Verifikasi Terdesentralisasi dalam DePIN

Oleh IoTeX Co-Founder dan CEO Raullen Chai serta Peneliti IoTeX Andrew Law

Decentralized Physical Infrastructure Networks (DePINs) mewakili perubahan transformatif dalam cara kita memandang dan mengorganisasi sistem dunia nyata, mencakup bidang seperti energi, transportasi, dan telekomunikasi. Dengan menggabungkan blockchain, cryptocurrency, dan smart contract dengan perangkat pintar, DePIN menawarkan kemampuan untuk mengoordinasikan infrastruktur fisik secara terdesentralisasi dan peer-to-peer. Seperti yang telah ditekankan oleh Guy Woullet dari a16z, kesuksesan DePIN bergantung pada penyelesaian tantangan penting: memastikan verifikasi terpercaya dari node layanan yang tersebar secara geografis tanpa memerlukan otoritas pusat. Dalam artikel ini, kami membahas topik verifikasi terdesentralisasi dalam DePIN, menganalisis solusi yang ada secara kritis, dan menyarankan jalur inovatif yang menjanjikan skalabilitas tanpa mengorbankan keamanan dan desentralisasi.

Kebangkitan DePIN

DePIN memanfaatkan kekuatan blockchain dan smart contract untuk membentuk pasar terbuka bagi layanan yang berakar pada infrastruktur fisik. Misalnya, DePIN berbasis energi: pemilik rumah yang dilengkapi panel surya dapat memproduksi listrik dan menyalurkan energi surplus ke tetangga mereka. Dengan difasilitasi oleh blockchain dan dieksekusi melalui smart contract, transaksi energi ini secara otomatis didokumentasikan dan diselesaikan. Perangkat IoT seperti baterai dan perangkat lain yang terhubung ke mikrogrid memungkinkan rumah untuk mendistribusikan energi secara langsung dan dapat dipercaya secara peer-to-peer, menghilangkan kebutuhan perusahaan utilitas sebagai perantara. Jaringan infrastruktur fisik terdesentralisasi ini semakin populer di berbagai sektor pada tahun 2023. Dengan mengesampingkan pengelola terpusat, DePIN siap meningkatkan efisiensi, mengurangi biaya, memperluas aksesibilitas, dan memberikan kendali lebih besar kepada individu.

Anatomi DePIN

Infrastruktur fisik terdesentralisasi bergantung pada tumpukan teknologi canggih yang menggabungkan perangkat keras, konektivitas, middleware, smart contract berbasis blockchain, dan aplikasi web atau mobile.

Melihat lebih dekat jaringan DEPIN tipikal (seperti DIMO, Helium, WiFimap, atau GeoDnet), biasanya ada tiga peran:

• Service nodes: kumpulan server atau perangkat yang menyediakan layanan atau utilitas, misalnya WiFi/5G, pengumpulan data lingkungan, dan produksi energi.
• Middleware: lapisan yang terutama fokus pada verifikasi apakah service nodes bekerja sesuai harapan. Ini memastikan representasi dan pelaporan yang akurat dari aktivitas dunia nyata dan kejadian dari service nodes ke smart contract, yang dapat terkait erat dengan cara kerja token DEPIN.
• End users: komunitas orang sehari-hari atau bisnis yang menggunakan utilitas yang disediakan oleh service nodes atau perangkat. Di antara ini, middleware bertanggung jawab untuk mengukur kualitas layanan atau utilitas dari node dengan melacak metrik tertentu, kekurangan metrik ini dapat menyebabkan, seperti yang disebutkan di sini:

1. Self-dealing: Peserta mungkin mengeksploitasi jaringan dengan menggunakan layanan dari infrastruktur yang mereka miliki, mengumpulkan biaya dan hadiah. Misalnya, entitas energi dapat mensimulasikan pembelian energi dari cadangannya sendiri. Dengan subsidi atau hadiah blok awal yang cukup, self-dealing menjadi menguntungkan.
2. Lazy Providers: Penyedia infrastruktur mungkin berjanji memberikan layanan tetapi tidak memenuhi komitmen atau memberikan layanan yang buruk. Tanpa sistem verifikasi yang ketat, pengguna tidak punya jalan keluar.
3. Malicious Providers: Meskipun lebih jarang dibanding dua sebelumnya, ada kemungkinan entitas jahat memanipulasi infrastruktur, meyakinkan pengguna menerima data sensor palsu yang menguntungkan kepentingan finansial penyedia. Perilaku tak terkontrol dapat merusak insentif ekonomi DePIN. Kepercayaan dan efisiensi jaringan menurun, menyebabkan "tragedy of the commons" dengan penyedia mencari keuntungan sendiri atau sentralisasi kekuasaan. Dalam kedua kasus, tujuan infrastruktur terdesentralisasi yang didorong oleh peer menjadi terganggu.

Middleware untuk Verifikasi

Proof-of-work Bitcoin adalah bentuk awal verifikasi DEPIN. Ini memanfaatkan kekuatan hash besar untuk memastikan keamanan, dengan setiap node dalam jaringan Bitcoin global berperan dalam verifikasi. Verifikasi DEPIN saat ini menggunakan prinsip serupa. Di sini, service nodes menghasilkan utilitas, dan set node lain yang berbeda (sebagai protokol middleware) masuk untuk mendukung utilitas ini, memastikan validitas dan keaslian pekerjaan yang telah dilakukan di dunia fisik. Ini dapat dikarakterisasi sebagai "proof-of-useful-work" atau "proof-of-physical-work". Kedua sistem menekankan pentingnya konsensus terdesentralisasi dalam membangun kepercayaan dan keamanan.

Mendesain dan mengarsiteki middleware seperti ini tidaklah mudah. Mari kita lihat dari berbagai perspektif.

Perspektif A: Teknologi yang Layak untuk Verifikasi

Verifikasi yang berhasil dalam DePIN dicapai jika kedua hal berikut terpenuhi secara bersamaan:

1. Keaslian dan Integritas Pengukuran: Pengukuran dari service nodes atau perangkat mewakili status kerja mereka (misalnya, mereka telah memberikan layanan tertentu, seperti menyediakan konektivitas WiFi atau mengumpulkan data lingkungan) dan harus autentik serta tidak dimanipulasi.
2. Kepercayaan pada Komputasi Off-chain: Biasanya, pengukuran tidak dapat langsung digunakan untuk tujuan verifikasi. Diperlukan sejumlah komputasi off-chain yang dapat dipercaya, misalnya tanpa kecurangan. Contohnya pada DePIN berbasis energi: smart contract harus mempercayai bahwa smart meter mengukur produksi energi surya dengan benar DAN middleware memverifikasi mungkin 6 jam pengukuran dari smart meter ini, untuk memulai pembayaran on-chain dalam crypto.

Untuk mencapai keduanya, kita dapat memetakan teknologi saat ini yang layak, seperti di bawah ini.

Perspektif B: Mengemas Teknologi Verifikasi Secara Terdesentralisasi

Setelah memahami teknologi verifikasi yang layak, kita perlu memikirkan bagaimana mengemasnya ke dalam protokol terdesentralisasi. Berikut beberapa pemikiran:

• Lapisan perangkat keras harus diminimalkan (untuk memastikan aksesibilitas luas dan desentralisasi) dan banyak fitur harus diabadikan dalam middleware untuk membantu menghindari risiko sentralisasi di area lain dari tumpukan teknologi. Ini mirip dengan konsep "Fat Protocol" di mana kita ingin lapisan perangkat keras tipis sementara middleware tebal.

• Middleware berjalan seperti blockchain publik dalam hal berikut:
• bersifat permission-less dan netral (open-source, dioperasikan komunitas)
• transparan dan trustless, menawarkan keamanan tinggi, mampu menahan serangan canggih yang didorong motif finansial.
• mampu menjalankan berbagai jenis verifikasi untuk skenario berbeda, sehingga membutuhkan kemampuan pemrograman (seperti smart contract) yang terintegrasi.
• Mampu mengabadikan fitur yang diperlukan dari lapisan perangkat keras atau aplikasi saat dibutuhkan.

Perspektif C: Mode Verifikasi

Dalam skenario berbeda, service nodes bekerja secara berbeda. Misalnya, dalam konteks penyimpanan file, service nodes selalu aktif (menyimpan apa yang dijanjikan) sehingga pemeriksaan acak adalah hal yang alami, sementara dalam konteks DIMO (pengumpulan data mobil), service node (perangkat yang dipasang di mobil) mengunggah pengukuran setiap 10 menit, sehingga verifikasi dapat diterapkan pada semua pengukuran. Oleh karena itu, middleware memiliki mode verifikasi berbeda yang menyesuaikan dengan aplikasi DEPIN yang berbeda:

• Data processor: ini adalah mode paling umum di mana service nodes atau perangkat mengirim semua pengukuran ke middleware, yang memverifikasi dan memprosesnya untuk menghasilkan bukti bagi smart contract.
• Proactive Integrator: protokol middleware secara aktif memilih subset service nodes untuk ditantang (catatan: jika protokol middleware cukup kuat, dapat "mengambil sampel" semua service nodes). Setelah mendapatkan respons dari node, masuk ke mode data processor. Pendekatan sampling acak seperti yang digunakan di Filecoin termasuk kategori ini.
• Passive watcher: ini adalah cara paling jarang di mana middleware hanya diam-diam mengamati node dalam layanan dan mencoba menemukan bukti bahwa mereka (tidak) melakukan seperti yang diharapkan (Pikirkan teori Dark forest).

Membangun W3bstream sebagai Middleware untuk Verifikasi DePIN

Menggabungkan semua perspektif di atas, kami mendukung pendekatan berbasis bukti validitas dan membayangkan protokol verifikasi off-chain yang terdesentralisasi, bersama, dan netral (sebagai bagian dari IoTeX Network) untuk melayani jaringan DEPIN. Protokol ini mengasimilasi pengukuran dari banyak jaringan DEPIN kecil dan menyediakan bukti validitas (misalnya, kami menggunakan bukti SNARK untuk saat ini) ke smart contract. Kami meluncurkan versi pratinjau pengembang W3bstream pada Juli dan sekarang kami sedang berupaya penuh untuk menghadirkan versi Mainnet Sprout sesuai roadmap kami, yang memungkinkan komunitas menggunakan IOTX yang dipertaruhkan untuk berpartisipasi dalam cold start jaringan pada akhir 2023Q4 atau awal 2024Q1.

Dalam skala yang lebih luas, W3bstream adalah jaringan shard yang dioperasikan komunitas yang memfasilitasi berbagai proyek DEPIN dalam menerapkan (dan selanjutnya memperbarui) "formula" verifikasi mereka ke platform. "Formula" ini dapat dibuat dalam Rust, Golang, C++, dengan dukungan bahasa lain segera hadir. Berikut adalah contoh tipikalnya:

Bukti pengetahuan nol seringkali memiliki trade-off performa termasuk waktu pembuatan bukti yang lebih lama dan sumber daya komputasi yang meningkat, membuatnya kurang skalabel untuk beberapa aplikasi dunia nyata. Kami telah melakukan optimasi internal (termasuk batch) di atas zk-SNARKs untuk mengatasi masalah performa ini, dengan tujuan menyediakan pembuatan bukti yang lebih cepat sambil mempertahankan manfaat inti dari protokol pengetahuan nol. Berikut adalah hasil benchmark untuk menjalankan pembuatan bukti batch dari 1000 perangkat simulasi menggunakan "formula" di atas, dengan dan tanpa akselerasi GPU.

Benchmark Proof-of-drive-range

Catatan: mesin biasa - CPU 12 thread + RAM 64GB

Memelopori Kepercayaan di Dunia Terdesentralisasi Masa Depan

Infrastruktur fisik terdesentralisasi berada di ambang mengubah berbagai dimensi dunia kita. Namun, membuka potensi penuhnya bergantung pada penyelesaian tantangan verifikasi terdesentralisasi, memastikan kesucian dan ketahanan jaringan ini. Untuk mengatasi tantangan rumit ini, kami menyelenggarakan konferensi akademik pertama di dunia pada Oktober ini, mengundang peneliti dan insinyur terkemuka dari bidang seperti web3, kriptografi, IoT, keamanan/privasi, dan ekonomi, semua dengan visi bersama. Kami mengundang semua yang bersemangat memajukan lapisan verifikasi DEPIN untuk berkolaborasi dengan kami dalam berbagai kapasitas. Hubungi kami di [email protected].