元宇宙与分布式存储

元宇宙概念

元宇宙(Metaverse)一词，最早是来自于尼尔斯蒂芬森的《雪崩》中提出的“元界”，他描述了一个平行于现实世界的网络世界。所有现实世界中的人，在元界中都有一个“网络分身”。

概念上，Metaverse一词由Meta和Verse组成，Meta表示超越，verse代表宇宙(universe)， 合起来通常表示“超越宇宙”的概念：一个平行于现实世界运行的人造空间。

元宇宙是数字宇宙，是平行世界。元宇宙包括：芯片技术、网络通信技术、虚拟现实技术(VR/AR/MR/XR)、游戏技术(游戏引擎、游戏代码、多媒体资源)、AI人工智能技术、区块链技术。所以说，元宇宙是建立在数字技术基础上的，和IT、CT技术密不可分。要支持庞大的元宇宙运作，首先必须要有极其强大的算力和算法。虚拟现实技术、游戏技术、AI人工智能，都属于IT范畴。

元宇宙是一个集体的虚拟共享空间，包括所有虚拟世界和互联网的总和，包括但不限于现实世界的衍生物或副本，但并不等同于增强现实技术。该术语常用于描述互联网的未来迭代版本，是指由持久共享的众多 3D 虚拟空间互联而成的可感知虚拟宇宙。

元宇宙：构建在虚拟上的真实

区块链构建了一个开放稳定的价值载体，并为数字化的价值流动及个体间的协作提供了充分的可能性，但构建一个完整的世界观体验还需要庞大的基础设施支持。5G、VR设备、IoT设施、AI技术及清洁算力都是缺一不可的关键产业支柱。在区块链方向，数字身份系统、去中心化存储及雾计算仍有待发展。根据目前形成的共识，元宇宙的五大要素包括可靠的经济系统、虚拟身份与资产、强社交性、沉浸式体验及开放内容创作。如果说元宇宙最终要达到在创造独立的沉浸式虚拟数字世界，具备开放性、自洽的经济系统、低准入限制、流畅的现实交互和存续性，那么我们现在所处的还是元宇宙的萌芽时期。

根据支柱产业发展水平可将元宇宙历程分为以下阶段：

第一阶段——社交+游戏：沉浸式体验形成雏形，在虚拟世界中可以实现基本的娱乐、社交功能，少部分玩家对元宇宙形成归属感。

第二阶段——虚拟/现实概念逐渐模糊：将消费、金融、生活服务等真实世界的元素接入到虚拟网络中，用户基数、使用时间进一步提升，元宇宙成为社会生活中重要的一部分。

第三阶段——全真互联网：《头号玩家》中“绿洲”级别的数字宇宙，虚拟和现实世界密不可分，用户基数和使用时长达到极大，在虚拟世界中形成新的文明。

元宇宙与去中心化存储的关系

对于元宇宙的数据的安全，filecoin创始人胡安在近期的举办的OVioHQ’s Diffusion 2021活动中表示，对于元宇宙的数据生态发展可以使用CID来链接数据，使用分布式存储来工具分发和管理数据，使用星际文件系统网络来存储数据。

“通过使用协议实验室近期推出的NFT.storage以及Web3.Storage，就能轻松做到上面讲的一切。”他介绍道，NFT.storage可用于免费存储NFT数据，而Web3.Storage是一个简单的界面，供开发人员在分布式存储系统中存储、检索数据管理。对于元宇宙如何成长的话题，胡安认为，大型企业有可能创建大规模的平台来建造元宇宙的数字模型，但是如果企业最终控制大多数用户的交互，将背离元宇宙的本质。

元宇宙应该由碎片开始，然后连接在一起，它应该是一个开放的平台。在这不足一年的时间里，分布式存储&星际文件系统实现了从技术落地到生态应用拓展的全面升级。而随着NFT市场的发展与元宇宙的不断深入，分布式存储分布式存储的价值，就是作为底层存储。让元宇宙、NFT所有数据资产拥有永久、安全的“容身之所”。

存储的产业生态

新冠疫情的肆虐加速了真实世界与虚拟世界边界的模糊，人们在真实世界中的工作、社交、娱乐、餐饮、购物、出行等活动几乎都可以在互联网世界中来执行;

同时，从 Web 1.0 到 Web 3.0，从被动的数据读取到热火朝天的内容创作，数据生产量发生了爆炸式的增长，并且还将以指数形式继续增长。

在软件及算法的迭代与融合中，存储行业从传统的磁盘存储突破硬件的物理限制而逐渐演进到云存储。作为区块链技术的三大支柱(计算、存储、网络)之一，存储对于 Web 3.0 与元宇宙的发展都具有重大意义——从应用角度来看，数据安全与数据主权的最终归属关系着虚拟世界的稳定运行;而从经济角度来看，元宇宙与 Web 3.0 世界产生的海量数据存储需求也有着巨大的商业前景。

碍于各种因素我们现时无法整体评估存储市场的规模，但以云存储为例，预计到 2027 年，全球云存储市场规模将达到 2,222 亿美元，在预测期内年复合增长率达 21.9%。

存储的商业模式分为中心化和去中心化存储：

中心化存储是将数据完整地存储在中心化的服务器上，去中心化存储则是采用分布式存储技术将数据切片分散存储在多个独立的存储供应商上。中心化存储方案以高稳定性的性能、低廉的费用，满足了企业级存储的需求。

去中心化存储以其定制化存储方案、经济激励模型、隐私性强等特点满足了长尾企业市场的特殊场景要求。对数据安全性和用户数据所有权的重视，去中心化存储的重要性将愈发凸显。

中心化存储

中心化存储，即将整个存储集中在一个系统中的多套设备上，是过去大型主机时代的产物，采用有限的固定的节点数，数据访问仅需经过一个控制器，因而具有低延迟的优点但相对费用较高、数据安全性、服务提供商的运营可扩展性低等问题。

中心化存储系统顺利运行的关键之一是存储服务器稳定运转，存储服务器成为系统性能的瓶颈以及可靠性的焦点，对于存储环境、硬件设备等提出了极高的要求，因而巨大的中心化存储市场却是巨人的蛋糕，亚马逊、微软、谷歌、阿里云四大巨头合计占据了云存储市场份额的67%。

随着微博、Facebook等的传播以及自媒体的流行，我们进入了数据以指数倍增长的时代，爆炸式的数据增长对存储容量大小、扩充速度和数据备份等方面提出了更高的要求;用户间实时的信息互动需要更快的数据读写速度和更高的安全性;同时，由于用户自我创作产生的数据种类、数据间的关系变得更加复杂多样化，存储系统需要从过去单一的文件类型扩展至各种半结构化、非结构化的数据关系。而中心化存储由于其高昂的建设成本以及行业进入壁垒，数据存储容量、数据类型等的扩张都难以跟上数据生产的脚步，去中心化存储由此应运而生。

去中心化存储

去中心化存储基于区块链技术，采用开源的应用程序和算法，把数据切片分散存储在多个独立的网络节点上，主张隐私保护、数据冗余备份等，并且通过对种子节点或文件上传方提供经济激励使数据价值化。其中，经济激励模式使得用户数据得以安全长久地保存正是去中心化存储的点睛之笔。

当去中心化存储遇上区块链技术，便具有了可扩展性强、安全、效率高、自动容错、可靠性高、成本更低的特性：

可扩展性：存储节点的数量可无限扩展，每个节点的存储容量亦可灵活调整;

安全性：无需了解合作对方或寻求第三方的信任，存储信息拆分成碎片分散存储在多个节点，存储数据的加密不仅局限于用户和软件终端，而且在存储网络的所有环节中、在信息传输过程中通过私有网络访问密钥、零知识证明等方法进行加密处理;

高效率：同一网络上的节点可直接共享文件;

自动容错：由于存储内容已分散到网络中的许多节点上，可在数据传输或存储出错时存储额外的副本;

高可靠性：存储系统内含的验证机制能确保文件被完整真实地存储，且能7*24小时供用户随时取用;

低成本：据悉，存储一期《中国有嘻哈》视频文件，按0.001美元/GB带宽成本计算，则爱奇艺需支付给传统存储商一百万美元，若采用IPFS分布式传输则可节省60%的带宽成本。

主要的去中心化存储解决方案

Bittorren

2003年，软件工程师Bram Cohen发明了 BitTorrent 协议。

BitTorrent简称BT是一种内容分发协议，通过 P2P 下载的方式克服了传统下载方式的局限性——不需要资源发布者拥有高性能服务器来传输资源，且下载同一文件的人越多下载该文件的速度越快，加上其免费使用这一收费模式，吸引了众多的网民使用。然而 Bittorrent 下载必须使用种子文件，即下载内容的所有地址放到这个种子文件中才能下载，且客户端只能下载种子文件内的内容。但种子文件可能随着时间推移而减少甚至消失，这也意味着存储的内容可能会在传播中消失。

Bittorrent 的另一个明显的问题是缺乏激励机制，缺失激励用户无偿共享文件的动力。在适当的经济激励缺席下，只有那些广受流行且不断有人下载的内容才能幸存下来，而某些未能引起大众注意的精华则可能消失在历史的长河中，只留下一抹模糊的剪影。

BT协议与FTP协议不同，特点是下载的人越多，下载速度越快，原因在于每个下载者将已下载的数据提供给其他下载者下载，充分利用了用户的上载带宽。通过一定的策略保证上传速度越快，下载速度也越快。在很短时间内，BitTorrent协议成为一种新的变革技术。

IPFS/ Filecoin

IFPS (InterPlanetary File System)是 2015 年提出的另一种去中心化存储方案，在某些方面，IPFS类似于万维网，但它也可以被视作一个独立的BitTorrent群、在同一个Git仓库中交换对象。

换种说法，IPFS提供了一个高吞吐量、按内容寻址的块存储模型，及与内容相关超链接。克服了 BitTorrent 的不足——仅用 hash 地址即可寻找到所需文件、可存储内容的多个版本、可预下载内容，进而实现去中心化、快速、高效率、可靠性、安全的内容存储。

值得注意的是，IPFS 又开创性地引入了激励层 Filecoin，通过通证激励机制以确保文件在约定期限内的可靠存储。

Filecoin 允许任何个体利用空闲的硬盘空间和带宽在公开市场上提供数据存储和检索服务，将未用硬盘容量货币化，并通过 PoRep (复制证明)和 Post (时空证明)来保证矿工真实存储文件的情况，防止女巫、生成、外包等虚假存储数据的攻击。

简单来说 RoRep 是证明矿工真实存储了数据，而 Post 则是证明矿工一直将该数据存储在自己的硬盘中。

当然，Filecoin 的这种模式并不意味着它就是完美无缺的。IPFS 挖矿需要专业设备—GPU 矿机而使挖矿成本较高，行业进入壁垒的提高导致普通个体可能无法直接参与存储挖矿，进而全网总存储将向少数存储供应商或大规模矿池集中。

这从某种程度上来说，IPFS 所构想的完全去中心化在执行过程中又变成了少数供应商垄断的「中心化」存储。