A rede Arweave utiliza uma nova forma de dotação de armazenamento para garantir a permanência das informações que armazena. Neste post vamos detalhar e discutir como funciona a dotação de armazenamento, em seguida, estudar suas propriedades e perfil de risco usando simulações de cadeia de Markov de sua execução. Este post se aprofunda nas ervas daninhas. Se você está procurando por material introdutório, você pode querer verificar o site principal Arweave.

Vamos mergulhar!

Contexto: O que é o endowment?

No rascunho do Arweave yellow paper de 2019, descrevemos a estrutura de endowment do Arweave (ver seção 3.2.2). A lógica central do endowment do Arweave é a seguinte:

O custo da provisão de armazenamento tem diminuído em um ritmo forte e exponencial desde o início da codificação de informações. Desde o papiro, a imprensa de Gutenberg, a memória de tambor magnético, os disquetes e os pen drives, o custo de codificação e recuperação de informações tem caído por milhares de anos. Na era digital, chamamos isso de taxa de Kryder.

Embora a taxa exata de redução de custos seja variável, o padrão é confiável e tem um grande potencial de crescimento: sozinhos, os limites teóricos de densidade de dados são 10^51 vezes maiores do que nossas conquistas atuais. Além disso, não prevemos uma desaceleração no desejo de armazenar dados de forma mais eficiente, uma vez que humanos e máquinas sempre tendem a ser mais eficazes se puderem acessar e processar mais informações.

Dado esses fatores, observamos que, ao extrapolar uma taxa Kryder extremamente conservadora, somos capazes de precificar o armazenamento permanente em uma única taxa. Conseguimos isso cobrando do usuário uma taxa base de 200 anos de armazenamento a custos atuais, e, à medida que o custo de armazenamento diminui, o poder de compra de armazenamento dessa contribuição de dote aumenta. Contanto que a taxa Kryder permaneça acima de 0,5%, o poder de compra de armazenamento no dote no final do ano será maior do que no início.

Uma vez que o protocolo se aproxima do fim de sua vida, o tamanho e o custo do conjunto de dados cairão para um nível extremamente baixo. Devido ao seu pequeno tamanho, esperamos que ele seja 'importado' de forma altruística para o próximo sistema permanente de armazenamento de informações, continuando a replicação dos dados. Isso segue o mesmo padrão que levou os arquivos do Gopher a serem encontrados na web moderna, etc.

Você pode conferir todos os detalhes e cálculos que fundamentam essa abordagem aqui.

Definindo a Taxa Kryder+

Na prática, a rede Arweave utiliza uma modificação da taxa bruta de Kryder, que chamaremos de taxa 'Kryder+' neste documento. A taxa Kryder+ inclui não apenas o armazenamento de dados bruto, mas também os outros fatores necessários para manter uma rede como a Arweave online: replicação, eletricidade e custos operacionais. Observamos que cada um desses fatores é afetado pelo mesmo declínio subjacente nos custos de armazenamento:

Replicações: Cada nova réplica do conjunto de dados herda os mesmos custos decrescentes de armazenamento que o primeiro.

Uso de energia: mudanças na densidade de dados e confiabilidade (os fatores que mais afetam a taxa de Kryder) raramente, se alguma vez, são acompanhadas por aumentos no uso de energia. Consequentemente, à medida que os meios de armazenamento aumentam em capacidade, o custo energético relativo de armazenar uma determinada quantidade de dados também diminui.

Despesas operacionais: Assim como o consumo de energia, à medida que a eficiência dos meios de armazenamento digital individuais aumenta, o número de dispositivos necessários para armazenar um pedaço de dados (e, portanto, a sobrecarga operacional para mantê-los) diminui.

Na versão atual da rede Arweave (2.5.3), são direcionadas 45 réplicas do conjunto de dados na taxa Kryder+ (definida aqui), juntamente com uma sobrecarga de armazenamento 2x para despesas operacionais e de energia (veja aqui).

Após a atualização 2.6 do Arweave, a rede automaticamente derivará a taxa Kryder+ reagindo ao preço pelo qual os mineradores estão dispostos a fornecer armazenamento. A rede pode orquestrar um oráculo sem confiança para este preço porque os mineradores são incentivados a minimizá-lo, em competição uns com os outros.

Notavelmente ausentes da formulação da taxa Kryder+ da Arweave estão os custos de largura de banda. A Arweave cobre isso usando um conjunto separado de incentivos baseados em karma - veja aqui.

Simulando o endowment

Agora que cobrimos o fundo teórico do endowment da Arweave, bem como sua implementação prática na rede ao vivo, podemos considerar uma simulação desse mecanismo para observar resultados prováveis no mundo real. Para ajudar nesse esforço, utilizamos uma técnica de simulação baseada em cadeias de Markov. Esse modelo executa muitas iterações individuais de futuros potenciais ano a ano e, em seguida, reúne os resultados. O código para executar e modificar esta simulação por conta própria está vinculado ao final desta página.

Fatores de simulação

A taxa Kryder+ é um fator primário em qualquer simulação do endowment da Arweave. Neste modelo, utilizamos um conjunto de dados de custos de discos rígidos ao longo do tempo (encontrado aqui) como base. A partir desses dados, observamos uma taxa média de Kryder de ~38%. Além dos dados do mundo real, adicionamos a capacidade de criar uma camada de 'pessimismo' sobre o futuro em relação aos avanços passados, a fim de permitir que testemos como o endowment operaria em períodos menos afortunados. Descrevemos esse fator de 'pessimismo' como a % de declínios anteriores no custo de armazenamento que antecipamos que continuará no futuro. Por exemplo, uma taxa de pessimismo de 10% implica que acreditamos que o futuro será apenas 10% tão eficaz em reduzir o custo de armazenamento como o passado foi.

Outro fator importante na simulação do endowment da Arweave é a volatilidade do preço do seu token. A Arweave utiliza um token de preço flutuante para seu endowment por duas razões principais:

É altamente provável que as stablecoins centralizadas colapsem ou cessem as operações muito antes do último bloco na rede Arweave ser minerado. Além disso, uma arquitetura de stablecoin descentralizada construída no próprio protocolo Arweave seria suscetível a sub-colateralização no caso de extrema volatilidade de mercado.

Por outro lado, o token nativo da Arweave tem uma forte reivindicação de utilidade e opera independentemente de quaisquer cadeias ou serviços externos. Essa falta de interdependência ajuda a garantir que o protocolo Arweave possa continuar sem ser afetado por fatores externos por períodos extremamente longos de tempo.

Um dos efeitos da natureza flutuante do preço do token, no entanto, é que o 'valor fiduciário' da doação é volátil. Para modelar isso em nossa simulação, assumimos uma volatilidade pessimista e neutra em preço no valor da doação. Ou seja, todas as flutuações simuladas no valor da doação devem ter uma média total de zero, mas individualmente moverão o preço para cima e para baixo no momento.

Para permitir que cada simulação individual termine em um período razoável, a execução é interrompida uma vez que 10.000 anos tenham decorrido, ou o patrimônio atinja zero.

Tempo de Vida de Doações

A maneira mais simples de entender o comportamento do endowment é observar o número médio de anos que o endowment sobrevive sob várias condições externas.

Acima, vemos um gráfico de vidas de dotação com níveis variáveis de volatilidade de preço máximo anual do token (horizontal), contra mudanças na taxa Kryder+ efetiva (vertical, também listada com seus valores de "pessimismo" em relação a dados do mundo real). Cenários em que cada execução operada (20 por combinação) resultou em uma vida útil superior a 10.000 são denotados com uma cor verde escura.

A primeira célula importante a ser observada nesta representação está com volatilidade de 0% e pessimismo de 0%. Uma taxa de 0% para pessimismo/Kryder+ implica que assumimos que o custo de armazenamento nunca diminuirá novamente. Neste caso, a rede ainda deve manter dados do usuário por pelo menos 200 anos com economia funcional. Esse parâmetro foi escolhido de forma que mesmo aqueles que são profundamente céticos em relação aos avanços tecnológicos futuros possam confiar que seus dados serão economicamente viáveis para armazenar por pelo menos ~3 gerações antes de exigir armazenamento altruísta.

Outra observação importante desta representação vem da volatilidade de 30% e da zona Kryder+ de 2/4%. Em nossa simulação, a volatilidade máxima de 30% no preço do token implica em uma mudança anual média no preço do token de 15% - extremamente próxima da volatilidade média do S&P500 de 14,4% ao ano de 1950 a 2015. Supondo essa taxa média de volatilidade no preço do token da rede, vemos que uma taxa Kryder+ de apenas ~2% resultará em um período de duração de quase 2.000 anos, e uma taxa ligeiramente mais alta resultará em um período de duração de mais de 10.000 anos.

Além disso, se forem assumidas volatilidades médias eventualmente semelhantes a commodities (aproximadamente 2-5%, de acordo com estimativas do Banco Mundial), observamos que mesmo uma taxa Kryder+ inferior a 0,76% levará a um tempo de execução do patrimônio superior a 10.000 anos.

Probabilidades de deflação

Como pode ser visto acima, em um grande número de cenários, o fundo ainda contém tokens para continuar incentivando o armazenamento de dados após a simulação terminar em 10.000 anos. Se aprofundarmos na execução de cada execução individual, veremos que a grande maioria dos tokens é retirada do fundo nos primeiros anos de armazenamento:

Dado esse comportamento, podemos observar que quando os usuários colocam tokens no fundo para respaldar os dados que estão armazenando, é muito provável que alguns desses tokens nunca sejam liberados novamente.

Acima, vemos um gráfico da quantidade provável de tokens que nunca são liberados do fundo patrimonial em vários níveis de pessimismo em relação à redução futura dos custos de armazenamento em relação ao presente.

Execute-o você mesmo

O simulador usado neste caso pode ser encontrado aqui. Por favor, confira, aprenda sobre o modelo e compartilhe suas próprias simulações modificadas! Ele pode lidar com a execução de aproximadamente 10.000 execuções de comprimento completo em alguns minutos em um único thread, então pode ser usado para simular rapidamente muitos cenários diferentes.

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