Được viết bởi: Raullen Chai, Andrew Law
Biên soạn bởi: Shenchao TechFlow
Mạng cơ sở hạ tầng vật lý phi tập trung (DePIN) thể hiện một bản nâng cấp mang tính chuyển đổi trong cách chúng ta lập kế hoạch và tổ chức các hệ thống trong thế giới thực. Nó mở rộng sang năng lượng, giao thông, viễn thông và các lĩnh vực khác. Bằng cách kết hợp blockchain, tiền điện tử và hợp đồng thông minh với các thiết bị thông minh, DePIN cung cấp khả năng điều phối cơ sở hạ tầng vật lý theo cách phi tập trung và ngang hàng. Như Guy Woullet của a16z đã chỉ ra, chìa khóa thành công của DePIN nằm ở việc giải quyết thách thức cốt lõi: đảm bảo xác minh đáng tin cậy các nút dịch vụ phân tán về mặt địa lý mà không cần quản lý tập trung. Bài viết này đi sâu vào vấn đề xác minh phi tập trung trong DePIN, phân tích nghiêm túc các giải pháp hiện có và đề xuất những cách đổi mới để đảm bảo khả năng mở rộng mà không ảnh hưởng đến tính bảo mật và phân cấp.
Sự trỗi dậy của DePIN
DePIN tận dụng sức mạnh của blockchain và hợp đồng thông minh để xây dựng một thị trường mở cho các dịch vụ bắt nguồn từ cơ sở hạ tầng vật lý. Hãy tưởng tượng một DePIN dựa trên năng lượng: một ngôi nhà được trang bị các tấm pin mặt trời có khả năng sản xuất điện và gửi lượng điện dư thừa cho hàng xóm. Được hỗ trợ bởi blockchain và được thực hiện bằng hợp đồng thông minh, các giao dịch năng lượng này có thể được ghi lại và giải quyết tự động. Trọng tâm của quá trình này là các thiết bị IoT, chẳng hạn như pin và phần cứng kết nối lưới điện siêu nhỏ khác, giúp các hộ gia đình có thể phân phối năng lượng theo cách ngang hàng, đáng tin cậy, trực tiếp mà không cần các công ty điện lực hành động. với tư cách là người trung gian.
Các mạng lưới cơ sở hạ tầng vật lý phi tập trung này ngày càng thu hút được nhiều sự chú ý hơn trên các ngành công nghiệp khác nhau vào năm 2023. Bằng cách loại bỏ những người gác cổng tập trung, DePIN hứa hẹn sẽ tăng hiệu quả, giảm chi phí, mở rộng khả năng tiếp cận và trao quyền cho các cá nhân có quyền tự quyết lớn hơn.
Cấu trúc của DePIN
Cơ sở hạ tầng vật lý phi tập trung dựa trên một khối công nghệ phức tạp tập hợp phần cứng, kết nối, phần mềm trung gian, hợp đồng thông minh dựa trên blockchain và ứng dụng web hoặc di động.
Phóng to mạng DePIN điển hình (như DIMO hoặc Helium hoặc WiFimap hoặc GeoDnet), chúng thường có ba vai trò:
Nút dịch vụ: Một nhóm máy chủ hoặc thiết bị cung cấp dịch vụ hoặc tiện ích, chẳng hạn như WiFi/5G, thu thập dữ liệu môi trường và sản xuất năng lượng.
Phần mềm trung gian: Một lớp chủ yếu dành riêng cho việc xác minh xem nút dịch vụ có hoạt động tốt hay không. Nó đảm bảo trình bày và báo cáo chính xác các hoạt động và sự kiện trong thế giới thực từ các nút dịch vụ đến hợp đồng thông minh, có thể liên quan chặt chẽ đến cách hoạt động của mã thông báo DePIN.
Người dùng cuối: Cộng đồng gồm những người hoặc doanh nghiệp hàng ngày thực sự sử dụng các tiện ích được cung cấp bởi nút dịch vụ hoặc thiết bị. Trong số đó, phần mềm trung gian chịu trách nhiệm đo lường chất lượng dịch vụ hoặc tiện ích đến từ các nút bằng cách theo dõi các số liệu nhất định, việc thiếu chúng có thể dẫn đến:
Tự giao dịch: Người tham gia có thể khai thác mạng bằng cách nhận các dịch vụ sử dụng cơ sở hạ tầng mà họ sở hữu, từ đó tích lũy phí và phần thưởng. Ví dụ: một đơn vị năng lượng có thể mô phỏng việc mua năng lượng từ nguồn dự trữ của chính mình. Được trợ cấp đầy đủ hoặc phần thưởng khối ban đầu, việc tự giao dịch trở nên rất có lợi nhuận.
Nhà cung cấp lười biếng: Nhà cung cấp cơ sở hạ tầng có thể hứa cung cấp dịch vụ nhưng không thực hiện được lời hứa hoặc cung cấp dịch vụ chất lượng thấp. Nếu không có hệ thống xác minh nghiêm ngặt, người dùng sẽ không có nơi nào để phàn nàn.
Nhà cung cấp độc hại: Mặc dù ít phổ biến hơn hai nhà cung cấp đầu tiên, nhưng vẫn có khả năng các thực thể độc hại thao túng cơ sở hạ tầng để lừa người dùng chấp nhận dữ liệu cảm biến giả mạo phù hợp với lợi ích tài chính của nhà cung cấp. Nếu không được kiểm soát, những hành động này có thể làm suy yếu các động lực kinh tế của DePIN. Niềm tin và hiệu quả của mạng lưới giảm sút, dẫn đến “thảm kịch chung” khi các nhà cung cấp theo đuổi lợi ích riêng của họ hoặc tập trung quyền lực. Trong cả hai trường hợp, mục tiêu của cơ sở hạ tầng ngang hàng phi tập trung đều bị suy yếu.
Phần mềm trung gian xác thực
Việc thiết kế và kiến trúc một phần mềm trung gian như vậy là rất phức tạp. Hãy nhìn nó từ một góc độ khác.
Góc A: Kỹ thuật xác minh khả thi
Xác thực trong DePIN được coi là thành công nếu đạt được cả hai điều sau:
Tính xác thực và tính toàn vẹn của các phép đo: Các phép đo từ các nút hoặc thiết bị dịch vụ thể hiện trạng thái hoạt động của chúng (ví dụ: chúng đã cung cấp một dịch vụ nhất định, chẳng hạn như cung cấp kết nối WiFi hoặc thu thập dữ liệu môi trường) và phải xác thực và không bị giả mạo.
Độ tin cậy của các tính toán ngoài chuỗi: Thông thường, các giá trị đo được không thể được sử dụng trực tiếp cho mục đích xác minh. Cần phải thực hiện một số lượng tính toán ngoài chuỗi nhất định để xử lý chúng, điều này cần phải đáng tin cậy, ví dụ: không thể bị lừa.
Lấy DePIN tập trung vào năng lượng làm ví dụ: hợp đồng thông minh phải tin rằng đồng hồ thông minh đã đo chính xác việc sản xuất năng lượng mặt trời và phần mềm trung gian đã xác minh 6 giờ đo có thể đến từ đồng hồ thông minh này, để bắt đầu tiền điện tử thanh toán trên dây chuyền.
Để đạt được hai điểm này, chúng ta có thể liệt kê các công nghệ khả thi hiện nay như sau:
Góc B: Công nghệ xác minh bao bì theo phương thức phi tập trung
Sau khi hiểu đủ về các công nghệ xác minh khả thi, chúng ta cần xem xét cách đóng gói chúng thành một giao thức theo cách phi tập trung. Đây là một số ý tưởng:
Lớp phần cứng cần được giảm thiểu (để đảm bảo khả năng truy cập và phân cấp rộng rãi) và nhiều tính năng nên được đưa vào phần mềm trung gian để giúp tránh rủi ro tập trung ở các khu vực khác của ngăn xếp. Điều này tương tự như "giao thức béo" nổi tiếng. Chúng tôi hy vọng rằng lớp phần cứng mỏng và phần mềm trung gian dày.
Phần mềm trung gian hoạt động tương tự như các chuỗi khối công khai theo những cách sau
Cho phép ẩn danh và trung lập (mã nguồn mở, do cộng đồng vận hành)
Minh bạch và không cần tin cậy, cung cấp mức độ bảo mật cao trước các cuộc tấn công tinh vi do động cơ tài chính gây ra
Khả năng thực hiện nhiều loại xác minh khác nhau cho các tình huống khác nhau, do đó cần có khả năng lập trình tích hợp (nghĩ về hợp đồng thông minh)
Khả năng giữ lại chức năng cần thiết từ lớp phần cứng hoặc ứng dụng khi cần.
Góc C: Phương pháp xác minh
Trong các tình huống khác nhau, các nút dịch vụ hoạt động khác nhau. Ví dụ: trong trường hợp lưu trữ tệp, các nút dịch vụ hoạt động liên tục (lưu trữ những gì đã hứa), do đó chúng có thể được lấy mẫu, trong khi trong trường hợp DIMO (thu thập dữ liệu ô tô), một nút dịch vụ (thiết bị được cài đặt trong car ) tải lên số đo 10 phút một lần, vì vậy tất cả số đo đều có thể được xác minh. Do đó, phần mềm trung gian có các chế độ xác minh khác nhau để phù hợp với các ứng dụng DePIN khác nhau:
Bộ xử lý dữ liệu: Đây là mẫu phổ biến nhất, về cơ bản, nút dịch vụ hoặc thiết bị sẽ gửi tất cả các phép đo đến phần mềm trung gian, phần mềm này sẽ xác minh và xử lý chúng để tạo ra bằng chứng về hợp đồng thông minh.
Trình tích hợp hoạt động: Giao thức phần mềm trung gian chủ động chọn một tập hợp con các nút dịch vụ để thử thách (lưu ý rằng nếu giao thức phần mềm trung gian đủ mạnh, nó có thể "lấy mẫu" tất cả các nút dịch vụ). Sau khi nhận được phản hồi của nút, nó sẽ chuyển sang chế độ xử lý dữ liệu. Phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên được Filecoin sử dụng thuộc loại này.
Passive Observer: Đây là cách ít phổ biến nhất, middleware chỉ lặng lẽ quan sát các nút trong dịch vụ và cố gắng tìm bằng chứng cho thấy chúng (không) làm những gì được mong đợi (tham khảo lý thuyết rừng tối).
Xây dựng W3bstream làm phần mềm trung gian để xác minh DePIN
Kết hợp tất cả các quan điểm trên, chúng tôi ủng hộ cách tiếp cận dựa trên bằng chứng xác thực và hình dung ra một giao thức xác minh ngoài chuỗi phi tập trung, chia sẻ và trung lập (như một phần của mạng IoT) phục vụ mạng DePIN. Giao thức tổng hợp các phép đo từ một số lượng lớn các mạng DePIN nhỏ hơn và cung cấp bằng chứng hợp lệ cho các hợp đồng thông minh (ví dụ: chúng tôi hiện đang sử dụng bằng chứng SNARK).
Ở cấp độ rộng hơn, W3bstream là một mạng phân chia do cộng đồng điều hành, tạo điều kiện thuận lợi cho các dự án DePIN khác nhau triển khai (và các bản cập nhật tiếp theo) "công thức" xác minh của họ cho nền tảng. Những "công thức" này có thể được viết bằng các ngôn ngữ như Rust, Golang, C++, v.v. và nhiều ngôn ngữ khác sẽ sớm được hỗ trợ. Chúng thường trông như thế này:
Bằng chứng không có kiến thức thường đi kèm với sự đánh đổi về hiệu suất, bao gồm thời gian tạo bằng chứng dài hơn và nhiều tài nguyên tính toán hơn, khiến chúng ít có khả năng mở rộng hơn đối với một số ứng dụng thực tế. Chúng tôi đã triển khai các tối ưu hóa nội bộ (bao gồm cả phân khối) trên zk-SNARK để giải quyết các vấn đề về hiệu suất này, với mục tiêu cung cấp khả năng tạo bằng chứng nhanh hơn trong khi vẫn giữ được lợi ích cốt lõi của giao thức không có kiến thức.
Cơ sở hạ tầng vật chất phi tập trung ở nhiều cấp độ để định hình lại thế giới của chúng ta. Tuy nhiên, chìa khóa để phát huy hết tiềm năng của chúng nằm ở việc giải quyết các thách thức của việc xác minh phi tập trung, đảm bảo tính tôn nghiêm và bất khả xâm phạm của các mạng này. Chúng tôi mong muốn được liên lạc với các nhà nghiên cứu và kỹ sư hàng đầu trong các lĩnh vực blockchain, mật mã, IoT, bảo mật/quyền riêng tư và kinh tế để hiện thực hóa tầm nhìn chung này.
