クラウドストレージシステムにおける単一障害点とは何ですか？

単一障害点 (SPOF, Single Point of Failure) とは何ですか？ 定義から見ると、単一障害点とは、回路やシステムの設計、実装、または構成の欠陥によって引き起こされる潜在的なリスクを指します。つまり、SPOF は、システム全体の運用を停止させる可能性のある障害を指します。

データストレージシステムにおける単一障害点とは何ですか？

データストレージシステムにおける単一障害点は、システムの要素、コンポーネント、または部分が故障することを理解できます。その故障は、システム全体を麻痺させる可能性があります。通常、いくつかの状況があります：

• あるストレージデバイスに電源が1つしかないと仮定します。これは単一障害点です。電源が故障すると、デバイス全体がシャットダウンし、データにアクセスできなくなります。
• 同様に、ストレージヘッドユニット/ストレージコントローラーが1つしかない場合、その故障はデータストレージシステム全体を破壊します。
• データストレージシステムがRAIDやエラーレート符号化を持っていない場合、単一障害点が発生する可能性もあります。
• ドライブが故障した場合、特定のドライブ内のデータにアクセスできなくなり、同様に中断を引き起こします。

クラウドストレージシステムに単一障害点が存在する理由は何ですか？

データストレージシステムの単一障害点は通常、そのハードウェアデバイスで発生するように思えます。しかし、クラウドストレージ/分散ストレージの場合、単一障害点は依然として存在するのでしょうか？その影響はどれほど深刻なのでしょうか？

集中型のクラウドストレージサービスプロバイダーは、しばしば単一のデータセンターの障害リスクがあると報告されています。これは、クラウドストレージサービスがクラウドホスティングサービスと同様に、特定のデータセンターに集中しているためです。クラウドストレージサービスを使用する際には、その中の1つのデータセンターを選択する必要があります。データが存在するデータセンターで電力やネットワークの障害が発生すると、正常なサービスに影響を与えます。

では、集中型クラウドサービスプロバイダーの単一障害点の頻発問題をどのように解決するのでしょうか？単一障害点を解決する方法は「冗長性」です。 重要なサーバーはクラスターとして冗長化し、ネットワーク接続は複数のチャネルに冗長化し、ストレージはミラーリングまたはRAID冗長化を行い、データセンター全体は災害復旧と双活性を通じて冗長化を実現する必要があります。

そして、否定できないのは、主要な集中型クラウドサービスプロバイダーがクラウドストレージ市場を占めているため、彼らの間には技術的な「城壁」と商業的な障壁が存在し、ユーザーのデータは「クラウド」を越えて複製することが難しいということです。各自が独立しているデータセンターは、異なるクラウド間でのスナップショットや複製を許可していません。したがって、集中型クラウドストレージのビジネスモデルの下では、ユーザーが使用している「クラウド」に障害が発生すると、別の「クラウド」が迅速に引き継いで処理することができません。単一障害点によって引き起こされるリスクは依然として集中して処理され、ユーザーは自分が選んだクラウドが故障しないことに依存するしかなく、他により信頼できる解決策はありません。

分散型クラウドストレージはどのように単一障害点を解決するか

分散型クラウドストレージは、その天然の分散アーキテクチャにより、集中型の単一障害点の問題を大幅に回避しています。現在の分散ストレージシステムでは、Filecoin、Arweave、Storj などの例があり、余剰ストレージリソースを持つユーザーは、ストレージネットワークの一員となり、ストレージスペースを貸し出すことで一定のインセンティブを得ることができます。プロジェクトはそれぞれ独自の特徴を持っていますが、単一障害点の問題に関しては、分散型の天然の利点を除いて、特に新しい技術を示していません。 例えば、ピアツーピアのストレージオーダーサービスを採用する場合、単一障害点を防ぐためには、ネットワークが複数のストレージプロバイダーと取引を行い、多重コピーを実現する必要があります。

CESSは、安全で効率的、オープンソース、拡張可能な分散型クラウドストレージネットワークであり、その分散型の構造は天然に単一障害点の問題を回避します。CESSはネットワークもストレージも分散型です。他の分散型ストレージプロジェクトと比較して、CESSの違いは新しいストレージ証明メカニズム--- 多重コピー可復元ストレージ証明メカニズム（PoDR²）を導入していることです。このストレージ証明が単一障害点や災害復旧能力においてどのような利点を持つかを2つの側面から解析します：

- 多重コピー

PoDR²はゼロトラストのデータバックアップと復元証明アルゴリズムです。 ストレージデータは暗号化され、スライスされた後、ランダムに複数のマイナー ノードに送信されます。PoDR²メカニズムの下では、デフォルトで3つのコピーが生成されます。もちろん、システムはユーザーが生成するコピーの数をカスタマイズすることもサポートしています。同態署名メカニズムを利用して、ストレージマイナーがCESSシステムが指定したまたはユーザーが指定したデータコピーの数を正確に保存していることを確認します。もちろん、従来の集中型クラウドストレージも複数回のバックアップをサポートしていますが、そのバックアップの数は最終的に集中型のストレージと制御に依存し、多重コピーによって安全性を大幅に向上させることはできません。

- 復元可能

前述のように「冗長性」は単一障害点を解決する方法ですが、その背後には実際にはコピーと復元があります。CESSのPoDR²メカニズムを通じて、データを多重コピー処理した後、冗長符号化を利用して、任意の2つのブロックが損傷した場合でも冗長符号化を通じて復元できるようにします。続いて、CESSシステムは各データセグメントに対して、後のデータストレージ証明の検証パラメータを生成します。これらは後のコピー証明、時空証明、PoDR²ストレージ証明に使用されます。このメカニズムでは、CESSチェーンはコピーされたデータセグメントを異なるストレージマイナーにランダムに分配します。これにより、特定のストレージマイナーがデータを削除されたり、失われたり、ハッキング攻撃を受けたりしても、PoDR²は他のストレージマイナーからデータを抽出して検索と復元を提供し、ユーザーデータのストレージ安全性を最大限に保護します。

特筆すべきは、PoDR²メカニズムの下でCESSシステムは、ストレージマイナー上のデータを定期的にチェックします（つまり、ストレージノードが保存しているデータが有効であるか、存在するか、変更されているかを確認し、証明します）。データの真実性と可用性を確保します。

単一の単一障害点の問題を超えて、各システムがリスクを事前に予測し、メカニズムを回避し、データ災害復旧ソリューションを提供する能力を示しています。データの可用性の観点から見ると、CESSの多重コピー可復元ストレージ証明メカニズムは、データの可用性を最大限に確保します。そして、安全性の観点から、CESSはデータをスライスし、冗長化し、ストレージマイナーに分散させることで、グローバルなデータ冗長性と復元を実現しました。 CESSは、分散型クラウドストレージシステムが直面する単一障害点を真に解決し、業界にデータ保持に基づく多重コピー可復元ストレージ証明メカニズム（PoDR²）を提供し、同類プロジェクトを超えるエンコーディングとデコーディングの効率を実現しました。ユーザーはデータを安全に保存でき、柔軟かつ効率的にデータにアクセスできます。