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この記事では、クラウド・ストレージに対する分散型アプローチが、いかに業界の新しいスタンダードとなりつつあるかを見ていきます。なぜ分散型クラウド・ストレージが必要なのか、どのように機能するのか、そしてその特徴について考察していきます。

分散型クラウドストレージを理解するためには、「クラウドストレージとは何か」を問う必要があります。クラウドストレージは、データを保存するための最も一般的で広く使われている方法の1つです。世界中のどこからでもファイルを保存し、共有し、アクセスできる方法をユーザーに提供します。

クラウドストレージの技術は、インターネットの高速化、ストレージハードウェアの低価格化、インフラの改善によって進化しており、クラウドストレージサービスの種類も増えています。その結果、ブロックチェーン技術を利用した分散型クラウドストレージソリューションが開発されました。

分散型クラウドストレージは、急速に普及が進んでいるソリューションです。特に、検閲、単一障害点、ハッカーや悪意のある行為者、あるいは高価なクラウドストレージサービスのコストからデータを保護したいと考える人々にとって、これは真実である。

分散型クラウドストレージサービスがどのように動作し、中央集権型のサービスと比べてどのような利点があるかを理解することで、開発者はこれらのツールを活用し、より安全で信頼性が高く、使いやすいオンライン体験を実現することができます。

分散型クラウドストレージとは？

The Decentralized Cloud is Here with Olaf Carlson-Wee

分散型クラウドストレージとは、簡単に言えば、複数のコンピューターや分散型ネットワークにデータを分散して保存することである。AWSやGoogle Cloudのようなクラウドストレージサービスは、預かったデータをすべて専用のサイロ型サーバーに保存していますが、これは有意義な代替案となります。

クラウドストレージサービスにファイルを保存する従来の方法は、これらのサーバーをハブまたはデータセンターとして機能する特定の場所に配置することです。ユーザーは、このようなクラウドストレージサービスプロバイダーにファイルを保存する場合、地理的な場所に応じてファイルを見つけ、保存された時間に応じてサービスプロバイダーに料金を支払うシステムを利用しています。

分散型クラウドストレージは、ユーザーのファイルを保存するためにコンピュータのネットワーク全体に依存しているため、このモデルは場所を問わない別のものに置き換えられています。同様に、クラウドストレージのコストも、より競争力のある方法で処理されます。

分散型ピアツーピアクラウドストレージネットワークでは、ファイルは独立したストレージプロバイダに分散され、そのコンテンツによって位置が特定されます。これらのストレージ・プロバイダーは、暗号経済市場を通じて、ファイルのコピーを維持するインセンティブを与えられます。

他のクラウドストレージよりもこのモデルを選択することで、クラウドコンピューティングと分散型技術の両方の機能を組み合わせ、安全で信頼性の高いオンラインファイル共有システムを構築することができます。これは、より分散化されたウェブのためのインフラストラクチャを構築するための重要なステップとなります。

なぜ分散型クラウドストレージが必要なのか？

ESPA – Why Public Datasets are Stored on Filecoin

ほとんどの組織やWebサービスでは、集中管理型のクラウドストレージがまだ主流であるため、そのデメリットは、ユーザー体験や全体的なセキュリティにおいて多くの問題の背後にあります。そのいくつかを紹介します。

検閲

クラウドストレージの集中型サーバーベースモデルは、通常、民間企業によって構築されるため、これらのサービスは、しばしば、特定の法域における検閲につながる可能性のある機関からの圧力にさらされることがあります。

クラウドストレージのコスト

クラウドストレージのコスト競争は、新規参入や独立したストレージプロバイダーにとって参入障壁となる状況を作り出しています。このため、既存事業者が独占的な特権を持ち、クラウドストレージサービスのユーザーにとって不公平な価格設定となるような市場環境となっています。

所有権の欠如

クラウドサービスプロバイダーに集中的に保管されているデータは、通常、顧客が自由に取り出すことができるが、これらのデータセットの輸送可能性に関しては、これらのサービスには一定の難しさがある。ベンダーのロックイン、企業が管理する暗号化、その他の企業ポリシーといった要因が、ユーザーのデータに対する所有権の境界線をあいまいにしていることが多いのです。

データ漏洩

すべてのデータが一握りのデータセンターに保存されているということは、データ漏洩のような悪意のある攻撃を受けた場合、このデータは「一つのカゴにすべての卵を入れる」ような問題に見舞われる可能性があることを意味します。ハッカーは、これらのサーバーを大量のデータを漏えいさせる「ハニーポット」と見なすことが多い。

データの停止

DDoS攻撃などその他のハッキングも、従来のクラウドストレージサービスではよくある問題で、一つの脆弱性が原因で数百万人のユーザーが長期間データにアクセスできなくなることがあります。

分散型クラウドストレージの仕組みとは？

How Filecoin Works: Part 1

分散型クラウドストレージは、データの保存と取り出しの責任をネットワーク参加者の個々のコンピュータに負わせるピアツーピア（P2P）技術を利用することで機能します。データは断片化され、ネットワークに参加する複数のノードに冗長的に保存されます。

さらに、ファイルは暗号化され、ハッシュ化されます。これにより、ファイルのコンテンツアドレスを知っている人だけが情報にアクセスできることが保証される。

悪意のある行為者から保護するために、分散型クラウドストレージシステムは通常、Proof-of-Storageコンセンサスアルゴリズムとして知られるものを使用します。このアルゴリズムの詳細については、Filecoinの仕様に記載されています。

このタイプのアルゴリズムは、ネットワークの採掘者として機能するストレージプロバイダを、彼らがネットワークに貢献したデータの量に基づいて選択します。その後、ランダム検証システムを利用して、ストレージプロバイダが本当にデータを保持しているかどうかをチェックします。

クラウドストレージサービスと比較すると、分散型クラウドストレージは、ユーザーが自分のデータをよりコントロールし、自分だけがデータにアクセスできるようにすることができます。また、分散型クラウドストレージは、参加者のローカルネットワークを利用してファイル転送を行うため、より高速な帯域幅を提供することが可能です。

さらに、中央で障害が発生することがないため、サイバー攻撃者が特定のファイルを標的にすることが非常に難しくなっています。これは、システムが分散型であることに起因しています。

クラウドストレージのためのP2PファイルシステムとしてのIPFS

分散型クラウドストレージの基礎を築いたのは、InterPlanetary File System（IPFS）です。このプロジェクトは、データセンターや仲介者を介さずに分散ネットワーク上でユーザーがファイルを共有する方法として、BitTorrentの群れのようなピアツーピア技術と暗号化原理を組み合わせた分散型クラウドストレージシステムの導入に成功したのです。

IPFSのホワイトペーパーに記載されているように。「IPFSはピアツーピアの分散ファイルシステムであり、すべてのコンピューティングデバイスを同じシステムのファイルで接続することを目的としています。ある意味では、IPFSはWebに似ているが、IPFSは1つのGitリポジトリ内でオブジェクトを交換する、1つのBitTorrentの群れと見なすことができる。言い換えれば、IPFSは高スループットのコンテンツアドレス付きブロックストレージモデルを提供し、コンテンツアドレス付きハイパーリンクを提供します。”

この最後の一文が重要です。IPFSを理解するためには、クラウドストレージのcontent-addressingを理解する必要があるのです。

(IPFSの仕組みについてのより詳しい説明は、ぜひドキュメントをご覧ください)

コンテンツのアドレス指定

IPFSが登場するまで、オンラインで共有されるコンテンツのほとんどは、HTTPと呼ばれる特定のプロトコルの規則に従っていました。そのため、ユーザーがウェブサイトやあらゆる種類のコンテンツにアクセスしようとするときは、通常、まず「http://」と入力し、その後にアドレスを入力します。

問題は、HTTPがロケーションベースのプロトコルであることです。これは、地理的な位置に応じてコンテンツが保存されているサーバーを検索することで、リクエストを満たします。これは今のところうまくいっているが、より高速で安全な代替手段が可能である。

ロケーションベースプロトコルの代わりにコンテンツアドレシングプロトコルを使用する場合、ファイルは従来のファイル名の代わりにコンテンツ識別子（CID）、つまり暗号化ハッシュ値に基づいて識別される。このファイル識別方法により、ユーザーは単一の物理的な保存場所に依存することなくファイルを参照できるため、データの保存と検索をより効率的に行えるようになる。

コンテンツアドレッシングは、その分散化された性質により、セキュリティ、信頼性、スケーラビリティの面で多くの利点を提供します。暗号化ハッシュによってのみファイルを参照するため、中央故障点が存在せず、攻撃者は特定のファイルを容易に攻撃することができません。また、データセット内の不整合や潜在的なセキュリティ問題を引き起こす可能性のある重複を避けることができる。

分散型クラウドストレージのためのFilecoinとインセンティヴィゼーション

しかし、Filecoinのドキュメントで説明されているように、分散型クラウドストレージサービスにはこれだけでは不十分です。

“IPFSだけでは、他の人のためにデータを保存することにインセンティブを与える仕組みが組み込まれていません。これが、Filecoinが解決しようとする課題です。Filecoinは、IPFSをベースに、長期保存のための分散型ストレージ市場を構築しています。大容量のストレージを持つノードは、そのストレージをユーザーに貸し出し、対価を得ることができる。

Filecoinのネットワークは、データを安全に保存することを保証します。しかし、保管、検証、封印解除（それぞれ封印、証明、検索と呼ばれる）のプロセスは計算量が多く、時間がかかることがあります。特にデータの取り出しは、可能な限り高速に行われることが望ましいとされています。このため、Filecoinは、専用ノードが封印されていないキャッシュされたコピーを保持することで、支払いのためにネットワークからコンテンツを迅速に配信するのに役立つ、追加の検索マーケットを可能にします。”

クラウドストレージの保管・検索市場

Filecoin Economy Deep Dive – ZX Zhang

一言で言えば、FilecoinはIPFSのイノベーションをさらに一歩進めて、ブロックチェーンネットワークと、ストレージパワーとストレージ容量をネットワークに提供し、ファイルを検索する独立ストレージプロバイダに報酬を与えるインセンティブシステムを導入しています。これらはそれぞれ、ネットワークのストレージ市場、検索市場と呼ばれています。

ストレージ市場

Filecoin 経済の重要な部分は、ストレージプロバイダがクライアントに直接ストレージスペースを提供するマーケットプレイスに参加しているという事実です。ネットワークは、ストレージプロバイダーとクライアントをマッチングし、クライアントが提供する価格、場所、保管期間に関する情報に従って、ストレージプロバイダーを選択します。

ストレージの契約が成立すると、クライアントはストレージプロバイダにデータを転送する。そして、ネットワークは、ストレージ・プロバイダーが取引条件を満たしているかどうかを、FILに担保を設定することで確認する。この担保は、ストレージ・プロバイダーがクライアントのデータを合意された期間、不可欠かつタイムリーに保存していることを暗号学的に証明できない場合、「切り崩される」ことになる。

検索市場

ストレージ・プロバイダーが財を得るもう一つの方法は、保存している情報の検索である。ストレージ・プロバイダーは、少額の財投と引き換えに、ユーザーが要求するデータを提供することができる。通常、最もタイムリーなものが優遇され、戦略的な場所にあるノードがネットワークに参加するインセンティブが高まる。

Filecoinのクラウドストレージへのアプローチの利点

この分散型モデルにより、インターネットにアクセスできる人なら誰でも、グローバルな分散型クラウドストレージ市場に参加することが可能になります。同時に、このプロトコルは、従来のクラウドストレージプロバイダーよりもファイルの完全性と可用性の強力な保証をクライアントに提供することが可能です。

Filecoin の Proof of Storage アルゴリズムは、ネットワークの採掘者であるストレージプロバイダがクライアントデータの完全なコピーを所有していることを保証します。ストレージの取引が守られない場合、ストレージプロバイダーはペナルティを受けるため、これはほとんどのクラウドストレージプロバイダーが提供するものよりもさらに高いレベルのセキュリティをクライアントに提供します。

つまり、Filecoin はデータの永続性を提供することができるのです。

(Filecoinとストレージプロバイダの経済性についてより深く見るには、これらのリソースをお読みください)

データの永続性

IPFS によるコンテンツアドレス指定と Filecoin ネットワークの暗号経済学の組み合わせにより、開発者は、長期保存のためにデータを安全に保ちながら、コンテンツの迅速な検索と配布を可能にするアプリケーションを作成することができます。Filecoin は、リンク腐敗やデータ停止のリスクなしに、長期間にわたって大量のデータを保存することに優れています。

このアプローチを採用するアプリケーションが増えれば、ユーザーが最も必要とするときに重要なデータにアクセスできることが保証されます。これが、分散型クラウドストレージインフラが最終的に優れたユーザーエクスペリエンスを提供できる理由の1つです。

FilecoinとIPFSの連携

IPFSとFilecoinは共に、ユーザーに完全な分散型クラウドストレージサービスを提供し、データを分散して安全に保存するとともに、このサービスを提供することで金銭的な報酬を受け取ることができます。

両プロトコルの力を活用することで、ユーザーは従来のクラウドストレージサービスと比較して、より高い信頼性、信頼性、および分散化を享受することができます。IPFSは、これらのマイナーによって保存されたデータがコンテンツアドレスによってアクセス可能であることを保証するのに役立ち、Filecoinは、誰もがデータパーシスタンスでデータを長期保存するための契約に入札できるオープンマーケットプレイスを作り出します。

分散型クラウドストレージの特徴

分散型クラウドストレージのアプローチは、これらの機能によって定義され、他のクラウドストレージタイプと異なる一連の特性によってカウントされます。主な特徴は以下の通りです。

検閲への耐性

Filecoinの分散型クラウドストレージは、情報を保存するためのベースレイヤーとしてコンテンツアドレスを使用しているため、このネットワークはサーバーベースのクラウドストレージに存在する多くのリスクを回避することが可能です。司法権やDDoS攻撃は、ある特定のストレージ・プロバイダーに保存されたデータを検閲することはできても、ネットワーク上の他のストレージ・プロバイダーに冗長的に保存・配布されたデータを検閲することはできないのです。

速度

このように、データとコンテンツのアドレスを冗長化して配布する仕組みは、検索プロセスのスピードアップにもつながります。ユーザーがネットワークに保存されたデータにアクセスしたい場合、インターネットトラフィックのボトルネックに影響される可能性のある中央サーバーではなく、世界中のノードに保存された複数のコピーから情報を取得することができます。

低いデータストレージコスト

分散型ストレージは、他のクラウドストレージサービスのデータ保存料と比較すると、常に割安です。これは、Filecoin Storage and Retrieval市場が本質的に競争的であるという事実によるものです。Filecoinブロックチェーン上では、クライアントは、自分のニーズに合ったストレージ取引を行うことができる多様な独立したストレージプロバイダーのセットを持ちます。これらの取引の実行は、中央集権的なプロバイダーからの恣意的な決定やその高いクラウドストレージコストのリスクなしに、常にネットワーク自体のロジックによって保護されています。

プライバシーとセキュリティ

中央集権的なクラウドストレージサービスとは異なり、ファイルコインに保存される暗号化されたデータの鍵は、決して第三者によって保持されることも、また第三者に知られることもありません。ピアツーピアの性質と暗号技術の応用により、Filecoinはネットワーク上でデータを保存することを選択したユーザーのみが情報にアクセスし、復号することができることを保証しています。これは、データのバックアップや機密データにとって非常に重要なことです。

データの完全性

さらに、暗号の原理を適用するためのこれらの同じ能力は、クライアントのデータのコピーが常にオリジナルと同じであることを意味します。このシステムは、データ間の最も小さな違いさえも検出するハッシュの検証に基づいています。Filecoinは、ネットワーク上に保存されたデータのハッシュが、クライアントによってクラウドストレージスペースにアップロードされたオリジナルバージョンと常に一致することを保証する。

トラストレス

Filecoinの分散型アーキテクチャのもう一つの利点は、適切に機能するために参加者が他の参加者を信頼する必要がないことです。ネットワーク自体が、ストレージ取引が指定された条件に従って実行され、情報が常に容易に入手できるように配慮しているのだ。このため、ストレージのために第三者を信頼する必要性から生じるカウンターパーティーリスクや、一部の企業ポリシーによって暗示されるデータに対する所有権の欠如さえも排除することができるのです。

オープンソース

IPFSとFilecoinは、オープンソースのソリューションとして、ゼロから構築されています。これは、その開発が歴史的にコミュニティベースのアプローチをとってきたため、より弾力的で堅牢なコードが生み出されるからです。分散型クラウドストレージソリューションは、他のテクノロジースタックに簡単に統合でき、成長する分散型ウェブの残りの部分とコンポーザブルであることを意図しています。さらに、分散型クラウドストレージの特徴である信頼性をさらに高めるために、利害関係者による監査が可能であることも意図されています。

プログラマビリティ

最後に、Filecoinは分散型クラウドストレージネットワークにプログラマビリティとコンピュートオーバーデータ機能を導入しています。これは、クラウドストレージ以外のネットワークのユースケースを拡大し、中央集権的な既存企業が提供する同様のクラウドコンピューティング機能の分散型代替手段を導入するための大きな改善です。これらの取り組みの詳細については、Filecoin Virtual Machine（FVM）のウェブサイトをご覧ください。

Filecoinと分散型クラウドストレージに関する最終的な考察

Riding the Megacurrents: How Digital Storage is Decentralizing

“クラウドストレージとは何か “という最初の問いに戻る。その答えは、ほとんどのインターネットユーザーが慣れ親しんでいる、現在のHTTPサーバーベースのクラウドストレージモデルではなく、分散型のアプローチによって、まもなく記述されるようになるでしょう。

分散型クラウドストレージは、クラウドストレージサービスの進化における次のステップなのです。インターネットが分散化、オープンソース開発、プロトコルベースのソリューションという方向で進化を続ける中、同じ原理がデータストレージのインフラにも適用されると期待するのは、あながち的外れなことではないでしょう。

分散型クラウドストレージのアプローチと、それが通常のWebアプリケーションとWeb3アプリケーションの両方におけるデータの保存と取得にどのように適用できるかを理解することは、今後の製品開発において不可欠になるでしょう。

特にFilecoinは、データストレージ市場におけるプライバシー、コスト、そしてデータに対するプログラマビリティと計算の早さといった現在のニーズに応えています。これは、IPFSのコンテンツアドレッシングをベースに、ストレージプロバイダのインセンティブネットワークとProof of Storageコンセンサスアルゴリズムによってデータの永続性を追加するネットワークの能力によって可能になります。

ループにとどまる

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