Arweave:永続的な分散型クラウドストレージ
Arweaveは、オープンソースの分散型ストレージ・プロトコルで、ユーザーは一回の前払いでデータを永久に保存することができるようになります。Arweave は blockweave と permaweb の2つの異なる部分から構成されています。
blockweaveは、Arweaveネットワークのブロックチェーン的なストレージ層で、ストレージの注文を処理したり、データを複製したりする場所です。
permawebは、ブロックウィーブの上に構築された人間が読めるレイヤーで、私たちが知っているワールドワイドウェブを模倣することを意図しています。permawebは、ワールドワイドウェブと同様に、HTTPを使用して通常のウェブブラウザでアクセスすることができます。
また、Arweaveプロトコルは、SmartWeave smart contract platformを通じてスマートコントラクトをサポートしています。
イーサリアムなどのスマートコントラクト対応ブロックチェーンでは、ネットワーク上のすべてのノードでスマートコントラクトが計算されますが、Arweave上のスマートコントラクトは、スマートコントラクトの実行を要求したローカルマシンのみで計算されるようになっています。
Token
ARはArweaveネットワークのネイティブユーティリティトークンで、ストレージとネットワーク帯域幅のコストを無期限にカバーするためにマイナーに支払われるストレージエンダウメントへの支払いに使用されます。
Storage Technology & Consensus Mechanism
blockweaveはSuccint Random Proofs of Access (SPoRA)と呼ばれるコンセンサスメカニズムを使用しており、これは「Proof of Access」（PoA）と呼ばれることもあります。
ノードが新しいデータを受け入れたいときはいつでも、マイナーは前のブロックに関する情報を出すだけでなく、「recall block」または「recall chunk」という、以前にアップロードされたデータの中からランダムに選ばれたブロックにアクセスできることを暗号的に証明しなければならないため、「Proof of Access」と呼ばれています。
新しいデータは、recall blockが検証された場合にのみ、システムにアップロードすることができます（つまり、新しいブロックがマイニングされます）。
PoAの結果、blockweaveは厳密にはブロックチェーンではなく、よりグラフ構造に似ているため、blockweaveと呼ばれるようになりました。
図2：PoAアルゴリズムの簡略図
Arweaveでは、ブロックデータ構造により、新しいブロックや新しいトランザクションの処理に必要なすべてのデータが個々のブロックに含まれていることを保証しています。
その結果、ネットワークに新しく参加したマイナーは、すべてのブロックの履歴をすべてダウンロードする必要がなくなりました。
新しいマイナーが参加すると、信頼できるpeerにブロックハッシュリストとウォレットリストを要求します。
これにより、最後のウォレットが検証されたブロックを所有していなくても、古いブロックを要求して検証し、取引を検証することができるようになるのです。
現状の別のブロックチェーンであれば、他のノードからブロックを要求できることとは別に、古いマイナーはそのブロックを新しいマイナーに届けるためにネットワークとマイニング設備を使わなければなりません。
しかし、Arweaveは「wildfire」メカニズムでこれを解決しています。
この仕組みでは、ノードはpeerのgenerosity（新しいトランザクションの送信）とpeerのresponsiveness（情報のリクエストへの応答）に基づいて、peerをランク付けします。
ノードはランク付けされたpeerに対して優先的にゴシップ（つまりコミュニケーション）を行います。積極的なコミュニケーションは次のブロックを採掘できる可能性が高くなることで報われるため、これはノードがネットワークと積極的にコミュニケーションするインセンティブになります。
図3：「blockweave」の織物状の構造を作り出す「Wildfire」の仕組みの簡略図
コンセンサスメカニズムがストレージリソースの拡張をインセンティブとする Filecoin とは異なり、PoA コンセンサスメカニズムは「レア」ブロックの保存を通じて長期データ保存と冗長性の最大化をインセンティブとし、マイナーは同じレベルのブロック報酬のために Proof-of-Work パズルでより少ない他のマイナーと競争することになります。
PoAコンセンサス・アルゴリズムは、基本的にPoWコンセンサス・アルゴリズムの拡張版であり、ノードがrecall blockのマイニングに必要な暗号証明を持っている場合、彼らは暗号パズルを解くためにより少数のマイナーグループと競争しなければならなくなっています。
暗号パズルが解け、データがネットワークに追加されると、マイナーはARトークンで報酬を得ることができます。
Arweaveプロトコルは、Arweaveに公開されるコンテンツを監視し、モデレートすることで、ノードオペレータが同意しない特定の素材をフィルターにかけることができるようにしています。
自動チェックもありますが、どのデータをダウンロードし、どれを無視するかは、各ノードが自分で決めることができるのです。
こうした仕組みは、ユーザーがネットワークにファイルをアップロードする際、自分のニーズに合ったコンテンツ・ポリシーを遵守するゲートウェイを選ぶことができることを意味しています。
Arweaveのコンテンツ・ポリシーの詳細については、Arweaveのイエロー・ペーパーをご参照ください。
Data Permanence & Pricing Mechanism
ユーザーがArweaveにファイルを保存したい場合、ほとんどの場合、一回限りの前払金を支払います。
この料金の一部は、データをネットワークに追加するためのマイナーに支払われますが、料金の大部分は、Arweaveの仮定によれば、データを無期限に保存するためのコストをカバーするストレージ基金に拠出されます。
同社の計算では、過去50年間、1時間当たり1GBのデータを保存するコストの年平均減少率は-30.57%だったそうです。
図4：1GBhのストレージコストの低下(出典:Arweave YelloPaper)
Arweaveは、データを永久に（正確にはArweaveのネットワークが存在する限り）保存することを可能にするために、3つの主要な仮定を適用しています。
ユーザーがデータをArweaveネットワークにアップロードして保存するために支払うコストは、保存コストが年率-0.5%で減少すると仮定して、最初の200年間をカバーします。これは過去50年間の年平均減少率-30.57%に対して非常に保守的に見受けられます。GBhあたりのコスト低下が年-0.5%より大きい場合は、それに応じてデータの総保存年数も増加します。
支払われた基金（トークン）は、時間の経過とともにフィアットベースで価値を高め、長期的な安定要素として機能することが期待されます。
Arweaveプロトコルは、基金からのトークンの放出を積極的に避けています。インフレのブロック報酬から排出されるトークンや、新しいデータがブロックチェーンに追加されたときに受け取る取引手数料によって、マイナーたちがすでに収益性を上回っている場合、基金からの支払いは効力を持ちません。この場合、基金のトークンが「float」し、データがネットワーク上に保存される期間がさらに延長されることになります。
図5：データ永続化を推進する前提条件の可視化 (出典: https://www.arweave.org/technology#permaweb )
つまり、時間が経ってノードがネットワークから離れたとしても、ストレージの収益がストレージのコストを上回っている限り、システムが提供する経済的インセンティブによって、新しいノードが参加してデータの保存を継続することができるのです。
Arweaveのデータ保存コストを決定する要素は3つあります。
ここでは、以下の通りです。
Size(D) = 保存されるデータのサイズ
FiatCostPerpetualStorage = 今日1GBのデータを永久に保存するためのフィアットコスト
PriceUSD = AR（Arweaveのネイティブ・トークン）のフィアット・タームでの価格
Mining Rewards
マイナーがPoAのハッシュパズルを解くことに成功した場合、リコールブロックにアクセスできると仮定すると、マイニングの報酬は3つに分かれる。
トランザクション手数料
インフレ型トークン排出量（ブロックごとにあらかじめ設定され、ブロックの高さに応じた割合で徐々に減少する）
寄付金支払額
ブロックごとのマイニング報酬は、マイナーのコントロールが及びません。
マイナーがマイニング報酬を最大化するための方程式は、以下のように構成されます。
新しいブロックのマイニングに参加できる確率は、マイナーがリコールブロックの検証を要求されたデータを保有している確率の関数となります。また、この確率を最大化するために、ノードはできるだけ多くのブロックを保存するようにインセンティブを与えられています。
あるノードがハッシュパズルを最初に解くことができる確率。ネットワークの平均ハッシュパワーと比較したノードのハッシュパワーの関数のことです。
長い間、積極的に参加することは、ノードが次のブロックの情報を得ることができる早さを増加させるWildfireの仕組みに寄与します。
Tokenomicsは以下の通りです。
原始発行（genesis generating）（2018年6月8日）時に発生した5500万AR。
ブロック報酬として導入されたインフレ排出として1100万AR、全てのトークンが流通するまで継続的に半減されます。
完全に希釈されたトークンの流通量は6600万ARトークンとなります。Arweaveはトークンバーンメカニズムを導入していません。
図6：ARトークンのインフレとアロケーション(出典: https://medium.com/amber-group/arweave-enabling-the-permaweb-870ade28998b )
Arweave
All references were accessed between May 5th and 31st, 2022.
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Wayne Jones (n.d.) Can data really be stored forever? Available at: https://ardrive.io/can-data-really-be-stored-forever/