实践、生态打造和行业竞争的现状。

项目介绍
Arweave是一个突破性的去中心化存储平台，该项目对去中心化存储有了新的理解，致力于打造永久保存人类知识和历史。Arweave的愿景是打造一个一次付费，永久存储，免费读取，不可篡改的数据存储平台。同时，Arweave还开发了REST API，可开发各种有文件存储需求的应用，借此打造属于自身的生态。

实际上，Arweave不是一条链，而是更加复杂的图形结构。Arweave改变了传统区块链的数据结构，不是每个节点都需要存所有区块，只是每次出块需同时验证一个以前的随机区块，这被称为Blockweave，再配合上Blockshadow机制——节点可根据blockshadow和自己的交易文件重构完整区块链，以此达到加快共识和提供TPS。Arweave在POW上进行改进，首创POA共识机制，优化了POW电力浪费的问题。在P2P网络层，Arweave使用一种Wildfire的评分或审查机制，保证网络的稳定性，促进节点间数据分享的效率。这便是Arweave项目中4个核心技术，也可以看出Arweave在技术上创新的重点在提高效率和扩大吞吐量上。

项目机制
Arweave的项目机制整体可以大致分为三部分：

首先是构建了Arweave网络基础的四个核心技术：

Blockweave和Blockshadow：Blockweave要求出新区块时无需验证所有区块，但必须同时验证一个以前的随机区块；Blockshadow则是新出块发给其他节点的信息，其仅含所有先前块的哈希信息和所有交易的钱包列表，而非传统POW中的交易文件，然后节点可以根据Blockshadow和自己块中的交易文件重构完整块。Arweave的系统让区块保持一种持续验证的状态，Blockshadow中的数据经过持续不断的验证，新矿工则无需验证即可开始编织新的区块，以此来提高TPS和提升整条链的扩展性。Blockweave的数据结构如下图，

Graph : arweave.org

Proof of Access：所以因为Blockweave的特性，Arweave改进POW为POA，在无需存储整条连续的区块链的情况下，矿工可以存储任意区块，并根据调用区块的信息生成新块，所以POA机制时Blockweave和Blockshadow技术下的自然产物。POA可以确保矿工存储网络数据，但矿工也可以使用如AWS和谷歌云等远程服务器以降低成本，中心化的服务器显然有悖于Arweave去中心化概念，所以POA共识在今年2月被升级为SPORA（Succinct Proofs of Random Access）。SPORA加强了数据检索速度在区块奖励中的权重来遏制矿工使用中心化服务器，本地硬件能检索更快便能获得更高的激励（根据Blockweave机制，赢得区块奖励受存储的区块数据和检索调用区块数据的效率两方面影响，存储成本又比算力成本低，所以矿工会优先优化存储方式，新共识加强后者奖励权重，让矿工更倾向使用本地硬件，以此来保证网络存储数据去中心化）。所以机制的升级又进一步保证了Arweave数据存储的去中心化。

Wildfire：Arweave在基础设施——节点的运营维护上采用Wildfire系统。 Wildfire其实是一种保障节点带宽和服务器稳定性良好的节点间相互评级的评分机制：

如上图所示，节点与相邻节点分享数据的同时，对相邻节点的表现进行评分，评分越高表示可靠的数据越多。用户文件读取的请求通过DAPP上传节点后发布全网，拥有文件的节点做出回应并以一个交易的形式进入交易池，挖到新块的节点有资格从这些交易中选一个，这里便依据Wildfire的高评分优先，然后文件就从被选节点中读出来。这样的经济手段同时也促进了数据分享的效率。

其次，Arweave为了长久发展保障网络的永久存储而建立了存储基金（Storage Endowment）。
当一条数据被写入Arweave网络时，用户需要支付预付款并同时以存储购买力的形式产生利息。随着时间的推移，这种一次性预付款的利息会被提供给哪些提供硬盘空间的人，存储可获利。

因此，Arweave通过对存储贡献的定价并建立基金，在经济上保证项目的一个长远发展。

最后，在Arweave的核心数据存储层上，是Permaweb，这是一个相互关联的文档和应用程序集合，其所有内容都是永久的。Arweave网络本身是建立在HTTP（传统网络协议）上，所以浏览器可以访问存储在网络中的所有数据。此外，一旦数据提交，任何人（包括上传者）都无法以任何方式更改（不可篡改）。

代币经济
AR是Arweave网络中的原生代币，总供应为66，000，000：
l 55，000，000 AR 在2018年6月8日网络启动时在创世区块中被创建；
l 11，000，000 AR 作为区块挖矿奖励，逐步流入市场。

2018.6.6，白名单初始代币发行8，700，000 AR。
2019.6.11，Arweave从A16z crypto、Multicoin Capital和Union Square Ventures获得种子轮投资500万美元以换取AR代币。
2020.5.3，Arweave又从Andreessen Horowitz, a16z crypto, Coinbase Ventures, and Union Square Ventures获得种子轮投资830万美元以换取AR代币。

Profit Sharing Token：Arweave正在开发一个利益共享社区（Profit Sharing Community）来赋能创始人、贡献者和用户，以提供更好的网络体验。PSC可以被视为一个开源的公司，参与者可以在任何时候花任意时长做出对项目的贡献，并立即获得利润红利。用户与Permaweb交互需花费AR，这笔支出包括矿工费、存储基金费和小费，而这部分小费就以PST的形式为社区创始人和贡献者提供收入来源。PST可获得代币支付的股息，也可在公开市场上直接出售。

优势与劣势
了解了项目机制和代币经济之后，Arweave的优劣也有了大致的轮廓。

从项目机制上来看，一方面，Arweave的核心技术主要是实施在优化网络效率上，不论是吞吐量还是网络稳定性都有一定的保障，根据区块律动BlockBeats的调研，实际上的用户体验也非常流畅，设计切合web2时代用户的习惯不会造成很高的区块链外用户的使用门槛，并且生态涵盖技术开发、金融应用等等领域众多能满足众多群体的需求；另一方面，Arweave的永不可篡改是把双刃剑，优在于防止了信息被恶意更改便于建立不可篡改的去中心化数据库并对希望审查和挑战其质量的人开放，劣在于要求开发者上传的文件不能有任何错漏，这势必会造成网络上存储大量的废弃文件。

从代币经济上来看，Arweave一切都以“长远”为目标。基于“永久存储”的标签，AR代币目前多用于持续挖矿和项目融资，并且建立“去中心化公司”的经营模式和PST来让创始人、贡献者、用户和项目的利益一致，共同发展，达到长远发展的目标。

从商业模式上来看，永久数据存储是 Amazon，Google 和其他公司尚未开发的全新市场，Arweave可以帮助机构存储完备的不可篡改的知识和信息，比如Arweave和美国国家海洋与大气管理局合作存储二氧化碳探测量值。然而，Arweave只需一次性费用而非每月续费的经营模式，虽然项目方宣称自身永久存储低廉，但根据1kx组织研讨，其成本其实要根据存储时间来考虑，目前AWS费用每TB为$20/月，Sia每TB为最低$1/月，而Arweave需要最高$10000/TB，所以存储将近10年以上Arweave才比较划算。进而，成本高的副作用就是用户一方面未必会考虑超过10年的成本，另一方面可能会将“存储技术革新成本会越来越低”加入考虑，所以Arweave并非成本最小化的优选。 

此外，Arweave生态能够扩展到IPFS上，与IPFS向后兼容，IPFS上构建的开发人员可以无缝过渡到Arweave并获得永久存储。项目方称之为Arweave+IPFS桥，简而言之，IPFS用户存储文件时可以选择“上传服务”，在IPFS网关抓取数据后签名确认为Arweave的一个交易并被打包进Arweave区块，运行Arweave+IPFS桥的节点将此数据添加到自己的节点，过程如下图：

Graph : IPFS/Filecoin社区

运行Arweave+IPFS系统的节点既属于Arweave网络又属于IPFS网络。所以有文章也称Aweave是IPFS的另一个激励层（第一个是Filecoin），这样也为Arweave带来了更广阔的生态。

应用场景
Arweave永久存储的应用场景在业内有一定的争议，官方给出的应用场景在于法规要求保存一定年限的文档，可证明的媒体报道，学术研究与不可更改的记录。而目前生态中发展出的诸如游戏或社交网络DAPP等应用的数据是否需要永久存储则被认为并非硬性的需求。

近期Arweave的存储业务拓展到了一个爆发式增长的领域：NFT存储。NFT通常需要链外保存数据，如果该数据丢失或被更改，NFT将彻底失去意义，在前文介绍中Arweave在这方面有得天独厚的优势。根据Mechanism Capital消息，Opensea和Mintbase已经与Arweave开始战略合作，Solana链上的NFT项目Metaplex也采用Arweave作为元数据存储的默认工具。

部分其他区块链也用Arweave作为链上事实的备份，比如Solana在Arweave上记录去状态记录。

应用生态现状

截至2021年初，基于Arweave协议的应用已经超过250个，领域包括金融、社交网络、内容分发、验证、存储归档、DAO和基础设施工具等等，如下图：

Arweave生态上的项目并非百花齐放，整体开发情况更贴近Arweave的商业模式。比如，Verto就是专门交易PST的去中心化交易所，Mirror等的发布的内容都是永久存储，Permanent Archives建立了一个政治和历史信息的永久档案库，FOR Weave是一种永久存储的防伪解决方案并获得7000多项学术认证。

Graph and resource：viewblock（2021.9）

Arweave项目历时3年，项目整体一直处于一个稳定增长的状态，截至2021年年中，链上交易又进一步增长，整体项目目前在一个快速增长的阶段。Arweave网关数据使用情况整体逐月上涨，但又或许因为永久存储的性质，偶尔的大规模数据使用情况突出且明显。总体而言，链上数据表明Arweave项目与其生态三年以来发展态势良好，目前趋势符合其“长久发展”的目标。

行业与竞争

全球云储存行业市场规模自2015年起一直在稳步增长，而需求决定供应，这说明对数据存储业务的需求也在一步步扩大当中。其中，去中心化存储相比中心化存储而言，能将空闲的存储空间积极地调动起来。本报告暂不做这二者的比较，而将重点放在对去中心化存储业内的现状与分析，以此来了解Arweave在去中心化存储市场中的地位。

目前去中心化存储主要有以下几个项目：

IPFS是较早的主打去中心化存储的项目，其是一个分布式文件存储和分发协议，也仅仅处理文件的存储与分发，所有节点都是自愿提供存储空间，在IPFS系统中缺乏激励，所以就衍生出两个“激励层”Filecoin和Arweave。Filecoin是IPFS团队自主开发的项目，对节点提供FIL代币的激励，延续IPFS基于合约的去中心化存储模式，Filecoin甚至激励矿工存储经过验证的数据，在这一点上是优于Arweave的。

Sia同样是基于合约的存储，其与Filecoin和Arweave都不同的是，数据提供者不是矿工，降低了进入门槛，简单性和可用性是其项目的标签，根据The Block调研，其存储的文件量仅为Filecoin的10%左右。而Storj与中心化的云存储项目更为类似，其只是一个供应侧的激励层，同样是分布式节点运营，节点用户可以免费租用空间并且以STORJ令牌为工作收入，该项目的主张也是比传统云存储服务更快，更便宜，更安全。

那么让我们来看看相关的一些数据，

Graph and resource：The Block Research（2021.4）

除了机制与共识上的不同，Filecoin因为容量大但门槛低的特点在去中心化存储赛道上属于后来居上，很快地占据了主要市场，这与早先IPFS的运营肯定也是分不开的。而Arweave创新的永久存储和新的激励机制，也在市场上占有一席之地，并在存储规模上与Filecoin不分伯仲（Arweave兼容IPFS成功引流了一部分用户），但与Sia和Storj一样在资金面上是远低于Filecoin的。

团队

投融与合作

Arweave是由顶级投融机构Techstars，Multicoin，Coinbase和a16z等投资的，背后资本实力雄厚。

总结

Arweave打造了一个一次付费，永久存储，免费读取，不可篡改的数据存储同台。同时，Arweave还开发了REST API接口，可开发各种有文件存储需求的应用，借此打造属于自身的生态。Arweave的核心技术主要是实施在优化网络效率上，不论是吞吐量还是网络稳定性都有一定的保障，但“永不可篡改”是把双刃剑，优在于防止了信息被恶意更改便于建立不可篡改的去中心化数据库并对希望审查和挑战其质量的人开放，劣在于要求开发者上传的文件不能有任何错漏，这势必会造成网络上存储大量的废弃文件。Arweave一切都以“长远”为目标，代币经济对投资者长期持有很有激励，商业模式也是存储将近10年以上Arweave才比较划算。

Arweave生态的打造，一是自身DAPP平台的搭建，二是与IPFS向后兼容即IPFS上构建的开发人员可以无缝过渡到Arweave并获得永久存储，三是生态合作即包括Solana和Opensea以及美国气象局等等机构的大规模合作。生态也一起以“长远发展”为目标，并在持续扩张中。

目前去中心化存储的龙头项目依然是Filecoin，Arweave创新的永久存储和新的激励机制使其在存储规模上几乎与Filecoin不分伯仲（Arweave兼容IPFS成功引流了一部分用户），而其他项目Sia和Storj在资金面上是远低于Filecoin的。

官网：https://www.arweave.org/

参考资料

Arweave白皮书。Available at：https://www.arweave.org/technology#papers
John Dantoni. Mapping out Arweave's ecosystem. The Block Research. Available at: https://www.theblockresearch.com/mapping-out-arweaves-ecosystem-118779

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