Decentralized Storage là gì? Cách hoạt động và ưu điểm so với lưu trữ truyền thống

Trong kỷ nguyên số, dữ liệu ngày càng quan trọng nhưng phần lớn vẫn được lưu trữ trên các máy chủ của tập đoàn công nghệ lớn, gây rủi ro về bảo mật. Decentralized storage, hay Lưu trữ phi tập trung, ra đời như giải pháp trao quyền kiểm soát dữ liệu lại cho người dùng. Cùng Learning Chain đi tìm hiểu Decentralized storage, mảnh ghép hạ tầng quan trọng trong Web3.

Decentralized storage là gì?

Decentralized storage là một hệ thống lưu trữ dữ liệu không phụ thuộc vào bất kỳ máy chủ trung tâm hay tổ chức đơn lẻ nào. Thay vì gửi tệp tin của bạn đến một trung tâm dữ liệu khổng lồ, công nghệ này phân tán dữ liệu ra mạng lưới hàng nghìn, thậm chí hàng triệu máy tính cá nhân trên toàn cầu, được gọi là các nút mạng. 

Các nút mạng này có thể là bất kỳ ai có dung lượng ổ cứng dư thừa và muốn cho thuê để kiếm lợi nhuận. Cơ chế này hoạt động dựa trên nguyên tắc ngang hàng P2P và thường được vận hành bởi công nghệ blockchain để đảm bảo tính minh bạch và khuyến khích kinh tế.

Cách hoạt động của Decentralized storage

Sự vận hành của hệ thống lưu trữ phi tập trung dựa trên một quy trình kỹ thuật phức tạp nhưng vô cùng an toàn, đảm bảo dữ liệu luôn khả dụng mà không cần sự tin cậy giữa các bên.

Phân tán dữ liệu

Quá trình bắt đầu bằng kỹ thuật Sharding hay còn gọi là phân mảnh. Khi bạn tải một tệp tin lên mạng lưới, hệ thống sẽ không lưu nguyên vẹn tệp đó tại một nơi. Thay vào đó, nó chia nhỏ tệp tin thành nhiều mảnh dữ liệu nhỏ hơn. Các mảnh này sau đó được phân phối ngẫu nhiên đến các nút mạng khác nhau trên khắp thế giới. Điều này đảm bảo rằng không một nút mạng nào nắm giữ toàn bộ thông tin của bạn, ngăn chặn khả năng ai đó có thể xem trộm nội dung tệp tin.

Mã hóa

Trước khi được phân tán, mỗi mảnh dữ liệu đều được mã hóa bằng các thuật toán mật mã học tiên tiến. Chỉ có người sở hữu khóa riêng tư Private Key mới có thể giải mã và lắp ghép các mảnh này lại thành tệp tin gốc. Điều này mang lại lớp bảo mật tuyệt đối, vì ngay cả khi một nút mạng tò mò muốn xem dữ liệu họ đang lưu trữ, tất cả những gì họ thấy chỉ là những chuỗi ký tự vô nghĩa.

Sử dụng blockchain

Blockchain đóng vai trò là sổ cái ghi lại các giao dịch lưu trữ và cơ chế thưởng phạt. Nó không trực tiếp lưu trữ toàn bộ dữ liệu (vì sẽ quá nặng) mà lưu trữ siêu dữ liệu Metadata và các bằng chứng xác thực. Các hợp đồng thông minh đảm bảo rằng các nút mạng được trả tiền khi họ thực hiện đúng cam kết lưu trữ và bị phạt nếu họ làm mất dữ liệu hoặc offline.

Tái tạo

Để đảm bảo dữ liệu không bị mất khi một vài nút mạng gặp sự cố, hệ thống sử dụng cơ chế Redundancy hay còn gọi là sự dư thừa. Mỗi mảnh dữ liệu được sao chép và lưu trữ tại nhiều nút khác nhau. Nếu một nút bị hỏng, hệ thống sẽ tự động lấy mảnh dữ liệu từ các nút dự phòng khác để phục hồi, đảm bảo độ khả dụng của dữ liệu gần như tuyệt đối.

Ưu điểm của decentralized storage

Sự chuyển dịch từ mô hình tập trung sang phi tập trung mang lại những lợi ích vượt trội về mặt kiến trúc và triết lý quản trị.

Bảo mật cao hơn

Lưu trữ phi tập trung loại bỏ điểm lỗi duy nhất Single Point of Failure. Trong mô hình truyền thống, hacker chỉ cần tấn công vào máy chủ trung tâm là có thể đánh cắp hàng triệu dữ liệu. Nhưng với mô hình phân tán, hacker phải tấn công đồng thời hàng nghìn máy tính trên khắp thế giới để lấy được một tệp tin hoàn chỉnh, điều này gần như là bất khả thi về mặt kỹ thuật.

Chống kiểm duyệt

Do không có cơ quan quản lý trung tâm nắm quyền sinh sát, không ai có thể đơn phương xóa bỏ hoặc chặn truy cập dữ liệu của bạn dựa trên ý chí chủ quan. Điều này đặc biệt quan trọng đối với việc bảo vệ các nội dung báo chí, tài liệu lịch sử hoặc quyền tự do ngôn luận, đảm bảo thông tin luôn được lưu truyền mà không lo sợ bị các thế lực bên ngoài can thiệp hay kiểm duyệt gắt gao.

Kiểm soát dữ liệu

Người dùng là chủ sở hữu duy nhất và tuyệt đối của dữ liệu thông qua cơ chế mã hóa đầu cuối. Bạn nắm giữ chìa khóa giải mã Private Key và không phải chia sẻ quyền truy cập với bất kỳ nhà cung cấp dịch vụ nào. Điều này chấm dứt hoàn toàn nỗi lo về việc dữ liệu cá nhân bị các tập đoàn công nghệ phân tích hành vi để phục vụ quảng cáo hay bị bán trái phép cho bên thứ ba để trục lợi.

Khả năng mở rộng và dự phòng

Mạng lưới có khả năng mở rộng vô hạn vì càng có nhiều người tham gia thì dung lượng lưu trữ và băng thông tổng thể càng lớn. Chi phí lưu trữ thường rẻ hơn đáng kể so với các dịch vụ đám mây truyền thống do tận dụng được nguồn tài nguyên nhàn rỗi khổng lồ từ cộng đồng toàn cầu, đồng thời tạo ra một thị trường cạnh tranh lành mạnh về giá cả giúp tối ưu chi phí cho người dùng cuối.

Ứng dụng của decentralized storage

Công nghệ này đang mở ra những chân trời mới cho nhiều lĩnh vực khác nhau trong nền kinh tế số.

Lưu trữ NFT

NFT là bằng chứng về quyền sở hữu, nhưng phần hình ảnh hoặc video thực tế của NFT thường quá lớn để lưu trực tiếp trên blockchain. Decentralized storage là giải pháp hoàn hảo để lưu trữ các tệp media này, đảm bảo rằng tác phẩm nghệ thuật kỹ thuật số của bạn sẽ tồn tại vĩnh viễn cùng với token và không bao giờ bị biến mất do lỗi máy chủ 404 hay hiện tượng link rot thường thấy ở các liên kết tập trung.

Website vĩnh cửu

Khái niệm Permaweb hay Website vĩnh cửu cho phép các ứng dụng web được lưu trữ phân tán trên toàn mạng lưới và không thể bị đánh sập bởi các cuộc tấn công DDoS. Điều này có ý nghĩa to lớn trong việc bảo tồn di sản văn hóa, các kho tàng kiến thức nhân loại và lịch sử trước sự thay đổi của thời gian hay các biến động chính trị, đảm bảo thế hệ sau luôn có thể truy cập vào sự thật nguyên bản.

Lưu trữ dữ liệu nhạy cảm

Đối với các ngành đặc thù như y tế, luật pháp hay tài chính, việc bảo mật hồ sơ khách hàng là ưu tiên sống còn. Lưu trữ phi tập trung cung cấp giải pháp an toàn để chia sẻ dữ liệu nhạy cảm giữa các bên được ủy quyền mà không lo ngại rò rỉ thông tin ra bên ngoài. Các mảnh dữ liệu được mã hóa giúp đảm bảo rằng ngay cả khi hạ tầng mạng bị xâm nhập, kẻ tấn công cũng không thể đọc được nội dung bên trong.

Streaming & CDN

Mạng lưới phân phối nội dung CDN phi tập trung giúp tăng tốc độ truyền tải video và dữ liệu bằng cách lấy nguồn từ các nút mạng gần người dùng nhất về mặt địa lý thay vì phải tải từ một máy chủ trung tâm ở nửa bên kia bán cầu. Cơ chế này giúp giảm thiểu độ trễ đường truyền, tiết kiệm băng thông đáng kể và mang lại trải nghiệm xem video mượt mà hơn cho người dùng, đặc biệt là trong các ứng dụng phát trực tiếp.

Thách thức và hạn chế

Tuy nhiên, công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển và đối mặt với những rào cản nhất định.

Tốc độ truy xuất

Do hệ thống phải thực hiện quy trình tìm kiếm, thu thập và ghép nối các mảnh dữ liệu từ nhiều nút mạng nằm rải rác khắp nơi, tốc độ truy xuất tệp tin đôi khi chậm hơn so với các dịch vụ tập trung đã được tối ưu hóa cao độ như Amazon S3. Độ trễ này có thể là một trở ngại đối với các ứng dụng đòi hỏi phản hồi tức thì hoặc trải nghiệm thời gian thực khắt khe.

Trải nghiệm người dùng

Việc sử dụng các giao thức lưu trữ phi tập trung hiện nay vẫn còn khá phức tạp và xa lạ đối với người dùng phổ thông quen dùng Google Drive. Các thao tác kỹ thuật liên quan đến việc cài đặt ví tiền điện tử, quản lý khóa riêng tư và thanh toán phí gas bằng token tạo ra rào cản nhập môn không nhỏ, đòi hỏi người dùng phải có kiến thức nhất định về công nghệ blockchain để thao tác an toàn.

Chi phí khôi phục dữ liệu

Một số mạng lưới như Filecoin tính phí không chỉ khi lưu trữ mà cả khi người dùng muốn tải dữ liệu về để đảm bảo công bằng cho các thợ đào cung cấp băng thông. Mô hình kinh tế này có thể gây khó khăn và tốn kém cho các ứng dụng cần truy xuất dữ liệu thường xuyên với tần suất cao, buộc các nhà phát triển phải cân nhắc kỹ lưỡng về chiến lược quản lý dữ liệu nóng và lạnh.

Vấn đề pháp lý

Tính chất chống kiểm duyệt và ẩn danh cũng là con dao hai lưỡi khi nó có thể bị lợi dụng để lưu trữ các nội dung bất hợp pháp hoặc vi phạm bản quyền. Việc dữ liệu được phân tán trên máy tính của người dùng toàn cầu đặt ra những câu hỏi hóc búa về trách nhiệm pháp lý của các nút mạng và thách thức lớn đối với cơ chế quản lý của các quốc gia trong việc kiểm soát nội dung độc hại.

Các dự án nổi bật

Thị trường lưu trữ phi tập trung đang chứng kiến cuộc đua công nghệ sôi động với sự góp mặt của nhiều nền tảng tiên phong, mỗi dự án mang đến một giải pháp đặc thù cho từng nhu cầu khác nhau.

InterPlanetary File System

IPFS không chỉ là một dự án đơn lẻ mà là giao thức nền tảng định hình lại cách internet vận hành. Thay vì tìm kiếm thông tin dựa trên địa chỉ máy chủ vị trí như HTTP truyền thống, IPFS tìm kiếm dựa trên nội dung mã hóa của tệp tin, giúp loại bỏ hoàn toàn sự phụ thuộc vào các máy chủ trung tâm dễ bị tấn công. Đây là lớp giao thức cơ sở cho phép hàng loạt ứng dụng phi tập trung xây dựng bên trên, tạo ra một mạng lưới web vĩnh cửu và kiên cường hơn trước các rủi ro kiểm duyệt từ bất kỳ tổ chức nào

Filecoin

Được ví như hòn đảo kinh tế xây dựng trên đại dương IPFS, Filecoin đóng vai trò là lớp khuyến khích tài chính thiết yếu để mạng lưới vận hành bền vững. Dự án tạo ra một thị trường mở nơi người dùng đấu giá dung lượng lưu trữ bằng token FIL, biến không gian ổ cứng nhàn rỗi thành một loại hàng hóa có giá trị thực. Cơ chế bằng chứng lưu trữ độc đáo của Filecoin đảm bảo rằng các thợ đào thực sự đang lưu giữ dữ liệu của khách hàng theo đúng cam kết trong hợp đồng thông minh, tạo ra sự tin cậy mà không cần bên trung gian

Arweave

Arweave giải quyết một bài toán hoàn toàn khác biệt với mô hình lưu trữ vĩnh viễn, hướng tới việc trở thành thư viện Alexandria của kỷ nguyên số không thể bị phá hủy. Thông qua cấu trúc Blockweave độc đáo, người dùng chỉ cần thanh toán một khoản phí duy nhất tại thời điểm tải lên để đảm bảo dữ liệu của họ được lưu giữ mãi mãi, có thể là hàng trăm năm. Đây là giải pháp tối ưu cho việc lưu trữ các di sản lịch sử, các tác phẩm NFT giá trị cao hoặc các dữ liệu pháp lý cần sự toàn vẹn tuyệt đối theo thời gian.

Storj

Khác với các đối thủ tập trung hoàn toàn vào crypto, Storj chọn cách tiếp cận thực dụng hơn khi hướng đến đối tượng khách hàng là các doanh nghiệp truyền thống. Giao thức này cung cấp khả năng tương thích hoàn hảo với chuẩn Amazon S3, giúp các lập trình viên dễ dàng chuyển đổi hạ tầng mà không cần viết lại mã nguồn. Storj mã hóa và chia nhỏ dữ liệu ngay từ phía người dùng trước khi gửi đi, đảm bảo tốc độ tải xuống cực nhanh nhờ tận dụng băng thông từ mạng lưới các nút chất lượng cao trên toàn cầu thay vì phụ thuộc vào các máy đào nhỏ lẻ.

BitTorrent

Là cái tên gạo cội đã đặt nền móng cho việc chia sẻ tệp tin ngang hàng từ những năm 2000, BitTorrent hiện đã lột xác khi tích hợp token vào hệ sinh thái của mình. Việc này tạo ra động lực kinh tế để người dùng giữ seed hay duy trì tải lên lâu hơn sau khi đã tải xong, giải quyết vấn đề hút máu băng thông thường thấy. Với lượng người dùng khổng lồ sẵn có lên tới hàng trăm triệu, hệ thống tệp tin BitTorrent sở hữu lợi thế mạng lưới lớn nhất trong việc phổ cập công nghệ lưu trữ phi tập trung đến đại chúng.

Xu hướng tương lai lưu trữ phi tập trung

Trong tương lai gần, Decentralized storage sẽ vượt ra khỏi giới hạn của một kho chứa thụ động để trở thành một hệ sinh thái tính toán chủ động. Chúng ta sẽ chứng kiến sự trỗi dậy của xu hướng Compute-over-Data, nơi các thuật toán được gửi đến nơi chứa dữ liệu để xử lý tại chỗ thay vì phải tải dữ liệu về, giúp bảo mật tuyệt đối và tiết kiệm băng thông. 

Ngoài ra, sự kết hợp với Trí tuệ nhân tạo sẽ tạo ra các hồ dữ liệu phi tập trung, cho phép huấn luyện các mô hình AI minh bạch mà không xâm phạm quyền riêng tư của người đóng góp dữ liệu. Learning Chain tin rằng đây chính là nền tảng hạ tầng quan trọng nhất để xây dựng nên một Internet thế hệ mới tự do và an toàn hơn.

CÂU HỎI THƯỜNG GẶP

Cách hoạt động của Decentralized Storage ra sao?

Dữ liệu được phân mảnh, mã hóa và phân phối đến các nút mạng. Blockchain đảm bảo tính minh bạch và các hợp đồng thông minh xác nhận lưu trữ và phân phối dữ liệu.

Decentralized Storage khác gì so với lưu trữ tập trung?

Decentralized Storage không có điểm lỗi duy nhất, dữ liệu phân tán trên nhiều máy tính, giảm rủi ro bị hack và kiểm soát dữ liệu không bị thao túng.

Làm sao để bảo mật dữ liệu trên Decentralized Storage?

Dữ liệu được mã hóa trước khi phân tán, chỉ người sở hữu khóa riêng mới có thể giải mã và khôi phục dữ liệu.

Các dự án nổi bật trong lĩnh vực lưu trữ phi tập trung?

IPFS, Filecoin, Arweave, Storj và BitTorrent đang dẫn đầu trong việc phát triển công nghệ lưu trữ phi tập trung.