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详解NFT存储现状与解决方案

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来源:Memo Labs博客
编译:胡韬

除了货币,现实世界中的大多数物体都是独一无二的,具有鲜明的特征和价值。NFT的特性可以完美适应这种情况,实现数字世界中不同物体的代币化。NFT利用区块链防篡改、公开透明、可追溯的特性,将现实世界映射到数字世界,构建期待已久的乌托邦——元宇宙。

但是,由于现有的技术限制,NFT 还没有能够完美地实现上述想法。由于通信拥塞、可扩展性有限、gas费用高等原因,NFT的元数据和媒体数据并没有完全存储在区块链上,而是在链下。没有区块链技术的保护,这部分数据并不是完全安全可靠的,这意味着目前的 NFT 还没有达到比特币那样的可信度。但是这个缺陷被对 NFT 的热情所掩盖,很少受到关注。

虽然NFT的交易也是在区块链上完成的,但它的存储通常是在区块链之外完成的——在项目的中心化服务器、第三方云服务器、IPFS 或 Metastorage 和其他 NFT 存储项目中。这是因为涉及的元数据往往比较复杂,媒体数据需要更大的存储空间。

NFT存储已经成为当前NFT系统中最薄弱的环节,但作为元宇宙的关键基础设施,未来势必在新的社交生态中发挥重要作用。本文将讲解NFT底层架构,总结NFT存储现状,同时深入探讨NFT存储面临的机遇和挑战。

 

一、NFT存储现状

 

1、产品类型

NFT以其独特的属性,在元宇宙、数字艺术、收藏品、游戏、DeFi、公共事业、体育等诸多领域都带来了一定程度的变化。本文总结了各个品类中市值最高的NFT产品,作为研究NFT存储现状的目标群体。

1)Decentraland

Decentraland 是一个基于以太坊的虚拟现实平台。用户可以创建内容和 dApp 并将其货币化。创建的内容可以提供给其他用户进行交互。Decentraland 中的土地使用笛卡尔坐标系进行标注,社区拥有永久所有权,创作者可以完全控制自己的作品。

Decentraland 将数字资产的所有权和其他可交易信息存储在以太坊区块链上,而其他需要实时交互的信息,如场景状态和用户位置,则存储在用户的计算机或场景所有者的私人服务器上。开发人员需要选择哪些信息值得存储在区块链上,因为它需要更高的成本。

2)The Sandbox

The Sandbox是一个社区驱动的 UGC 平台,用户可以在其中获得数字土地和创意内容的所有权。他们的作品可以自由交易并变成这个用户生成的元宇宙的组件。元宇宙中的所有元素都是由社区自我驱动的。

Sandbox上的代币SAND是ERC-20代币,而平台上数字资产的认证和交易遵循ERC-1155和ERC-721标准。此信息存储在以太坊区块链上。另一方面,数字资产的实际媒体数据存储在 IPFS 上,并利用亚马逊的 S3 云服务来支持网页前端。尚未铸造的数字资产将存储在 S3 云服务器上,需要去中心化的存储解决方案来进一步保护数据隐私。

3)CryptoVoxels

CryptoVoxels 是一个基于以太坊的元宇宙。用户可以在街头建立、开发和出售数字资产,其所有权将永久记录在区块链上。风格类似于 Minecraft,用户可以使用自定义的像素块来建造自己的土地。该平台还为用户提供系统的原生 COLR 代币,用于为土地着色。目前,CryptoVoxels 将用户在陆地上创作的数字作品对应的媒体信息存储在公司运营的服务器中。它在社交媒体上表示将考虑将数据转移到去中心化存储系统。

4)CryptoPunks

CryptoPunks是一套具有不同特点的像素风格头像,总共有10000个。这些角色最初是通过以太坊钱包免费领取的,现在需要通过二手交易平台购买。最初,CryptoPunks为了节省gas费用,将10000个字符聚合成一张图片,并将这张图片的哈希值存储在区块链上的智能合约中,但并未透露其原始媒体数据的存储位置。随着 NFT 存储风险越来越受到关注,CryptoPunks 花费了 7500 万 gas 费将所有头像存储在以太坊区块链上。

5)Bored Ape Yacht Club

Bored Ape Yacht Club 共有 10,000 个具有鲜明特色的猿人头像。所有头像均已铸造,可在二手交易平台上购买。BAYC在官网公布了每个头像的TokenID、SHA-256哈希值和IPFS哈希值。它还在去中心化的存储系统中备份了每个头像的媒体数据,并发布了备份信息。

6)Gods Unchained

Gods Unchained 是一款基于以太坊的 NFT 纸牌游戏,类似于炉石传说。玩家可以组建自己的套牌,在不同的游戏模式下进行游戏,例如排名构组和竞技场冒险。卡牌可以在市场上自由交易,归玩家所有。目前,游戏中 NFT 的所有权存储在区块链上,而 NFT 卡的元数据和媒体数据存储在公司的服务器上,并通过 API 接口与智能合约集成使用。

2、交易平台

Opensea是最早也是目前最大的NFT交易平台,占据了90%以上的交易市场。最初,Opensea 还使用中央服务器来存储 NFT 元数据和媒体数据。随着单个 NFT 的价值飙升以及不时受到数据丢失的影响,Opensea 现在也为用户提供了去中心化的存储选项。目前,创作者可以选择使用 IPFS 去中心化 NFT 元数据和媒体数据,但他们需要为此付费。

Rarible 是目前第二大 NFT 交易平台,同时支持 ERC-721 和 ERC1155 协议。该项目将创建者铸造的 NFT 的元数据和媒体数据存储在网站后端,这是一个中心化的服务器。新买家可以在需要时在区块链上调用它们。

SuperRare 是一个在线艺术画廊,也可用于交易。它还发行了自己的交易代币 RARE。SuperRare拍卖的NFT没有向用户展示非常详细的技术信息,如智能合约、tokenID、元数据等,这可能是平台市场份额一直偏低的原因。根据我们的研究,SuperRare 使用 IPFS 进行元数据和媒体数据存储。

3、链上存储

目前NFT使用的区块链主要有以太坊、Flow、BSC等公链和Polygon、Ronin等侧链。

由于区块链上的高gas费用和拥塞的通信,大多数NFT项目选择仅将NFT所有权数据存储在区块链上,以确保所有权是不可篡改、可追溯和不可否认的。交易不需要中心化的信用机构作为中介,可以通过智能合约直接在区块链上完成。这种方法扩大了 NFT 的流通。它还使用不受任何第三方控制的信用中介。

代表 NFT 实际形式的媒体数据存储在链外,在某些情况下,也存储一些更复杂的元数据信息。将它们与所有权存储系统分开会给受到区块链技术严格保护的所有权投下阴影。

4、链下存储

NFT目前使用的主流链下存储方式有:中心化、中心化可验证、去中心化、去中心化可修复等。

1)中心化存储

大多数 NFT 项目的市场份额没有 Opensea 大,很多还处于起步阶段,不太关注链下数据存储的安全性。智能合约中的特定标识符可用于返回相关的元数据和媒体数据。他们通常使用 Web 服务器上的 URL 作为标识符。该服务器由公司运行或由亚马逊等云服务提供商提供。集中存储的风险是篡改和拒绝服务。

2)中心化可验证存储

我们以 CryptoPunks 为例——它最初将其产品的集成图像存储在一个中心化的服务器中,然后将该图像的加密哈希值存储在一个智能合约中进行验证。这样做的好处是可以通过哈希值来验证图像,确保没有进行任何修改,使 NFT 媒体数据防篡改。然而,媒体数据本身存储在中央服务器中,而不是像存储在区块链上的 NFT 所有权那样备份在整个网络的节点中,从而带来数据丢失、拒绝服务等潜在风险。

中心化可验证链下存储方式是对中心化方式的优化,但仍然存在诸多风险,不能很好地满足NFT和元宇宙对认证数据的高可靠存储的要求。

3)去中心化存储

IPFS作为去中心化存储的代表,逐渐被NFT行业所接受。IPFS 旨在为传统的中心化 HTTP 提供去中心化寻址补充。以Bored Ape Yacht Club为例——它的元数据和媒体数据都存储在IPFS中;IPFS 提供冗余备份和稳定的内容寻址。作为一个运行在多个节点上的寻址网络,它解决了以前集中存储方式无效URL地址的痛点,避免了对集中服务提供商的依赖。

IPFS 的去中心化寻址方式进一步完善了 NFT 元数据和媒体数据的存储方式,但作为寻址系统,它无法提供足够安全可靠的存储服务。虽然CID地址会一直在系统中,但对应的具体数据却没有这样的稳定​​性。原因是IPFS中的网络节点在备份内容时是自驱动的——如果只有单个节点或少数节点备份相应的内容,当这些节点损坏或离线时,存储的数据就会消失,留下只有 CID 的无效消息。

4)去中心化的可修复存储

作为 NFT 解决链下存储问题的一种新可能,去中心化的可修复存储系统引起了行业内外的广泛关注。Filecoin、Memo、Arweave等去中心化分布式云存储项目也在积极为NFT追随者探索更好的存储解决方案,其中Filecoin和Memo基于各自的存储生态推出了NFT存储项目。

NFT.Storage 是一个基于协议实验室推出的 Filecoin 生态系统的 NFT 存储项目。通过该项目存储的 NFT 将存储在 IPFS 或 Filecoin 中。目前,存储的单条数据的容量限制在 100MB 以下。它的修复功能建立在 Filecoin 的激励机制之上。通过存储节点的评分和验证系统,可以及时发现和修复损坏或丢失的数据。但是IPFS中的存储是由Protocol Labs提供的,需要更多的网络节点参与,需要进一步去中心化。Filecoin 上的存储尚未连接到主网络,由测试网络节点提供,因此存在网络重置导致数据丢失的风险。

Metastorage 是基于 Memo Labs 推出的 Memo 生态的 NFT 存储项目。通过该项目存储的 NFT 将双重存储在 IPFS 和 MEFS(Memo Labs 独立开发的存储系统)中。目前对存储的数据量没有限制。其修复功能基于MEFS存储系统,利用多副本和纠删码冗余机制,同时提供开放的验证方式。系统中的 KEEPER 角色负责为用户匹配通过验证和挑战的节点,并提供持续的评估和维护。虽然 MEFS 的整体修复机制与区块链解耦,但仍然需要 Memo 参与更大范围的节点,为 MEFS 系统提供支持,构建稳定的生态系统。

去中心化可修复存储有可能成为未来 NFT 存储的解决方案,更好地匹配元数据和媒体数据的存储以及 NFT 的所有权存储。目前,产品技术和规模还处于萌芽阶段,实施程度有待进一步观察。

二、NFT 存储的 4 个机会

 

1、元宇宙价值支持

一般而言,元宇宙是指利用互联网、VR等一系列技术构建的虚拟世界。这个概念诞生于几十年前,但从未实现。随着区块链的快速发展,元宇宙看到了成为现实的前景——区块链为元宇宙提供了理想的去中心化环境,NFT的出现也为数字资产的认证提供了可行的方式。受当前区块链技术的限制,NFT 的实际内容需要一种与所有权存储相匹配的存储方式。在需求的推动下,该技术的蓬勃发展有望突破NFT去中心化存储的安全瓶颈,而专注于解决NFT存储问题的去中心化云行业更广阔的市场空间就在眼前。

在这个由区块链驱动的虚拟现实中,参与者可以拥有非常广阔而丰富的想象空间,例如享受游戏、展示自制艺术品、拥有和交易虚拟财产等,用户甚至可以从独特的虚拟经济系统中获利。他们可以购买去中心化组织控制的土地,以 NFT 的形式在其上自由建造,将建筑物出租给他人返回,或者饲养和繁殖稀有宠物并出售它们以换取金钱。

元界生态涵盖了上一节所讨论的元界中的所有项目,其中大部分仍处于早期阶段。区块链通常用于记录和保证用户数字资产的所有权,而所有权对应的媒体数据大多仍存储在中心化服务器或IPFS中,并没有得到与所有权相同级别的保护。这给数字资产的完整性带来了一定的风险。如果没有完整可靠的存储闭环,使用区块链技术保护所有权也将失去意义。

2、P2E游戏产业基础设施

近期P2E游戏的火爆,引起了玩家和资本市场的广泛关注。随着Axie Infinity超越NBA Top Shot成为市值最高的NFT项目,相信NFT在游戏行业具有巨大潜力。一些现有的加密游戏是 CrytpoKitties、Cryptocats、CryptoPunks、Meebits、Axie Infinity、Gods Unchanged 和 TradeStars。

这种类型游戏的一个引人入胜的特点是“再现”机制。用户可以自己饲养宠物,花费大量时间培育新的后代。他们还可以购买限量版/稀有版虚拟宠物,然后高价出售。由于P2E游戏价值流通的特点,目前的存储方式无法满足其较高的安全性要求。

额外的奖励吸引了许多投资者加入游戏,这使得 NFT 变得更加重要。NFT 另一个令人兴奋的功能是它提供了游戏中物品的所有权记录。玩家可以拥有属于自己的个人游戏物品,促进了生态中的经济认同,为开发者和玩家带来利益。玩家和游戏开发商作为 NFT 发行商,每次在公开市场上出售 NFT 时,都可以赚取版权使用费,将资金送回生态系统,形成良性循环。

NFT存储的可靠性将决定P2E游戏行业的增长天花板。当行业发展到一定程度时,NFT存储中的隐患最终会越来越受到关注,各个游戏项目都不得不投资改进NFT存储以降低风险。

3、庞大的资本市场

NFT 的存在创造了一种互惠互利的商业模式——玩家和开发商在二手 NFT 市场上获利的同时,区块链社区也大大扩展了 NFT 的覆盖范围,将各种类型的数字资产和繁荣的虚拟经济活动包括在内。传统的在线经济活动依赖于提供信任和技术的中心化公司。虽然区块链已经开发了ICO、IFO、IEO等多种融资渠道,但应用场景仍然非常有限。NFT 极大地扩展了区块链的附加属性,例如唯一性、所有权和流动性。

在 NFT 的帮助下,区块链的应用范围迅速扩大。这允许每个人都与特定事件相关联,就像在我们的现实生活中一样。NFT 的存储方式在实现这一愿景中起着举足轻重的作用。由于数据量较小,FT(Fungible Token)可以存储在区块链上,而 NFT 需要同样可靠的存储方法。

让我们以买票——一种常见的经济活动为例。在传统市场购票时,消费者必须信任提供服务的第三方。因此,消费者面临被欺骗或购买无效门票的风险。这些门票可能是假的、伪造的或可以取消的。在极端情况下,同一张票可能会被多次出售,或者在市场上交易不可转让的票。

由区块链发行的基于 NFT 的门票可以证明参加任何体育或文化活动的权利。NFT 受益于区块链在 FT 阶段已经解决了双花、篡改和伪造等问题。分布式账本的独特性使 NFT 票据比传统票据具有明显的优势。基于 NFT 的门票是唯一的且不可篡改,这意味着门票持有者在门票售出后无法转售。NFT 是一种基于区块链的智能合约,为消费者、活动组织者和其他利益相关者提供了一个透明的门票交易平台。消费者可以通过智能合约买卖 NFT 门票,无需依赖任何第三方。

4 、保护数字知识产权

数字收藏品涵盖多种类别——交易卡、葡萄酒、数字图像、视频、虚拟房地产、域名、钻石、加密货币邮票、知识产权和其他实物。我们以艺术行业为例。首先,遵循传统方法的艺术家很少有展示作品的渠道。进入传统渠道需要资金和网络,以及大量的精力。由于缺乏关注,价格无法反映艺术品的真实价值。即使作品在社交网络上发布,平台和广告商也会向它们收取中介费和广告费。

NFT 可以将他们的作品转换为具有综合优势的数字格式。艺术家不必将所有权和内容交给代理商,这意味着更高的利润的可能性。典型的例子包括 Mad Dog Jones 的 REPLICATOR 售价为 410 万美元,Grimes 的作品总售价约为 600 万美元,以及其他伟大数字艺术家的其他加密作品,例如著名的 Beeple 和 Trevor Jones。NFT在产权保护方面做得很好,而相应的元数据、媒体数据等内容还没有得到安全可靠的存储协议的很好的保护。

此外,艺术家无法在传统模式下从其作品未来的销售中获得版权使用费。相比之下,可以对 NFT 进行编程,以便艺术家每次在市场上交易其数字作品时都会收到预定的版税。这是管理和保护数字杰作的有效方法。最重要的是, Mintbase 和 Mintable等平台甚至建立了工具来支持普通人轻松创建自己的 NFT 作品。

数字收藏品的媒体数据实际上是 NFT 本身。如果作品的所有权和版税权利失去价值,NFT 将毫无意义。传统的收集活动通常伴随着更高的存储成本。数字时代的收藏显然需要更好的存储解决方案。

 

三、NFT 存储的 5 个挑战

 

要实现上述 NFT 存储应用的发展,必须消除一系列障碍,就像任何其他新技术一样。本文从可用性、安全性、监管和可扩展性的角度讨论了 NFT 面临的一些典型挑战,例如基于比特币的平台引起的系统相关问题以及监管、政策和社会影响等人为因素。

1 、可用性

可用性是指在测试特定产品时衡量用户的有效性、效率和满意度的过程。大多数 NFT 项目都建立在以太坊上。因此,很明显,以太坊的主要缺点已经被继承了。我们将讨论直接影响用户体验的三个主要挑战。

a) 稀缺冗余机制

通过上述分析,NFT 目前使用集中式数据中心和 IPFS 进行存储。但是,这两种方法的冗余机制都不是很可靠。中心化数据中心通常会制作多个文件副本以实现冗余,这成本很高。IPFS 没有自运行的冗余方法。虽然每个文件对应的CID是全网广播的,但文件本身的数据存储在节点本地,依赖其他节点进行自发备份。Filecoin作为IPFS的激励层也没有完成激励节点备份的使命——网络节点中存储的大部分数据只是为了激励,因此无效。

b) 确认缓慢

NFT 通常将交易发送到智能合约,以使铸造、销售和交换等活动的管理透明和可信。然而,当前的 NFT 系统与其底层区块链平台紧密耦合,这使得它们的性能非常差。比特币的速度只有 7TPS,而以太坊只能提供 30TPS,这使得 NFT 的确认速度非常慢。

解决这个问题需要重新设计区块链拓扑,优化其结构或改进共识机制。现有的区块链系统无法满足这些要求。这也导致复杂的元数据和“海量”媒体数据存储在链下系统中。

c) 高Gas费用为 NFT 的一个主要问题,尤其是在 NFT 的大规模铸造时,需要将元数据上传到区块链网络。每笔 NFT 相关的交易都比简单的转账更昂贵,因为智能合约涉及计算资源和存储。复杂的流程、来自通信拥塞的巨大压力和昂贵的费用极大地限制了 NFT 的广泛应用。在大多数情况下,生产 NFT 的成本远高于 NFT 的当前价值。尽可能地将 NFT 相关的数据存储在链下是目前解决这种严重不平衡的主流解决方案。但同时也带来了各种风险。

2、存储安全和隐私

来自用户的数据是任何系统的重中之重。对于链下存储但与区块链上的标签相关联的数据,存在两者之间失去联系或被恶意方滥用的风险。

1)NFT 数据的不可访问性

在主流的 NFT 项目中,大部分加密的哈希值被用作标识符而不是真实的媒体数据。然后将它们记录在区块链上,以减少天然气的消耗。然而,丢失或损坏原始文件的可能性让用户对 NFT 感到不安全。一些 NFT 项目已经开始与专门的文件存储系统合作,例如 IPFS,它允许用户通过哈希值来寻址内容。只要IPFS网络上有人打理,用户总能得到与hash值匹配的对应内容。

尽管如此,这样的制度仍然存在不可避免的缺陷。当用户将 NFT 元数据和媒体数据上传到 IPFS 节点时,不能保证他们的数据会在所有节点中复制。数据存储在 IPFS 上,并且可能只有一个节点托管内容,而在任何其他节点上都没有备份。如果存储它的唯一节点与网络断开连接,则数据可能变得不可用。

此外,NFT 也可能指向错误的文件地址。如果是这种情况,用户就无法证明他确实拥有 NFT。总而言之,依赖外部系统作为 NFT 系统的核心组件将永远存在漏洞。

2)匿名/隐私

大多数 NFT 交易依赖于其底层的以太坊平台,该平台仅提供伪匿名而不是严格的匿名或隐私。用户可以部分隐藏他们的身份。如果真实身份与对应地址之间的联系为公众所知,则可以观察到用户在受感染地址下的所有活动。

现有的隐私保护解决方案,如同态加密、零知识证明、环签名和多方计算,由于其复杂的加密原语和安全假设,尚未大规模应用于 NFT 相关解决方案。

3、监管政策

NFT 面临的法律和政策问题涉及广泛的领域。潜在的相关领域包括商品、跨境交易、KYC(了解您的客户)数据等。在进入 NFT 领域之前,对相关的监管审查和诉讼有一个正确的了解是非常重要的。

在一些国家,对加密货币的法律要求非常严格,NFT 销售也是如此。在铸造、交易、出售或购买 NFT 时,监管困难是无法规避的。从法律上讲,用户只能在授权的交易所交易股票和 NFT 等衍生品。其他一些国家,例如马耳他和法国,正在尝试实施适当的法律来规范数字资产的服务。它们要求买家遵循复杂甚至相互矛盾的条款。所以,

应税财产。与知识产权相关的产品,包括艺术品、书籍、域名等,在现行法律框架下被视为应税财产。但是,尚未包括 NFT 销售额。尽管美国等少数国家将加密货币作为财产征税,但世界上大多数地区尚未考虑对加密资产征税。这可能会大大增加以 NFT 交易为掩护的金融犯罪数量,以逃避相应地区政府的征税。个人参与者根据与 NFT 财产相关的任何资本收益征税。此外,NFT-for-NFT、NFT-for-IP 和 Eth-for-NFT 等交易都应征税。除此之外,高利润的财产或收藏品应适用更高的税率。

4、可扩展性

NFT 解决方案的可扩展性包括两个方面。首先是强调一个系统是否可以与其他生态系统相互作用;第二点是NFT系统在放弃当前版本时是否可以更新。

1) NFT 互操作性

现有的 NFT 生态系统彼此隔离。一旦用户选择了一种产品,他们只能在同一个生态系统内进行交易——这受到底层区块链平台的限制。目前,如果有人想要跨不同生态系统进行交易,他需要通过类似于Opensea的第三方交易平台来完成。脱离原有区块链平台的信任机制,会增加信任成本。互操作性和跨链通信一直是dApps广泛推广的障碍,而跨链通信只有借助外部信任方的帮助才能实现。这样一来,去中心化的质量必然会受到一定程度的损害。

幸运的是,大多数 NFT 相关项目都使用以太坊作为其底层平台。这意味着它们共享相似的数据结构并且可以在相同的规则下进行交换。不同的 NFT 项目有不同的存储方法。如何在保持去中心化的同时建立统一的风险结构是未来的重要课题。

1) 可更新的 NFT

过渡性区块链通常通过软分叉和硬分叉更新其协议,这说明了更新现有区块链的困难和权衡。尽管是通用模型,但新的区块链仍然有严格的要求,例如容忍特定的对抗行为和在更新过程中保持在线。NFT 程序严重依赖底层平台,并且必须与它们保持一致。虽然数据通常存储在单独的组件(如 IPFS 和 MEFS 文件系统)中,但最重要的逻辑和代币仍然记录在区块链上,并且需要适当地更新系统。

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