一文でわかるCESS：商業ストレージニーズを満たす最初の分散型ストレージネットワーク

著者：蒋海波、PANews

インターネットの巨人たちの集団的なネットワーク断絶は、再び中央集権型ネットワークに「死の鐘」を鳴らしました。

2022年6月21日、グローバルなネットワークインフラサービスプロバイダーであるCloudflareが故障し、数百の大規模なウェブサイトがネットワーク断絶を経験しました。その中にはDiscord、Medium、Coinbase、NordVPN、Feedlyなどの巨人も含まれています。この「単一障害点」による大規模なネットワーク断絶は、より多くの人々に分散型ストレージネットワークの必要性を再考させました。

ブロックチェーンは分散化を提唱していますが、これまでのところ、ストレージは分散化の短所です。一方で、ブロックチェーンプロジェクトのフロントエンドやミドルウェアは中央集権型のサーバーにデプロイされており、攻撃を受けやすいです。他方で、NFTやGameFiなどのデータは分散型ストレージを実現していません。したがって、これらの問題に対する有効な解決策を提供することは、新しいビジネスモデルを生み出すことになります。つまり、ブロックチェーンネットワークのノード、NFT、GameFiの分散型ストレージを実現し、ストリーミングメディアやソーシャルメディアを分散型ネットワーク上に展開する方法です。

CESSのWeb3の道

Web 3という言葉は、Gavin Woodによって2014年にブロックチェーン技術がもたらす新しい世代のインターネットとして解釈されました。当時、GavinはまだEthereumの共同創設者兼CTOであり、ParityやPolkadot（ポルカ）を設立していませんでした。2016年、Polkadotが始動し、Web3のマルチチェーンビジョンを実現し、ブロックチェーン間の「孤島」問題を解決し、チェーン上のアプリケーションやサービスが安全にクロスチェーン通信できるようにしました。CESSはCumulus Encrypted Storage Systemの略で、substrateフレームワークに基づいて開発された分散型インフラストラクチャであり、Polkadotエコシステム全体に一般的なストレージモジュールを提供できるだけでなく（ポルカエコシステムプロジェクトはCESSのストレージモジュールに統合することでデータをCESSストレージシステムに保存し、これらのデータをブロックチェーンに呼び出すことができます）、Web3の世界全体および一部のWeb2.0企業に分散型データクラウドストレージソリューションを提供します。

他の分散型ストレージプロジェクトと比較して、CESSはランダム選択の輪番合意ノードメカニズム、多重コピー可復元ストレージ証明、多種類データ確権メカニズム、代理再暗号化技術などの革新を通じて、中央集権型ストレージアプリケーションプロセスにおける高コスト、遅い検索、アップロード・ダウンロードの遅さなどの問題を解決し、分散型ストレージがストリーミングメディアのような高同時接続と迅速な伝播性を必要とする商業アプリケーションのニーズを満たすことができるようにしました。CESSは、分散型の百度クラウドや分散型のGoogleクラウドのような一般的なアプリケーションをサポートするだけでなく、GameFiやメタバースなどのチェーン上のデータインタラクションに高い需要を持つ新世代のアプリケーションもサポートします。

Polkadotエコシステムの中で、CESSは「優等生」です。Polkadotの2021年のアジア太平洋地域ハッカソンで、CESS LABは「Build a Blockchain」の第一位を獲得しました。2022年1月25日、CESSはWeb3財団（W3F）Grantに必要なすべての内容を完了しました。2022年3月7日、W3Fは再びCESSにSubstrateにストレージモジュールを提供するための助成金提案を承認しました。2022年6月29日、CESSは「CESSがSubstrateにストレージを提供する」すべての納品を完了し、SBP（Substrate Builders Program）マイルストーン1を通過しました。

今年、Polkadotの最大のグローバルイベントPolkadot Decodedの期間中、CESS中国コミュニティマネージャーのAndy Zouは杭州での発表で現在の分散型ストレージトラックの痛点を指摘し、従来のストレージの単一障害点を解決するために多重コピー可復元ストレージ証明メカニズムを使用するなど、CESSの解決策を提案しました。CESSは空間ストレージサービスを提供する最初の分散型ストレージネットワークです。CESSのグローバル市場運営マネージャーであるJohn Humphreys-Ramosは、ブエノスアイレスの会場でCESSのランダム選択輪番合意ノード（R²S）メカニズムを紹介しました。これは「マイナーのジレンマ」を解決し、ブロックの歴史のストレージをより分散化し、大規模なマイナーの過度な集中がネットワーク全体の発展に悪影響を与えないようにします。

グローバルビジネス開発責任者のLouis Albuerneは、ニューヨークの会場でCESSが分散型ストレージにおいて代理再暗号化技術と多種類データ確権メカニズム（MDRC）を使用していることに言及しました。前者は、データ所有者（権限者）の公開鍵で暗号化されたデータを別の暗号文に変換する鍵変換アルゴリズムであり、変換された暗号文はデータ使用者（被権限者）の秘密鍵で復号化でき、データ所有者の秘密鍵や平文情報を漏洩することなく、CESSエコシステムのユーザー間でデータの自由な取引と共有を実現します。後者は、ユーザーがデータをCESSストレージシステムにアップロードする際に、ネットワークがデータのデジタルフィンガープリンターを抽出し、フィンガープリンターをブロックチェーンに記録し、フィンガープリンターの照合を行い、CESSネットワーク内のデータを追跡およびトレースすることを指します。

CESSのテストネットは7月5日に立ち上がり、テストネットは数段階に分けて展開され、新しいモジュールや機能が追加され続けます。

CESSの技術革新

ランダム選択輪番合意ノードメカニズムR²S

CESSは主にストレージに使用されますが、トランザクションをパッケージ化して合意を形成する方法についても考慮する必要があります。その合意層はネットワークの安全性、性能、分散化などの問題も考慮する必要があります。ブロックチェーンネットワークには多くのノードがあり、CESSはこれらのノードからランダムに一部のノードを選択して合意を維持します。このメカニズムはランダム選択輪番合意ノードメカニズム（R²S）と呼ばれます。

R²Sの論理は、ネットワークの安全性を考慮しながら、低Gas費と高TPSを実現することです。ネットワークは、すべての条件を満たす候補ノードからランダムに11の正式な輪番ノード、つまり当該合意ノードを選択し、一定の期間内にブロック生成などの合意維持作業を完了します。候補ノードもネットワークへの継続的な貢献を維持し、データの分割、暗号化、冗長性などの作業を完了する必要があり、これが次の時間ウィンドウの輪番ノード競争に参加できるかどうかを決定します。ネットワークはこの期間に次の時間ウィンドウの輪番ノードを選択します。

チェーン上のトランザクション処理効率を向上させつつ、ノードの分散化を保証するために、CESSは革新的なランダム選択輪番合意ノードメカニズム（R²S）を採用してブロックのパッケージ化や他のチェーン上のトランザクションを実現します。このメカニズムの重点は「ランダム」と「合意」であり、一定の時間ウィンドウ内で一定数の輪番ノードが合意の維持を担当し、選択のランダム性を通じて完全に分散化を保証します。合意メカニズムは分散型ストレージネットワークの核心であり、CESSチームはこのメカニズムを設計する際にストレージ公チェーンに特別な考慮をしました。

R²Sのメカニズムは、合意とストレージの分離を実現し、「マイナーのジレンマ」と独占を防ぎます。一方で、信頼できる実行環境（TEE）技術を使用して合意ノードの誠実性とスケジューリング機能を定期的にチェックし、ノード間の公平な競争を通じてネットワークに高効率のサービスを提供します。

多重コピー可復元ストレージ証明PoDR²

多重コピー可復元ストレージ証明（PoDR²）メカニズムは、CESSストレージネットワークがユーザーがアップロードしたデータに基づいてカスタマイズされたコピーを効果的にストレージすることを保証します。つまり、任意のデータがネットワークにアップロードされると、自動的に複数のデータコピーが生成され、各データコピーの可復元証明に必要な補助検証メタデータが生成され、これらのメタデータはネットワークに保存されます。

PoDR²ストレージメカニズムはCESSストレージネットワークの核心メカニズムとして、最大の利点は、CESSが基盤設計でデータの暗号化、冗長性などの保護戦略を実現しているため、ストレージマイナーは処理されたデータセグメントをストレージし、その有効性を保証するだけで済むことです。たとえ一部のマイナーがデータを失ったとしても、ネットワークは他のデータセグメントを通じて元のデータを復元できます。このメカニズムは、単一のファイルを構成するすべてのデータセグメントを全体として統計および監視します。特定のデータセグメントが損傷していると認定された場合、CESSは自動的に新しいデータセグメントを生成して補充し、新しいストレージマイナーに送信し、コピーの可復元性を保証し、全体のストレージネットワークの堅牢性を向上させます。このメカニズムは、単一障害点の可能性を大幅に低下させ、CESS全体のストレージネットワーク内のデータの安全性を向上させます。

多種類データ確権メカニズムMDRC

Web3はデータ所有権をユーザー自身に戻し、分散型ストレージもすでにユーザーの「確権」の事例を持っています。CESSの多種類データ確権メカニズムは、各データからデータフィンガープリンターを抽出してデータ証明書IDを生成します。個人や企業は誰でも自分の創造物を登録でき、これはブロックチェーンの改ざん不可能な特性に起因します。

代理再暗号化技術

中央集権型ストレージにはデータ漏洩の可能性が避けられず、インターネットやクラウド技術に対する信頼危機を引き起こします。

ユーザーデータの安全を確保するために、CESSは分散型の代理再暗号化メカニズムを設計し、データ所有者がデータ内容を漏洩することなく、データをデータ所有者間で変換できるようにします。つまり、ユーザーがCESSストレージネットワークにアップロードするデータは、デフォルトで公開または非公開の2つの状態にマークされます。ユーザーが非公開状態を選択した場合、ネットワークは各データセグメントを暗号化し、世界中のストレージマイナーノードに送信してストレージします。ユーザーがデータを他の人に権限を与えることを選択した場合、このメカニズムはストレージマイナーノード上のデータに対して権限暗号化を行い、指定された対象がデータ秘密鍵を使用して復号化できるようにし、データへの安全なアクセスを実現します。

多層ネットワーク設計

「モジュール化」はブロックチェーンの未来の発展トレンドの一つであり、モジュール化ブロックチェーンはブロックチェーンの少数の機能に集中するだけで、すべての機能を実現する必要はありません。たとえば、拡張性に特化したArbitrumやOptimismなどのRollups、合意とデータの可用性に使用されるCelestiaなどは、モジュール化ブロックチェーンの代表例です。

実際、多くの公チェーンプロジェクトも多層のモジュール化設計を採用して、完全なブロックチェーン機能を実現しています。たとえば、将来のEthereumの実行層と合意層、Polkadotのリレーチェーン、パラチェーンなどです。

CESSが完全なブロックチェーンを独自に構築することを決定した理由は、トランザクションとストレージ証明の他に、全ネットワークのストレージスペースとストレージ内容のメタデータの記録も含める必要があるからです。CESSのネットワークアーキテクチャは4層に分かれています：ブロックチェーンサービス層、分散型ストレージリソース層、分散型コンテンツ配信層、アプリケーション層です。

1. ブロックチェーンサービス層はすべてのトランザクションと契約を処理し、合意アルゴリズム、ストレージ証明、支払いおよびインセンティブなどの機能を含みます。具体的な合意アルゴリズムは前述の通りで、合意に参加するノードは合意マイナーとも呼ばれます。
2. 分散型ストレージリソース層は、ユーザーがアップロードしたファイル、データなどの情報をストレージするネットワークです。ストレージマイナーはストレージ証明を提出して報酬を得ることができます。ストレージスペースの計画において、CESSの合意マイナーは「プール化」技術を通じてすべてのストレージスペースをスマートに管理し、分散型のクラウドストレージプールを形成し、スライスされたデータセグメントを要件を満たすマイナーにランダムに配布することで、分散されたストレージスペースを最大限に活用し、大マイナーの独占を避け、スマートなクラウドスペース管理を実現します。
3. 分散型コンテンツ配信層は、分散型のコンテンツ配信ネットワーク（CDN）に相当し、分散型の方法でコンテンツの迅速な配信を協力して完成させます。CESSのコンテンツ配信層には、検索マイナーとキャッシュマイナーが含まれます。
4. アプリケーション層の上にはさまざまなアプリケーションを構築でき、他の分散型ストレージサービスプロバイダーと比較して、CESSは分散型ストレージサービスを提供するだけでなく、真のクラウドストレージエコシステムを構築することを目指しています。CESSはSubstrateを使用して開発された公チェーンであり、WASMをサポートするだけでなく、EVMとも互換性があり、プロジェクトの移行と開発を容易にします。

全体のアーキテクチャ設計には4種類のマイナーが含まれています：ストレージマイナー、合意マイナー、検索マイナー、キャッシュマイナーであり、彼らは互いに独立しつつ協力してネットワークの正常な運営を保証します。この基盤の上で、開発者はCESS上にさまざまなアプリケーションを構築できます。

さまざまなマイナーがそれぞれの役割を果たし、自分の仕事に集中できるため、CESSへのストレージハードウェアの参加障壁も低下し、1 TBのストレージスペースがあればストレージマイナーになることができます。マイナーはランダムにデータセグメントを受け取り、マイナー自身の規模には依存しません。コンテンツ配信層の検索マイナーとキャッシュマイナーもストレージ関連の業務に従事する必要がないため、CESSの検索、アップロード、ダウンロード速度は商業アプリケーションのニーズを満たすことができます。

アプリケーション

上記のさまざまな技術に加えて、ユーザーレベルでCESSと他の分散型ストレージプロジェクトの最大の違いは、動的データストレージサービスを提供できることです。

これは、CESSが分散型商業ストレージトラックで初めて空間ストレージサービスを提供し、ユーザーがデータをいつでも変更および削除でき、迅速な検索とデータの返却が商業ストレージの高頻度で迅速、低コストのニーズを非常に満たすことを意味します。

したがって、CESSはストリーミングメディア、ソーシャルアプリケーション、NFT、GameFi、医療/研究取引共有プラットフォームなど、さまざまなアプリケーションシナリオに対応できます。CESSはまた、他の分散型ストレージプロジェクトの価格を追跡するためにオラクルを使用する計画を立てており、CESSの顧客のストレージコストが他のプロジェクトを上回らないようにします。

トークン経済

CESSトークンは、リソースサービスの購入、ネットワークGas費の支払い、ノードのステーキングマイニング、DApp開発のインセンティブ、CESSネットワークの正常な運営を維持するためのマイナーへのインセンティブなどに使用できます。CESSトークンの発行総量は100億で、具体的なトークン配分は以下の通りです：

• 15%は初期貢献者に配分され、配分数量は15億で、6年間で線形に解放されます；
• 55%はマイナーに配分され、配分数量は55億で、線形に解放され、4年ごとに半減します；
• 10%はコミュニティとDAOに配分され、配分数量は10億です；
• 5%はビジネスパートナーに配分され、配分数量は5億です；
• 5%は準備金として配分され、配分数量は5億で、緊急事態や将来のエコシステム発展に使用されます；
• 10%は資金調達として配分され、配分数量は10億で、一般投資と戦略的投資に使用されます。

まとめ

商業ストレージ用途を満たす分散型ストレージネットワークを構築することに専念する最初のプロジェクトとして、CESSは技術革新を通じて、多重コピー可復元ストレージ証明メカニズムを実現し、データのプライバシーと安全性を保護し、データリソースの「プール化」を実現してストレージリソースの利用率を最大化し、現在の分散型ストレージプロジェクトと商業ストレージサービスの設計理念において革新と進歩に卓越した貢献を果たしました。それに加えて、CESSはさまざまなシナリオでの分散型ストレージアプリケーションに対応できます。

CESSネットワークはSubstrateフレームワークを基盤にし、Polkadotエコシステムを出発点として、CESSエコシステムの大構想を築き、さまざまな分散型アプリケーションの基盤インフラストラクチャにソリューションを提供します。WASMをサポートするだけでなく、EVMスマートコントラクトにも互換性を持たせています。これにより、世界中の開発者に高効率の分散型アプリケーション開発モデルを提供し、CESSの迅速な発展への道を開きます。