nft系统定制,从NFT的底层系统架构出发

NFT的基础概念

NFT全称为Non-FungibleToken,中文名是非同质化通证。是一种源于以太坊智能合约的非同质化通证,其作为独特的数字资产,具有不可分割、不可篡改、不可替代、独一无二等特性。

相对而言,FT(FungibleToken)也就是同质化通证,以以太坊为例,每个以太坊都是同质化的,相互之间没有任何区别,且可以拆分成更小的单位。而每个NFT都拥有独特且唯一的标识,无法两两互换,也无法拆分。

NFT以其独有的特性赋能各领域创作者,提供了一种更方便可靠的数字资产确权方式。创作者们可以很容易的通过NFT证明数字作品的存在性和所有权,包括但不仅限于图片、视频、艺术品、门票等形式。此外,创作者们还可以在每次NFT的交易流通过程中赚取版权税。

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NFT的底层系统技术架构

区块链:区块链最早是作为比特币的分布式账本而被人们所熟知。区块链是一种分布式的且不可篡改的数据库,它实质上一个记录数据信息的列表,并使用加密协议对其中的信息进行保护。区块链为长期存在的拜占庭问题提供了可行的解决方案。

智能合约:智能合约加速了数字协议的执行和验证过程。基于区块链的智能合约使用图灵完备的脚本语言来实现复杂功能的兼容,并通过依靠共识算法来进行执行,以保证一致性。智能合约让不依赖第三方信用中介的公平交易成为可能,可以实现跨行业、跨领域、跨生态的价值交互。

链上交易:链上交易需要通过区块链地址和交易指令来实现。区块链地址由固定数量的字母、数字和字符组成,它是一个类似于银行账户的独特标识符,供用户来发送和接收资产。并且有一对相互对应的公钥和私钥,以验证交易的真实可靠性。

数据编码:通过数据编码,可以将文件压缩成有效格式来节省存储空间。在进行NFT的资产确权时,其实是对NFT创造者所签署的哈希值进行确权,其他人可以复制这些元数据,但他们不能证明对其的所有权。

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NFT的基本模型

协议标准

NFT建立的底层逻辑是以分布式账本为基础,同时其交易依赖于点对点的网络,如果将区块链这个分布式账本看做一种特殊类型的数据库的话,那么NFT就将存储于这个数据库之中实际NFT的存储现状要更复杂一些。假如这个数据库具有基本的安全性、一致性、完整性和可用性等特征,那么整个NFT生态闭环主要包括以下几个场景。

NFT数字化:NFT创作者将检查文件、标题、描述语句是否完全准确,然后将NFT的元数据转化为适当的格式。

NFT存储:NFT创作者可以选择链上和链下两种方式来存储元数据,链上存储费用较高、交通拥堵但元数据会与通证一起永久存在,链下存储限制较小但理论上存在元数据丢失的风险。目前链下存储可选择的解决方案有集中式数据存储、IPFS和分散式云存储等。

NFT签名:NFT创作者对包含NFT数据哈希值在内的信息进行签名,然后发送给智能合约。

NFT铸造和交易:智能合约在收到NFT的完整信息后,便可以开始铸造同时启动交易流程,其主要机制是由通证标准来制定的。

NFT确认:一旦交易信息在链上得到确认,NFT的铸造流程就完成了,被铸造的NFT将永久性地链接到一个独一无二的区块链地址以证明它的存在。但NFT的实际内容通常存储在链下,与NFT的所有权分属两个存储系统。

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NFT链上存储

目前NFT使用的区块链主要包括以太坊、Flow、BSC等公链,Polygon、Ronin等侧链。

受限于链上高昂的gas费用和拥堵的通讯状况,大部分NFT项目选择只将NFT的所有权数据存储在链上,以确保所有权的不可篡改、可追溯、不可抵赖等特性。交易不需要通过中心化的信任机构做中介,可以直接通过链上的智能合约完成,给予了NFT良好的流通性,使用不受任何第三方控制的技术作为信用中介。

而代表NFT实际形态的媒体数据被存在链下,在某些情况下还包括一些比较复杂的元数据信息也存在链下,与所有权存储系统分离,这使得被区块链技术严密保护的所有权蒙上了一层阴影。

NFT链下存储

目前NFT链下存储的方式主要包括中心化、中心化可验证、去中心化和去中心化可修复等四种方式。

NFT中心化

大多数NFT项目没有Opensea这样的市场体量,很多也都在起步阶段,并没有很重视链下数据存储的安全性问题。智能合约中的特定标识符可以用来返回相关元数据和媒体数据,他们通常会使用运行在Web服务器上的URL来作为标识,这个服务器是由公司运行或者由亚马逊等云服务商提供,这种中心化的存储会带来篡改、拒绝服务等风险。

中心化可验证

以CryptoPunks为例,其最初将产品集成图像存储在中心化服务器中,然后将这张图片的加密哈希值存储在智能合约中用于验证。这样做的好处是,可以通过哈希值对图片进行验证,以确保没有进行过任何修改,赋予了NFT媒体数据不可篡改的特性。但媒体数据本身存储在中心服务器中,而不是像链上NFT所有权存储一样进行全网节点备份,存在数据遗失,拒绝服务等多方面风险。

中心化可验证的链下存储方式是对中心化方式的优化,但仍存在多方面风险,不能很好的解决NFT乃至元宇宙对确权数据本体的高可靠性存储需求。

去中心化

IPFS作为目前去中心化存储的代表项目,已逐渐被NFT产业所接受。IPFS旨在为传统中心化的HTTP提供去中心化的寻址方式补充。以BoredApeYachtClub为例,其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,其作为一个运行在多节点的寻址网络,解决了之前中心化存储URL地址失效的痛点,规避了对中心化服务商的依靠。

IPFS这种去中心化的寻址方式进一步改善了NFT元数据与媒体数据的存储方式,但其做为一个寻址系统,并不能提供足够安全可靠的存储服务,即使CID地址会在系统中一直存在,但其对应的具体数据并没有相匹配的稳定性。原因是IPFS中的网络节点对内容的备份是自驱动的,如果只有单个节点或者少数一部分节点备份了相应内容,这些节点损坏或者下线,存储数据将会消失,CID只能指向一片空白。

去中心化可修复

去中心化可修复的存储系统作为NFT解决链下存储新的可能,正在得到行业内外的广泛关注,Filecoin、Memo、Arweave等去中心化的分布式云存储项目也在积极探索为NFT爱好者们提供更好的存储优化方案,其中Filecoin和Memo分别推出了基于各自存储生态的NFT存储项目。

NFT.Storage是由ProtocolLabs推出的基于Filecoin生态的NFT存储项目,通过该项目存储的NFT将被存储在IPFS或者Filecoin中,目前单个存储数据容量限制在100MB以内。其修复功能基于Filecoin的激励机制,通过对存储节点的评分验证系统,及时发现和修复损坏或者遗失的数据。但IPFS中的存储由ProtocolLabs提供,需要更多网络节点参与,进一步去中心化。Filecoin中的存储还未能与主网链接,由测试网节点提供,存在因网络重置造成丢失的风险。

Metastorage.org是基于MEFS存储文件系统开发的,Memo生态的NFT存储项目,通过该项目存储的NFT将在IPFS和MEFS中进行双份存储,其中MEFS是MemoLabs开发的存储系统,目前对存储数据量没有限制。其修复功能基于MEFS存储系统,采用多副本和纠删码的冗余机制,同时提供公开的验证手段,系统中的KEEPER角色负责为用户匹配通过验证和挑战的节点,并持续评估维护。虽然MEFS整体修复机制与区块链解耦,但仍需要Memo系统有更大范围的节点参与,以为MEFS系统提供支持,形成稳定生态。

去中心化可修复的存储系统有望成为NFT存储的未来解决方案,让NFT元数据和媒体数据的存储与所有权的存储更加匹配。目前产品技术和规模仍处在起步阶段,落地实施程度有待进一步观察。

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保护数字产权

数字收藏品包含各种类型,从交易卡、葡萄酒、数字图像、视频、虚拟房地产、域名、钻石、加密货币邮票和知识产权等其他实物。我们以艺术领域为例,首先,传统方式的艺术家只有很少的渠道来展示他们的作品,传统渠道的获取需要资金和人脉资源,同时也需要耗费大量精力。由于缺乏关注,价格无法反映其作品的真正价值。甚至他们在社交网络上发表的作品也会被平台和广告商收取中介费平台和广告费。

NFTs将他们的作品转化为具有综合权益的数字格式,艺术家不必将所有权和内容交给代理人,这为他们提供了获取高额收益的可能。典型的例子包括MadDogJones的REPLICATOR以410万美金成交,Grimes的作品总共卖出了约600万美元和其他来自和其他伟大的加密艺术家的作品,如大家所熟知的Beeple和TrevorJones。NFT对艺术品产权做了很好的保护,而其对应的实际内容,如元数据和媒体数据等,并未有安全可靠的行业存储标准,Memo等分散式存储系统有望解决这一问题。

此外,艺术家在传统情况下不能从其作品的未来销售中获得版税。相比之下,NFTs可以被编程,使艺术家在其数字作品的每次销售中获得预定的他的数字作品每次在市场上交换时,都会收到一笔预设的版税费用,这是一种管理和保护数字杰作的有效方式。此外,一些平台,例如Mintbase和Mintable,甚至已经建立了一些工具来支持普通人轻松创建自己的NFT作品。

这些数字收藏品的媒体数据其实就是其铸造的NFT的本体,失去了作品本身的所有权和版税权将毫无意义,NFT本身也将失去价值。传统收藏行为通常伴随着较高的贮存成本,数字时代的收藏显然需要更好的存储解决方案。

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NFT存储的挑战

为了实现上述NFT存储应用的发展,就像任何新生技术一样,必须克服一系列障碍。本文从可用性、安全性、监管和可扩展性的角度讨论了一些典型的挑战,包括基于区块链的平台所造成的系统层面的问题和人类因素,如监管者、法规和社会因素。

可用性挑战

可用性是指在测试特定产品时,衡量用户的有效性、效率和满意度来评判一个特定的产品。大多数的NFT项目都是建立在以太坊之上。因此,很明显,以太坊的主要缺点被继承了。我们讨论了对用户体验有直接影响的三个主要挑战。

匮乏的冗余机制

通过前文分析,NFTs目前多使用集中式数据中心和IPFS进行存储,这两种方式的冗余机制并不是很可靠。集中式数据中心通常使用多副本的冗余方式,将文件复制多份进行冗余,成本较高。IPFS没有自运行的冗余方式,虽然文件所对应的CID是全网广播的,而文件本身的数据存储在节点本地,需要其他节点自发来进行备份。Filecoin作为IPFS的激励层,也没有很好的完成激励节点进行备份的使命,网络节点中存储的大多数是为了获取激励而存的无效数据。Memo所研发的MEFS系统,使用多副本与纠删码相结合的存储方式,利用数据分片存储和风险感知修复技术,以低成本实现高耐久的冗余方式。

缓慢的确认速度

NFTs通常将交易发送到智能合约,以实现透明可靠的管理,如铸造,卖出和交换。然而,目前的NFT系统是与它们的底层区块链平台紧密耦合,这使得它们的性能很低。比特币仅达到7TPS,而以太坊只有30TPS,这导致NFTs的确认速度极慢。解决这个问题需要重新设计区块链拓扑结构,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。这也决定了将复杂的元数据和「庞大」的媒体数据存储在链下系统的现状。

高昂的gas费

高昂的gas费已经成为NFT市场的一个主要问题,特别是在大规模铸造NFT的时候,需要将元数据上传到区块链网络,每个与NFT相关的交易都比简单的转账交易更昂贵,因为智能合约涉及到要处理的计算资源和存储。复杂的操作、高拥堵的通信压力和昂贵的费用大大限制了NFTs的广泛采用。铸造NFT所产生的交易费用大多数情况下都远远高于NFT的现有价值,尽可能的将NFT相关数据存储在链下是目前调整这个严重失衡情况的主流方案,而其又带来了各种各样的风险。

存储安全和隐私问题

来自用户的数据是任何系统的首要任务。然而,这些数据,储存在链外但与链上标签相关联,面临着失去联系的风险或被恶意方滥用的风险。

nft系统源码

from web3 import Web3
import json

# https://etherscan.io/tx/0xbede5e44cc631303a22d066cc269f989469742b5bb6d9a74185e146dab9211e4
# https://mainnet.infura.io/v3/8a264f274fd94de48eb290d35db030ab
# contract address is 0x0632aDCab8F12edD3b06F99Dc6078FE1FEDD32B0 

from web3 import Web3
my_provider = Web3.HTTPProvider('https://mainnet.infura.io/v3/8a264f274fd94de48eb290d35db030ab')
w3 = Web3(my_provider)

def main():
    
    contract_address = '0x0632aDCab8F12edD3b06F99Dc6078FE1FEDD32B0'
    contract_abi = json.load(open('surge.abi', 'r'))
    # print(contract_abi)

    mycontract = w3.eth.contract(address=contract_address, abi=contract_abi)
    name = mycontract.functions.name().call()
    print(name)

    symbol = mycontract.functions.symbol().call()
    print(symbol)

    tokenURI = mycontract.functions.tokenURI(1802).call()
    print(tokenURI)

    pass

if __name__ == '__main__':
    main()

NFT可以应用领域

例如:游戏、艺术、雕塑、土地、人物、视频、音乐,吸引大量收藏家、交易者和创意项目。

NFT开发(成品系统,源码交付,独立部署,快速搭建)

一、数字藏品管理

“区块链+艺术”数字收藏服务生态,针对艺术设计市场推出了专业化的区块链藏品解决方案。

二、数字票务管理

“区块链+票务”数字生态服务,针对票务市场推出的专业化的区块链藏品解决方案。

三、NFT数字盲盒

NFT数字盲盒

四、3D作品数字化

“区块链+3D作品”数字生态服务,针对3D作品市场推出了专业化的区块链藏品解决方案。

五、手账作品数字化

手帐作品属于创意数字作品,区块链+手账的解决方案能够很好的解决作品确权、二次创作溯源、分润等难题,为手账产业数字化赋能。

nft是一个新的事物,也是近些年非常火热的一个非同质化代币艺术品收藏话题,一个新的事物出现后都会有很多的的质疑声,这篇文章就钦钦技术栈对nft系统开发和技术架构的一些看法与理解,你觉得有什么不符合的可以留言讨论哦。

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