Scritto da: Raullen Chai, Andrew Law
Compilato da: Shenchao TechFlow
Le reti di infrastrutture fisiche decentralizzate (DePIN) rappresentano un aggiornamento trasformativo nel modo in cui pianifichiamo e organizziamo i sistemi del mondo reale. Si estende all'energia, ai trasporti, alle telecomunicazioni e ad altri campi. Combinando blockchain, criptovalute e contratti intelligenti con dispositivi intelligenti, DePIN offre la capacità di coordinare l'infrastruttura fisica in modo decentralizzato e peer-to-peer. Come sottolinea Guy Woullet di a16z, la chiave del successo di DePIN sta nel risolvere una sfida fondamentale: garantire una verifica affidabile dei nodi di servizio geograficamente dispersi senza la necessità di una gestione centralizzata. Questo articolo approfondisce il problema della verifica decentralizzata in DePIN, analizza criticamente le soluzioni esistenti e propone modi innovativi per garantire la scalabilità senza compromettere la sicurezza e la decentralizzazione.
L'ascesa di DePIN
DePIN sfrutta la potenza della blockchain e dei contratti intelligenti per costruire un mercato aperto per servizi radicati nell'infrastruttura fisica. Immagina un DePIN basato sull’energia: una casa dotata di pannelli solari potrebbe potenzialmente produrre elettricità e fornire energia in eccesso ai vicini. Facilitate dalla blockchain ed eseguite da contratti intelligenti, queste transazioni energetiche possono essere registrate e regolate automaticamente. Al centro di questo processo ci sono i dispositivi IoT, come batterie e altro hardware connesso alla microrete, che consentono alle famiglie di distribuire energia in modo affidabile e diretto peer-to-peer senza la necessità che le società elettriche agiscano come intermediari. intermediari.
Queste reti di infrastrutture fisiche decentralizzate stanno guadagnando sempre più attenzione in vari settori nel 2023. Emarginando i guardiani centralizzati, DePIN promette di aumentare l’efficienza, ridurre i costi, espandere l’accessibilità e conferire maggiore potere agli individui con maggiore autonomia.
Struttura del DePIN
L’infrastruttura fisica decentralizzata si basa su uno stack tecnologico complesso che riunisce hardware, connettività, middleware, contratti intelligenti basati su blockchain e applicazioni web o mobili.
Zoomando su una tipica rete DePIN (come DIMO o Helium o WiFimap o GeoDnet), in genere hanno tre ruoli:
Nodo di servizio: un gruppo di server o dispositivi che forniscono servizi o utilità, come WiFi/5G, raccolta di dati ambientali e produzione di energia.
Middleware: un livello dedicato principalmente a verificare se il nodo del servizio funziona correttamente. Garantisce una rappresentazione e un reporting accurati delle attività e degli eventi del mondo reale, dai nodi di servizio ai contratti intelligenti, che possono essere strettamente correlati al funzionamento del token DePIN.
Utenti finali: comunità di persone comuni o aziende che utilizzano effettivamente i servizi forniti da un nodo o dispositivo di servizio. Tra questi, il middleware ha il compito di misurare la qualità dei servizi o delle utilità provenienti dai nodi monitorando alcune metriche, la cui assenza può comportare:
Auto-transazione: i partecipanti possono sfruttare la rete ottenendo servizi utilizzando l’infrastruttura di loro proprietà, accumulando commissioni e premi. Ad esempio, un'entità energetica può simulare l'acquisto di energia dalle proprie riserve. Con sussidi adeguati o premi iniziali in blocco, il commercio autonomo diventa molto redditizio.
Fornitore pigro: un fornitore di infrastrutture può promettere di fornire servizi ma non mantenere le promesse o fornire servizi di bassa qualità. Senza un rigoroso sistema di verifica, gli utenti non hanno nessun posto dove lamentarsi.
Provider dannosi: sebbene meno comune dei primi due, esiste la possibilità che entità dannose manipolino l'infrastruttura per indurre gli utenti ad accettare dati di sensori falsi in linea con gli interessi finanziari del fornitore. Se lasciate incontrollate, queste azioni potrebbero minare gli incentivi economici di DePIN. La fiducia e l’efficienza della rete diminuiscono, portando a una “tragedia dei beni comuni” in cui i fornitori perseguono i propri interessi, o a una centralizzazione del potere. In entrambi i casi, l’obiettivo di un’infrastruttura decentralizzata guidata dal peer-to-peer è compromesso.
Middleware di autenticazione
Progettare e architettare un middleware di questo tipo è molto complesso. Guardiamo la cosa da una prospettiva diversa.
Angolo A: Tecniche di verifica fattibile
L'autenticazione in DePIN è considerata riuscita se vengono raggiunti entrambi i seguenti requisiti:
Autenticità e integrità delle misurazioni: le misurazioni effettuate da nodi di servizio o dispositivi rappresentano il loro stato di funzionamento (ad esempio, hanno fornito un determinato servizio, come fornire connettività WiFi o raccogliere dati ambientali) e devono essere autentiche e non manomesse.
Affidabilità dei calcoli fuori catena: in genere, i valori misurati non possono essere utilizzati direttamente a scopo di verifica. Per elaborarli è necessario eseguire una certa quantità di calcoli fuori catena, che devono essere affidabili, ad es.
Prendiamo come esempio un DePIN incentrato sull'energia: il contratto intelligente deve credere che il contatore intelligente abbia misurato correttamente la produzione di energia solare e che il middleware abbia verificato le 6 ore di misurazioni che potrebbero provenire da questo contatore intelligente, per avviare una criptovaluta pagamento sulla catena.
Per raggiungere questi due punti possiamo elencare le tecnologie attualmente realizzabili come segue:
Angolo B: tecnologia di verifica degli imballaggi in modo decentralizzato
Dopo aver compreso a sufficienza le tecnologie di verifica praticabili, dobbiamo considerare come inserirle in un protocollo in modo decentralizzato. Ecco alcune idee:
Il livello hardware deve essere ridotto al minimo (per garantire un’ampia accessibilità e decentralizzazione) e molte funzionalità dovrebbero essere integrate nel middleware per evitare i rischi di centralizzazione in altre aree dello stack. Questo è simile al famoso "protocollo grasso". Ci auguriamo che il livello hardware sia sottile e il middleware sia grasso.
Il middleware funziona in modo simile alle blockchain pubbliche nei seguenti modi
Consente l'anonimato e la neutralità (open source, gestito dalla comunità)
Trasparente e affidabile, fornisce un'elevata sicurezza contro attacchi sofisticati guidati da motivi finanziari
Capacità di eseguire vari tipi di verifica per diversi scenari, da qui la necessità di programmabilità integrata (si pensi ai contratti intelligenti)
Capacità di mantenere le funzionalità necessarie dal livello hardware o applicativo quando necessario.
Angolo C: metodo di verifica
In diversi scenari, i nodi di servizio funzionano in modo diverso. Ad esempio, nel caso del file storage, i nodi di servizio sono costantemente in funzione (memorizzando quanto promesso), quindi possono essere campionati, mentre nel caso di DIMO (automotive data collection), un nodo di servizio (il dispositivo installato nel car ) carica le misurazioni ogni 10 minuti, quindi tutte le misurazioni possono essere verificate. Pertanto, il middleware dispone di diverse modalità di verifica per adattarsi alle diverse applicazioni DePIN:
Processore di dati: questo è il modello più comune, il nodo o dispositivo di servizio invia sostanzialmente tutte le misurazioni al middleware, che le verifica e le elabora per generare una prova del contratto intelligente.
Integratore attivo: il protocollo middleware seleziona attivamente un sottoinsieme di nodi di servizio da interrogare (si noti che se il protocollo middleware è sufficientemente potente, può "campionare" tutti i nodi di servizio). Dopo aver ottenuto la risposta del nodo, entra in modalità processore dati. Il metodo di campionamento casuale utilizzato da Filecoin rientra in questa categoria.
Osservatore passivo: questo è il modo meno comune, il middleware osserva semplicemente in silenzio i nodi nel servizio e cerca di trovare prove che stiano (non) facendo ciò che ci si aspetta (fare riferimento alla teoria della foresta oscura).
Costruire W3bstream come middleware per la verifica DePIN
Combinando tutte le prospettive di cui sopra, sosteniamo un approccio basato sulla prova di validità e immaginiamo un protocollo di verifica fuori catena decentralizzato, condiviso e neutrale (come parte della rete IoT) al servizio della rete DePIN. Il protocollo aggrega le misurazioni da un gran numero di reti DePIN più piccole e fornisce prove di validità per contratti intelligenti (ad esempio attualmente utilizziamo prove SNARK).
A un livello più ampio, W3bstream è una rete frammentata gestita dalla comunità che facilita vari progetti DePIN che implementano (e successivi aggiornamenti) la loro "formula" di verifica sulla piattaforma. Queste "formule" possono essere scritte in linguaggicome Rust, Golang, C++, ecc., e altri linguaggisaranno presto supportati. Di solito assomigliano a questo:
Le dimostrazioni a conoscenza zero spesso comportano compromessi in termini di prestazioni, inclusi tempi di generazione delle prove più lunghi e maggiori risorse computazionali, che le rendono meno scalabili per alcune applicazioni pratiche. Abbiamo implementato ottimizzazioni interne (incluso il batching) su zk-SNARK per risolvere questi problemi di prestazioni, con l'obiettivo di fornire una generazione di prove più rapida mantenendo i vantaggi principali dei protocolli a conoscenza zero.
L’infrastruttura fisica decentralizzata è a molti livelli per rimodellare il nostro mondo. Tuttavia, la chiave per realizzare il loro pieno potenziale risiede nel risolvere le sfide della verifica decentralizzata, garantendo la santità e l’inviolabilità di queste reti. Non vediamo l’ora di comunicare con i migliori ricercatori e ingegneri nei campi della blockchain, della crittografia, dell’IoT, della sicurezza/privacy e dell’economia per realizzare questa visione condivisa.
