Escrito por: Raullen Chai, Andrew Law
Compilado por: Shenchao TechFlow
As Redes Descentralizadas de Infraestrutura Física (DePIN) representam uma atualização transformacional na forma como planejamos e organizamos sistemas do mundo real. Abrange energia, transporte, telecomunicações e outros campos. Ao combinar blockchain, criptomoedas e contratos inteligentes com dispositivos inteligentes, o DePIN oferece a capacidade de coordenar a infraestrutura física de maneira descentralizada e ponto a ponto. Como aponta Guy Woullet da a16z, a chave para o sucesso do DePIN reside na solução de um desafio central: garantir a verificação confiável de nós de serviço geograficamente dispersos sem a necessidade de gerenciamento centralizado. Este artigo investiga o problema da verificação descentralizada no DePIN, analisa criticamente as soluções existentes e propõe formas inovadoras de garantir a escalabilidade sem comprometer a segurança e a descentralização.
A ascensão do DePIN
O DePIN aproveita o poder do blockchain e dos contratos inteligentes para construir um mercado aberto para serviços baseados em infraestrutura física. Imagine um DePIN baseado em energia: uma casa equipada com painéis solares poderia potencialmente produzir eletricidade e fornecer energia excedente aos seus vizinhos. Facilitadas por blockchain e executadas por contratos inteligentes, essas transações de energia podem ser registradas e liquidadas automaticamente. No centro desse processo estão dispositivos de IoT, como baterias e outros hardwares conectados à microrrede, que possibilitam que as residências distribuam energia de forma confiável, direta e ponto a ponto, sem a necessidade da empresa de serviços públicos como intermediária.
Essas redes de infraestrutura física descentralizadas ganharão cada vez mais força em todos os setores em 2023. Ao marginalizar os guardiões centralizados, o DePIN promete aumentar a eficiência, reduzir custos, expandir a acessibilidade e capacitar indivíduos.
Estrutura do DePIN
A infraestrutura física descentralizada depende de uma pilha de tecnologia complexa que reúne hardware, conectividade, middleware, contratos inteligentes baseados em blockchain e aplicativos web ou móveis.
Analisando uma rede DePIN típica (como DIMO, Helium, WiFimap ou GeoDnet), elas geralmente têm três funções:
Nó de serviço: um grupo de servidores ou dispositivos que fornecem serviços ou utilidades, como WiFi/5G, coleta de dados ambientais e produção de energia.
Middleware: Uma camada dedicada a verificar se os nós de serviço estão funcionando corretamente. Ele garante representação e relatórios precisos de atividades e eventos do mundo real, desde nós de serviço até contratos inteligentes, que podem estar intimamente relacionados ao funcionamento dos tokens DePIN.
Usuários finais: pessoas comuns ou comunidades empresariais que realmente usam o utilitário fornecido pelos nós de serviço ou dispositivos. Entre outras coisas, o middleware é responsável por medir a qualidade do serviço ou utilidade dos nós rastreando certas métricas, cuja ausência pode resultar em:
Auto-negociação: os participantes podem explorar a rede obtendo serviços usando infraestrutura de sua propriedade, acumulando assim taxas e recompensas. Por exemplo, uma entidade energética poderia simular a compra de energia de suas próprias reservas. Dado um subsídio suficiente ou uma recompensa inicial por bloco, a autonegociação se torna muito lucrativa.
Provedores preguiçosos: provedores de infraestrutura podem prometer fornecer serviços, mas não cumprem suas promessas ou fornecem serviços de baixa qualidade. Sem um sistema de verificação rigoroso, os usuários não têm do que reclamar.
Provedores mal-intencionados: embora menos comuns que os dois anteriores, existe a possibilidade de que entidades maliciosas manipulem a infraestrutura para induzir os usuários a aceitar dados falsos de sensores que estejam alinhados com os interesses financeiros do provedor. Se não forem controladas, essas ações podem prejudicar os incentivos econômicos do DePIN. A confiança e a eficiência da rede diminuem, levando à “tragédia dos comuns”, onde os provedores buscam seus próprios interesses, ou à centralização do poder. Em ambos os casos, os objetivos de uma infraestrutura descentralizada e ponto a ponto são prejudicados.
Middleware de autenticação
Projetar e arquitetar tal middleware é muito complexo. Vamos analisar isso de uma perspectiva diferente.
Perspectiva A: Tecnologias de Verificação Viáveis
A autenticação no DePIN é considerada bem-sucedida se ambos os seguintes forem alcançados:
Autenticidade e integridade das medições: as medições de nós de serviço ou dispositivos representam seu estado de funcionamento (por exemplo, eles forneceram um determinado serviço, como fornecer conectividade WiFi ou coletar dados ambientais) e devem ser autênticas e não adulteradas.
Confiabilidade de cálculos off-chain: Muitas vezes, as medições não podem ser usadas diretamente para fins de verificação. Uma certa quantidade de computação fora da cadeia precisa ser feita para processá-los, o que precisa ser confiável, ou seja, não passível de fraude.
Tomemos como exemplo um DePIN focado em energia: o contrato inteligente deve confiar que o medidor inteligente mediu corretamente a geração de energia solar e que o middleware verificou 6 horas de medições que podem ter vindo desse medidor inteligente antes de poder iniciar um pagamento de criptomoeda na cadeia.
Para atingir esses dois pontos, podemos listar as tecnologias atualmente disponíveis da seguinte forma:
Perspectiva B: Tecnologia de empacotamento e verificação de forma descentralizada
Agora que temos conhecimento suficiente sobre possíveis técnicas de verificação, precisamos pensar em como empacotá-las em um protocolo de maneira descentralizada. Aqui estão algumas ideias:
A camada de hardware precisa ser minimizada (para garantir ampla acessibilidade e descentralização) e muitas funções devem ser incorporadas ao middleware para ajudar a evitar riscos de centralização em outras áreas da pilha. Isso é semelhante ao famoso "protocolo gordo", queremos que a camada de hardware seja fina e o middleware seja gordo.
O middleware opera de forma semelhante aos blockchains públicos das seguintes maneiras:
Permite anonimato e neutralidade (código aberto, administrado pela comunidade)
Transparente e confiável, proporcionando alta segurança contra ataques sofisticados motivados por motivos financeiros
Capacidade de executar vários tipos de validação para diferentes cenários, daí a necessidade de programabilidade integrada (pense em contratos inteligentes)
Capacidade de reter a funcionalidade necessária da camada de hardware ou aplicativo quando necessário.
Ângulo C: Método de verificação
Em diferentes cenários, os nós de serviço funcionam de forma diferente. Por exemplo, no caso de armazenamento de arquivos, os nós de serviço estão sempre funcionando (armazenando o que foi prometido), para que possam ser amostrados e verificados, enquanto no caso de DIMO (coleta de dados do carro), um nó de serviço (um dispositivo instalado no carro) carrega medições a cada 10 minutos, para que todas as medições possam ser verificadas. Portanto, o middleware tem diferentes modos de autenticação para atender a diferentes aplicações DePIN:
Processador de dados: este é o padrão mais comum, em que o nó de serviço ou dispositivo essencialmente envia todas as medições para o middleware, que as verifica e processa para gerar provas para o contrato inteligente.
Integrador ativo: o protocolo de middleware seleciona ativamente um subconjunto de nós de serviço para consultar (observe que, se o protocolo de middleware for poderoso o suficiente, ele poderá "amostrar" todos os nós de serviço). Após receber a resposta do nó, ele entra no modo de processador de dados. O método de amostragem aleatória usado pelo Filecoin se enquadra nessa categoria.
Observador Passivo: Esta é a abordagem menos comum, onde o middleware apenas observa silenciosamente os nós no serviço e tenta encontrar evidências de que eles (não) estão fazendo o que se espera que façam (veja a Teoria da Floresta Negra).
Construindo W3bstream como middleware para autenticação DePIN
Combinando todas as perspectivas acima, defendemos uma abordagem baseada em prova de validade e vislumbramos um protocolo de verificação off-chain descentralizado, compartilhado e neutro (como parte da rede IoT) para atender à rede DePIN. O protocolo agrega medições de um grande número de redes DePIN menores e fornece provas de validade para contratos inteligentes (por exemplo, atualmente usamos provas SNARK).
Em um nível mais amplo, o W3bstream é uma rede fragmentada operada pela comunidade que facilita a implantação (e subsequente atualização) de suas “fórmulas” de verificação na plataforma por vários projetos DePIN. Essas "fórmulas" podem ser escritas em linguagens como Rust, Golang, C++, e outras serão suportadas em breve. Eles geralmente se parecem com isto:
Provas de conhecimento zero geralmente apresentam desvantagens de desempenho, incluindo tempos de geração de provas mais longos e mais recursos de computação, o que as torna menos escaláveis para certas aplicações do mundo real. Fizemos otimizações internas (incluindo lotes) em cima dos zk-SNARKs para resolver esses problemas de desempenho, com o objetivo de fornecer geração de provas mais rápida, mantendo os principais benefícios dos protocolos de conhecimento zero.
A infraestrutura física descentralizada está prestes a remodelar nosso mundo em vários níveis. No entanto, a chave para concretizar todo o seu potencial está na resolução dos desafios da verificação descentralizada e na garantia da santidade e inviolabilidade dessas redes. Estamos ansiosos para interagir com os principais pesquisadores e engenheiros em áreas como blockchain, criptografia, IoT, segurança/privacidade e economia para concretizar essa visão compartilhada.
