Xác minh Phi tập trung trong DePIN

Bởi Đồng sáng lập và CEO IoTeX Raullen Chai và Nhà nghiên cứu IoTeX Andrew Law

Mạng lưới Hạ tầng Vật lý Phi tập trung (DePINs) đại diện cho một sự chuyển đổi mang tính cách mạng trong cách chúng ta hình dung và tổ chức các hệ thống thực tế, trải dài các lĩnh vực như năng lượng, giao thông và viễn thông. Bằng cách kết hợp blockchain, tiền điện tử và hợp đồng thông minh với các thiết bị thông minh, DePINs cung cấp khả năng điều phối hạ tầng vật lý theo cách phi tập trung và ngang hàng. Như Guy Woullet của a16z đã chỉ ra, thành công của DePIN phụ thuộc vào việc giải quyết một thách thức then chốt: đảm bảo xác minh tin cậy các nút dịch vụ phân tán địa lý mà không cần cơ quan trung ương. Trong bài viết này, chúng tôi đi sâu vào chủ đề xác minh phi tập trung trong DePINs, phân tích kỹ lưỡng các giải pháp hiện có và đề xuất các hướng đi sáng tạo hứa hẹn khả năng mở rộng mà không làm giảm an ninh và tính phi tập trung.

Sự phát triển của DePIN

DePINs tận dụng sức mạnh của blockchain và hợp đồng thông minh để tạo ra các thị trường mở cho các dịch vụ dựa trên hạ tầng vật lý. Hãy xem xét một DePIN dựa trên năng lượng: các chủ nhà trang bị tấm pin mặt trời có thể sản xuất điện và chuyển năng lượng dư thừa cho hàng xóm. Được hỗ trợ bởi blockchain và thực thi qua hợp đồng thông minh, các giao dịch năng lượng này được ghi chép và thanh toán tự động. Trung tâm của quá trình này là các thiết bị IoT, như pin và phần cứng kết nối lưới vi mô khác, giúp các hộ gia đình phân phối năng lượng một cách tin cậy, trực tiếp ngang hàng, loại bỏ nhu cầu các công ty tiện ích làm trung gian. Các mạng hạ tầng vật lý phi tập trung này đang được chú ý trên nhiều lĩnh vực khác nhau trong năm 2023. Bằng cách loại bỏ các người giữ cổng tập trung, DePINs hứa hẹn nâng cao hiệu quả, giảm chi phí, tăng khả năng tiếp cận và trao quyền lớn hơn cho cá nhân.

Cấu trúc của DePIN

Các hạ tầng vật lý phi tập trung dựa trên một ngăn xếp công nghệ tinh vi kết hợp phần cứng, kết nối, middleware, hợp đồng thông minh dựa trên blockchain và ứng dụng web hoặc di động.

Xem xét một mạng DEPIN điển hình (như DIMO, Helium, WiFimap hoặc GeoDnet), thường có ba vai trò:

• Nút dịch vụ: tập hợp các máy chủ hoặc thiết bị cung cấp dịch vụ hoặc tiện ích, ví dụ WiFi/5G, thu thập dữ liệu môi trường và sản xuất năng lượng.
• Middleware: lớp chủ yếu tập trung vào việc xác minh xem các nút dịch vụ có hoạt động như mong đợi không. Nó đảm bảo sự đại diện và báo cáo chính xác các hoạt động và sự kiện thực tế từ các nút dịch vụ đến hợp đồng thông minh, có thể liên kết chặt chẽ với cách hoạt động của token DEPIN.
• Người dùng cuối: cộng đồng người dùng hàng ngày hoặc doanh nghiệp sử dụng các tiện ích do nút dịch vụ hoặc thiết bị cung cấp. Trong số này, middleware chịu trách nhiệm đo lường chất lượng dịch vụ hoặc tiện ích từ các nút bằng cách theo dõi các chỉ số nhất định, thiếu sót điều này có thể dẫn đến, như đã đề cập tại đây:

1. Tự giao dịch: Người tham gia có thể lợi dụng mạng bằng cách sử dụng dịch vụ từ hạ tầng họ sở hữu, tích lũy phí và phần thưởng. Ví dụ, một thực thể năng lượng có thể giả lập việc mua năng lượng từ nguồn dự trữ của chính mình. Với các khoản trợ cấp hoặc phần thưởng khối ban đầu đủ lớn, tự giao dịch trở nên có lợi.
2. Nhà cung cấp lười biếng: Các nhà cung cấp hạ tầng có thể cam kết dịch vụ nhưng không thực hiện hoặc cung cấp dịch vụ kém chất lượng. Thiếu hệ thống xác minh nghiêm ngặt, người dùng không có cách khắc phục.
3. Nhà cung cấp độc hại: Mặc dù hiếm hơn so với hai trường hợp trên, có khả năng các thực thể ác ý thao túng hạ tầng, thuyết phục người dùng chấp nhận dữ liệu cảm biến giả mạo phù hợp với lợi ích tài chính của nhà cung cấp. Hành vi không kiểm soát có thể làm mất ổn định các động lực kinh tế của DePIN. Niềm tin và hiệu quả mạng giảm, dẫn đến "bi kịch của người chung" khi nhà cung cấp tìm kiếm lợi ích cá nhân hoặc tập trung quyền lực. Trong cả hai trường hợp, mục tiêu của hạ tầng phi tập trung, do cộng đồng điều khiển bị suy yếu.

Middleware cho Xác minh

Bằng chứng công việc của Bitcoin là một hình thức xác minh DEPIN sớm. Nó tận dụng lượng lớn sức mạnh băm để đảm bảo an ninh, với mỗi nút trong mạng Bitcoin toàn cầu tham gia xác minh. Xác minh DEPIN ngày nay áp dụng tinh thần tương tự. Ở đây, các nút dịch vụ tạo ra tiện ích, và một tập hợp nút khác (như một giao thức middleware) bước vào để xác nhận tiện ích này, đảm bảo tính hợp lệ và xác thực của công việc đã thực hiện trong thế giới vật lý. Điều này có thể được mô tả là "bằng chứng công việc hữu ích" hoặc "bằng chứng công việc vật lý". Cả hai hệ thống đều nhấn mạnh tầm quan trọng của sự đồng thuận phi tập trung trong việc xây dựng niềm tin và an ninh.

Thiết kế và kiến trúc middleware như vậy không đơn giản. Hãy xem xét từ các góc độ khác nhau.

Góc độ A: Công nghệ khả thi cho Xác minh

Một xác minh thành công trong DePIN đạt được nếu đồng thời thỏa mãn hai điều sau:

1. Tính xác thực và toàn vẹn của các phép đo: Các phép đo từ các nút dịch vụ hoặc thiết bị thể hiện trạng thái công việc của chúng (ví dụ, họ đã cung cấp một dịch vụ nhất định, như cung cấp kết nối WiFi hoặc thu thập dữ liệu môi trường) và phải là chính xác, không bị giả mạo.
2. Độ tin cậy của tính toán ngoài chuỗi: Thông thường, các phép đo không thể trực tiếp dùng cho xác minh. Cần một lượng tính toán ngoài chuỗi đáng tin cậy để xử lý chúng, ví dụ, không gian lận. Lấy ví dụ một DePIN tập trung vào năng lượng: hợp đồng thông minh cần tin rằng đồng hồ đo thông minh đo chính xác lượng điện mặt trời được tạo ra VÀ middleware xác minh khoảng 6 giờ dữ liệu đo từ đồng hồ này để khởi tạo thanh toán trên chuỗi bằng crypto.

Để đạt được cả hai, chúng ta có thể vạch ra công nghệ hiện có khả thi như dưới đây.

Góc độ B: Đóng gói Công nghệ Xác minh theo cách Phi tập trung

Sau khi hiểu rõ công nghệ xác minh khả thi, chúng ta cần suy nghĩ cách đóng gói nó thành một giao thức phi tập trung. Dưới đây là một số suy nghĩ:

• Lớp phần cứng cần được tối giản (để đảm bảo khả năng tiếp cận rộng rãi và tính phi tập trung) và nhiều tính năng nên được đưa vào middleware để giúp tránh rủi ro tập trung trong các phần khác của ngăn xếp. Điều này tương tự với khái niệm "Fat Protocol" nổi tiếng, tức là chúng ta muốn lớp phần cứng mỏng trong khi middleware dày.

• Middleware hoạt động như một blockchain công khai về các mặt sau
• không cần phép và trung lập (mã nguồn mở, vận hành bởi cộng đồng)
• minh bạch và không cần tin cậy, cung cấp an ninh cao, có khả năng chống lại các cuộc tấn công tinh vi do động cơ tài chính.
• có thể thực thi nhiều loại xác minh cho các kịch bản khác nhau, do đó cần có khả năng lập trình (tương tự hợp đồng thông minh) tích hợp.
• Có thể đưa vào các tính năng cần thiết từ lớp phần cứng hoặc ứng dụng khi cần.

Góc độ C: Các chế độ Xác minh

Trong các kịch bản khác nhau, các nút dịch vụ hoạt động khác nhau. Ví dụ, trong lưu trữ file, các nút dịch vụ luôn hoạt động (để lưu trữ như đã cam kết) nên kiểm tra ngẫu nhiên là tự nhiên, trong khi trong DIMO (thu thập dữ liệu xe hơi), một nút dịch vụ (thiết bị gắn trên xe) gửi dữ liệu mỗi 10 phút, nên xác minh có thể áp dụng cho tất cả dữ liệu. Do đó, middleware có các chế độ xác minh khác nhau phù hợp với các ứng dụng DEPIN khác biệt:

• Xử lý dữ liệu: đây là chế độ phổ biến nhất, các nút dịch vụ hoặc thiết bị gửi tất cả dữ liệu đến middleware, middleware xác minh và xử lý để tạo bằng chứng cho hợp đồng thông minh.
• Tích hợp chủ động: giao thức middleware chủ động chọn một tập con nút dịch vụ để thách thức (nếu giao thức đủ mạnh, có thể "lấy mẫu" tất cả nút). Sau khi nhận phản hồi từ nút, nó chuyển sang chế độ xử lý dữ liệu. Phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên như trong Filecoin thuộc loại này.
• Quan sát thụ động: đây là cách ít phổ biến nhất, middleware chỉ âm thầm quan sát các nút đang phục vụ và cố gắng tìm bằng chứng rằng chúng (không) hoạt động như mong đợi (tư duy Lý thuyết Rừng tối).

Xây dựng W3bstream như Middleware cho Xác minh DePIN

Tổng hợp tất cả các góc độ trên, chúng tôi ủng hộ phương pháp dựa trên bằng chứng hợp lệ và hình dung một giao thức xác minh ngoài chuỗi phi tập trung, chia sẻ và trung lập (như một phần của Mạng IoTeX) phục vụ các mạng DEPIN. Giao thức này tổng hợp dữ liệu đo từ nhiều mạng DEPIN nhỏ hơn và cung cấp bằng chứng hợp lệ (ví dụ, hiện chúng tôi dùng bằng chứng SNARK) cho hợp đồng thông minh. Chúng tôi đã ra mắt phiên bản xem trước dành cho nhà phát triển của W3bstream vào tháng 7 và hiện đang phát triển phiên bản Mainnet Sprout theo kế hoạch trên lộ trình, cho phép cộng đồng sử dụng IOTX đã stake tham gia khởi động mạng vào cuối quý 4 năm 2023 hoặc đầu quý 1 năm 2024.

Ở quy mô rộng hơn, W3bstream là một mạng shard do cộng đồng vận hành, hỗ trợ các dự án DEPIN triển khai (và cập nhật) các "công thức" xác minh của họ trên nền tảng. Các "công thức" này có thể được viết bằng Rust, Golang, C++, và sẽ hỗ trợ thêm nhiều ngôn ngữ sắp tới. Dưới đây là ví dụ điển hình:

Bằng chứng không kiến thức thường đi kèm với các đánh đổi về hiệu suất bao gồm thời gian tạo bằng chứng dài hơn và tài nguyên tính toán tăng, làm giảm khả năng mở rộng cho một số ứng dụng thực tế. Chúng tôi đã tối ưu nội bộ (bao gồm batch) trên zk-SNARKs để giải quyết các vấn đề hiệu suất này, nhằm cung cấp tạo bằng chứng nhanh hơn trong khi giữ nguyên lợi ích cốt lõi của các giao thức không kiến thức. Dưới đây là kết quả benchmark tạo bằng chứng theo batch từ 1000 thiết bị mô phỏng sử dụng các "công thức" trên, với và không có tăng tốc GPU.

Benchmark của Proof-of-drive-range

Ghi chú: máy thường - CPU 12 luồng + RAM 64GB

Tiên phong Niềm tin trong Thế giới Phi tập trung Ngày mai

Hạ tầng vật lý phi tập trung đang trên đà tái định hình nhiều khía cạnh của thế giới chúng ta. Tuy nhiên, để khai mở tiềm năng đầy đủ, cần giải quyết các thách thức về xác minh phi tập trung, đảm bảo tính toàn vẹn và bất khả xâm phạm của các mạng này. Để giải quyết những thách thức phức tạp này, chúng tôi đang tổ chức hội nghị học thuật đầu tiên trên thế giới vào tháng 10 này, chào đón các nhà nghiên cứu và kỹ sư hàng đầu từ các lĩnh vực như web3, mật mã học, IoT, bảo mật/riêng tư và kinh tế, tất cả cùng hướng tới một tầm nhìn chung. Chúng tôi mời tất cả những ai đam mê phát triển lớp xác minh DEPIN hợp tác với chúng tôi dưới nhiều hình thức khác nhau. Liên hệ với chúng tôi qua [email protected].