ゲスト投稿:分散型フィジカルインフラネットワーク(DePIN)について

IoTeX Team

27 Sept 2023• 12 min read

Wang PuyuおよびZou Chuanwei（Hashkey Tokenisation）著、IoTeXのAndrew Lawによる翻訳

もし私たちが極めて低コストで標準化された小型デバイス（ワイヤレスルーターのような）を購入でき、これらのデバイスが近くにある同様のデバイス――異なる国や地域の人々が購入したものも含めて――と通信しネットワークを構築し、それによって巨大な物理的インフラネットワーク（ストレージ、通信、データネットワークなど）を形成できるとしたら、どうなるでしょうか？これは業界にどのような変化をもたらすでしょうか？標準化された小型デバイスがあれば、誰もがネットワークの共同構築者となり、同時にそのネットワークの収益権とガバナンスを所有することができます。そしてユーザーにとっては、これらのネットワークやデータサービスをいつでもどこでも、許可を必要とせず、極めて低コストで利用することができます。ユーザーによるネットワークやデータサービスの高頻度な利用は、ネットワーク構築者に継続的な受動的収入をもたらすこともできます。組織化・調整を行う中央集権的機関や複雑な承認プロセスなしに、人々が所有する巨大なインフラネットワークが構築されるのです。これは実現が難しいように思えますが、実際には私たちの周りで急速に起こっています。この新しい種類の経済活動には、新しい用語――分散型物理インフラネットワーク（DePIN）――があります。

I. DePINとは何か？

DePINは、PoPW（Proof of Physical Work）、MachineFiなどを基盤として派生した新しいWeb3用語です。DePIN（分散型物理インフラネットワーク）とは、トークンエコノミクスを用いてコミュニティメンバーにインセンティブを与え、調整することで、「貢献すればするほど報酬が多くなる」という原則に従って、さまざまな物理インフラネットワークをブートストラップすることを指します。

詳しくはこちら：分散型物理インフラネットワーク（DePIN）とは何か？

Messariは、DePINセクターを2つの大きなセクションに分類しています。1）ワイヤレス、地理空間、モビリティ、エネルギーネットワークからなる物理リソースネットワーク、2）ストレージ、コンピュート、帯域幅ネットワークを含むデジタルリソースネットワークです。

II. なぜDePINなのか？

デジタルインフラの構築において、DePINは分散型組織における暗号通貨の利点を最大限に活用し、ボトムアップかつ低コストで効率的な組織的アプローチを用いることで、急速なネットワーク拡大を実現し、トップダウンアプローチに付随する高コストと低効率という従来の課題を克服しています。

従来の中央集権型物理インフラネットワーク（CePIN）

インフラネットワークの構築には通常、高いコストと長年の年月がかかります。例えば、2017年から2021年末までに、中国は累計142.5万基の5G基地局を建設・開通させ、1849億人民元のコストがかかりました。

分散型物理インフラネットワーク（DePIN）

わずか31か月で、Heliumは分散型の方法で83万3000基の小型基地局（ホットスポット）を展開し、175か国をカバーし、月間3万ホットスポットという成長率を維持しています。CePINと比較すると、DePINの初期構築コストは無視できるほど小さいものです。

Heliumのビジネスモデルが成功しているかどうかを判断することなく、過去3年間、運用コストがほぼ無視できるレベルでありながら、月間3万ホットスポットという持続的な成長率を維持してきたことは、DePINパラダイムの実現可能性を証明しています。

III. DePINをどのように展開するか？

私たちは、DePINエコシステムの構成要素と経済モデルという2つの側面から、DePINをどのように展開するかをさらに探っていきます。

DePIN経済の必須構成要素

DePINエコシステムの6つの必須構成要素には、物理ハードウェア、インセンティブメカニズム、コンセンサスプロトコル、貢献者、トークン、そしてDAOコミュニティが含まれます。

A. 物理ハードウェア

物理ハードウェアはDePINユニット(DU)として定義することができ、これは通常、DePINネットワークにおいて物理世界とデジタル世界をつなぐIoTデバイスです。市場で急成長しているプロジェクトを例に挙げると、分散型ストリートビューマッピングであるHivemapperのDUは標準化されたダッシュカムであり、LoraWANネットワークであるHeliumのDUはネットワークマイナー(ホットスポット)であり、再生可能エネルギーネットワークであるArkreenのDUは太陽光発電パネルです。分散型組織のもとでDePINを構築する際に、異なる地域、背景、合意を持つ貢献者による摩擦のない参加を確保するため、DUはできる限り以下の条件を満たす必要があります:

DUは標準化され、プラグアンドプレイであること
貢献者はDUの頻繁なメンテナンスを必要としないこと
DUのコストはネットワーク規模に反比例するべきであり、DUコストはできるだけ削減されるべきである。現在、さまざまなプロジェクトのDU価格は200〜500ドルの間で管理されています。

B. インセンティブメカニズム

インセンティブメカニズムはDePINプロジェクトの急速な成長の鍵となります。プロジェクトは、拡張可能なインフラネットワークの発展を実現するために、インセンティブメカニズムを貢献者の行動目標に合わせる必要があります。さらに、プロジェクトはまず、インフラの種類に基づいて拡張可能な発展のための適切な報酬基準を策定する必要があります。例えば、ネットワークのカバー範囲を拡大するために、Heliumはネットワークカバー密度が低い地域での報酬を密度が高い地域よりも高く設定しています。不正行為を防止するため、カバー密度が過度に低い地域では報酬が得られないようにもなっています。その結果、より高いリターンを得るために、合理的なマイナーは通常、適度な密度の地域にHeliumマイナーを配置することを選択します。同様に、Arkreenは発電能力に基づいて貢献者にインセンティブを与えるため、合理的な貢献者は理想的な日照場所にマイナーを設置します。一般的に、インセンティブメカニズムの設計は以下の原則に従う必要があります:

プロジェクトは明確な全体目標とサブ目標を持つべきである。全体目標は1つしかないが、サブ目標は複数存在し得る。ただし、サブ目標が1つ増えるごとに、プロジェクトの理解の難易度は指数関数的に増加する。
異なる貢献者は明確な行動報酬基準(X to Earn)を持つべきである。貢献者のタイプは多すぎるべきではなく、X to Earnが1つ増えるごとにシステムの複雑さが増す。
配布数量は、トークンの過剰発行による価格下落を避けるため、総市場流通量に基づいたルールで設計されるべきである。

C. コンセンサスメカニズム

CePINは中央集権的な機関の絶対的な管理のもとで展開・発展します。しかし、DePINは分散的で、信頼を必要とせず、匿名であり、組織・調整を行う中央集権的な機関が存在しないため、すべての参加者が合意に達し、ネットワークの安全性と持続可能性を確保するためにコンセンサスメカニズムが必要とされます。ここで言及するネットワークの安全性と持続可能性には二層あります。第一層は、異なるデバイスの相互接続によって形成されるインフラネットワークの安全性と持続可能性、すなわちデバイスがインフラネットワークを形成し、その安全かつ正常な運用を確保できるかどうかです。これはDePINプロジェクトを開始する前にプロジェクト側が十分に評価する必要がある技術的な問題に属します。第二層は、ブロックチェーンの経済活動レイヤーにおけるネットワークの安全性と持続可能性を指し、物理世界のDUの真正性とオンチェーンDUデータの信頼性の検証を含みます。図3に示すように、ブロックチェーン上の経済活動データは、オンチェーン化された後は改ざん不可能性のみを保証できますが、オンチェーンデータの真正性を保証することはできません。例えば、デバイス側のデータがオンチェーン化される前に改ざん・偽造された場合、そのデータはオンチェーン化された後、再度改ざんされないことのみを保証でき、データが真正であることは保証できません。したがって、デバイスデータをチェーン化する前にデータの真正性を検証する検証者の役割が必要です。すべての貢献者によって認められたデータのみがオンチェーン化され、エコシステムの持続可能性を確保することができます。

ここでのコンセンサスメカニズムの議論は、あくまで第二層、すなわちブロックチェーン経済活動層におけるネットワークの安全性と持続可能性に関するものであり、以下の2つの側面から構成されます。第一に、オンチェーン記帳の公平性と正確性であり、これは分散型協業の基盤かつ生命線です。第二に、ネットワーク上の各種ノードやデータの真正性であり、これにより悪意ある者がノードの位置を偽ったり、虚偽のデータを送信してエコシステムの報酬を騙し取ったりすることを防ぎます。前者は、プロジェクト側が独自のブロックチェーンを構築する際に検討すべき問題であり、例えばPoWやPoSといったコンセンサスが挙げられます。後者は、すべてのDePINプロジェクト側が、技術的・アルゴリズム的観点からコンセンサスメカニズムを設計する際に考慮すべき事項です。例えば、Arkreenプロジェクトは「Proof of Green Energy Generation(PoGG)」というコンセンサスメカニズムを採用しており、その大まかなプロセスは次の通りです。まず、すべてのDUは5分ごとにPoGGデータをサンプリングしローカルにキャッシュし、1時間ごとに12件の記録をArkreen Networkに報告します。次に、前回の報酬サイクル終了後、Arkreen NetworkはVRF(検証可能ランダム関数)方式を用いてランダム値を生成し、現サイクルのDU属性と組み合わせて、当サイクルで報酬を得る機会のあるマイナーを選別します。続いて、Arkreen NetworkはPoGGデータの信頼性を検証し、データを偽造したと判断されたDUを除外します。最後に、当サイクルの報酬は、条件を満たしたDUの重みに応じて分配されます。このPoGG方式により、Arkreenはネットワークデータの真正性と信頼性を確保しています。総じて、DePINのコンセンサスメカニズム設計は以下の原則に従う必要があります。

DePINのコンセンサスメカニズム設計は「Proof of Physical Work」の原則に従う
Proofはコンセンサスの方法であり、Physical Workはコンセンサスの対象である。例えば、HeliumのPhysical WorkはCoverage(カバレッジ)であり、FilecoinのPhysical WorkはReplication and Spacetime(複製と時空間)である
システムの自己組織化を実現し、システムの持続可能性を維持するためには、DePINプロジェクトに必要なPhysical Workを繰り返し証明する必要がある
Proofの設計には最適解は存在せず、技術・アルゴリズムのレベルから設計する必要があり、Physical Workを検証する方法は長期的な反復と検証が必要である
すべてのコンセンサスルールはDUチップに組み込まれており、コンセンサスプロセスはDU所有者の操作を必要とせず自動的に完了する。ただし、そのコンセンサスプロセスの真正性と信頼性は誰でも検証可能である。

D. 貢献者

貢献者は通常、以下の6つのカテゴリーに分類されます。

DePINプロジェクト発起人:DePINは通常、1つの機関または複数の人物がプロジェクトの発起人となります。彼らは初期のDU技術開発、システム開発、オンチェーン契約のデプロイ、DePINコミュニティの発展などを担当します。トークン配分において、DePINプロジェクト発起人は一定割合のトークンを報酬として留保します。
DU所有者:DUはコミュニティ内の指定チャネルを通じて購入される標準化された小型デバイスです。DU所有者はマイナーとも呼ばれます。共通の目標に従い、DU所有者は現時点でより高いリターンが見込める場所にデバイスを設置してネットワーク構築に参加することができ、このプロセスはDEPINマイニングと呼ばれます。
DU真正性検証者:信頼を必要としない環境において、異なるマイナーが保有するデバイスがシステムルールに従って正常に稼働していることを保証することは非常に重要です。これは物理インフラネットワークの安定性に極めて重要な影響を及ぼします。デバイスデータを単にチェーン化するだけでは、オンチェーン化後のデータの不変性は保証できても、オンチェーンデータの真正性を保証することはできません。したがって、特別なルールに従ってデバイスデータの真正性検証に参加する検証者の役割が必要となります。すべての貢献者に認められたデータのみがオンチェーン化され、エコシステムの持続的な発展を保証します。
コミュニティガバナー:分散型協業のもとでのガバナンスにおいては、公平性、公開性、透明性が非常に重要です。ガバナンスにおける不正行為を防ぐため、ガバナーは通常、一定数のトークンを担保として預ける必要があります。ガバナンス権はステーキングされたトークンの数量とステーキング期間に関連しており、ガバナーの利益とエコシステムとの強固な結びつきを実現しています。
プロジェクト投資家:従来のビジネスと同様に、トークン発行前の初期段階において、プロジェクトは発起人が技術やビジネスに投じる支出について外部投資機関の支援に依然として依存しています。投資機関は通常、プロジェクト発起人の株式またはプロジェクトトークンの配分によって報われます。株式の場合、投資機関はプロジェクト発起人のIPO後にエグジットするか、プロジェクト側が将来の収益や株式のトークン化を利用してSTO発行によりエグジットします。プロジェクトトークンの配分については、トークンは通常2〜4年かけて線形にアンロックされます。
その他:プロジェクト側は通常、エコシステムのアドバイザーへの報酬や、システムの技術的脆弱性を発見した機関や個人への報酬として、トークンの3〜5%を留保します。貢献者の種類はプロジェクトの種類によって異なる場合があります。

E. トークン

コンセンサスがオンチェーンプロジェクトの基盤であるならば、トークンは経済システムの生命線です。Web3プロジェクトのアイデア、技術開発から、その後の運営、エコシステムの発展、コミュニティなどに至るまで、あらゆる価値はトークンに反映されます。Xiao Feng博士の「トークン三世代」モデルを用いてDePINプロジェクトを理解すると――NFTはDUのデジタル証明であり、ユーティリティトークンはDePINの使用権を表し、セキュリティトークンは実在エンティティ(創業機関、DUメーカーその他)のエクイティを表します。DePINプロジェクトでは通常、エコシステムの価値を捕捉するために1つまたは2つのユーティリティトークンが使用され、以下の特徴があります:

トークンは通常、報酬やエアドロップを通じて貢献者に無償で発行されます。
トークンの発行率は、経済活動全体の成長率と一致する必要があります。
トークンはエコシステム内で支払いツールまたはガバナンス資格として使用されます。
トークンは取引手数料や創業チームによる買い戻しなどを通じて還流します。還流したトークンの一部はルールに従ってバーンされ、それにより総供給量が継続的に減少し、経済システムがデフレ状態にあることを実現します。
トークンが捕捉する価値は現実世界資産(RWA)に由来します。価格は高頻度なセカンダリーマーケット取引により変動します。参加者が経済活動そのものに集中できるようにするため、トークンの資産機能と通貨機能は通常分離され、価格変動が市場のアプリケーション側に与える影響を隔離します。典型的な手法は、支払い用にドルステーブルコインをアンカーすることであり、そのようなステーブルコインは資産機能のユーティリティトークンをバーンすることによってのみ取得できます。

F. DAOコミュニティ

分散型自己組織化のDAOモデルにおいて、誰でもDePINプロジェクトの発展のための各種提案を発起したり、いつでも様々な事項の意思決定投票に参加したりすることができます。ガバナンス攻撃を防ぐため、提案や投票に参加するガバナー(統治者)は通常、DePINプロジェクトと強く結びつけられます。すなわち、損失につながる否定的なガバナンスは、ガバナーが負担する必要があります。典型的な手法は、ステークされたユーティリティトークンの量と期間に基づいてガバナーの権利を決定することです。DePIN DAOコミュニティは通常、以下の事項を統治する必要があります:

適格なDUサプライヤーのリストに関する投票
DePIN技術実装の提案と投票
DePIN経済モデルに影響を与えるパラメータに関する提案と投票
経済モデルの反復に関する提案と投票

経済モデル

インターネットプラットフォーム経済においては、人々はビジネスモデルについて議論することに慣れていますが、経済モデルについて議論することはめったにありません。ビジネスモデルと経済モデルという概念を混同する人さえいます。しかし、Web3経済システムにおいては、この2つの概念の本質的な違いを見出すことができます。なぜなら、各Web3プロジェクトは独自の通貨システムを持っているからです。Web3プロジェクトにおいて、ビジネスモデルはプロジェクトがどのように価値を創造し、提供し、捕捉するかを説明するものであり、経済モデルはトークン自体の需給モデルと金融政策モデルを説明するものです。Web3の経済モデルとビジネスモデルは独立したものではありません。なぜなら、経済モデルはビジネスモデルによって担われる必要があり、ビジネスモデルは経済モデルをどのように調整するかを決定するからです。OntologyのチーフエコノミストであるZou Chuanwei博士は、経済モデルの設計を以下のステップに分けています:

経済ストーリーを考える
経済モデルの「骨組み」を精緻化する
トークン化の対象とユースケース(支払いツールを含む)を決定する
公共財の資金調達メカニズムを決定する
分散型で信頼不要な環境における各参加者へのインセンティブを策定する
価値捕捉の有効性を決定する
トークンのセカンダリーマーケットを選択し、その影響を評価する
経済モデルの詳細を精緻化し、ユーザーニーズとリスクコントロールに基づいて継続的に反復するDePIN経済モデルを設計する際、以下の9つの質問はプロジェクトや専門家が経済モデルの設計方法を考える助けとなります:
プロジェクトのロードマップは何か?
ネットワーク上での流通がサポートされる商品は何か?
関連する商品の提供者と需要者は誰か?彼らの利益最大化の目標は何か?
商品の流通においてトークンはどのような役割を果たすか?
トークンはどのように発行されるか?Proof of Physical Workの原則をどのように反映するか?
トークンの用途は何か?そしてどのように還流するか?
初期貢献者にどのようにインセンティブを与えるか?
DAOを通じてどのような目的が達成されることが期待されるか?
ネットワークにはどのような不安定要因が存在するか?

IV. まとめ

DePINは、実世界資産(RWA)という形でトークンを通じて物理インフラの価値を捕捉します。ボトムアップの自己組織化された方法で、経済的メカニズムを通じてユーザーを引きつけ、分散型経済の規模の経済性を最大限に発揮します。それに対して、DePINはまだ非常に初期段階にあり、そのビジネスモデルと経済モデルは急速に進化することが予想されます。DePINは私たちに多くの可能性を示していますが、万能ではありません。HeliumやFilecoinのような初期プロジェクトを研究することで、既存のビジネスモデルや技術的障壁において克服すべき課題がまだ残っており、すべてのシナリオに適用できるわけではないことがわかります。まとめると:

DePINは単一のインフラシナリオに適しており、複数シナリオでの反復、すなわち「二兎を追う」ことを避けるべきです。DePINは物理デバイス間のやり取りを伴うため、プロジェクトの目標と参加ルールはできる限り簡素化し、理解のハードルを下げ、複雑なルールによる理解のズレを避け、貢献者の行動がプロジェクト全体の目標に反する事態を防ぐ必要があります。
物理インフラネットワークの構築において人的管理・運用が関わる部分がある場合、DePINモデルは適用できません。サプライチェーンにおける4つの流れ(商流、物流、資金流、情報流)の観点から見ると、DU(デバイスユニット)の売買における物流部分のみがオンチェーンで完結でき、分散型物理インフラネットワーク構築における摩擦を軽減できます。オフチェーンの活動が増えるほど、DePIN経済活動における摩擦の一部を集中管理の形で解決する必要が生じ、分散型ビジネスの規模の経済を弱める可能性があります。
プロジェクト開発の初期段階では、分散型経済の規模の経済性を示すことは困難です。ネットワークがある一定の閾値(「クリティカルマス」と呼ばれる)を超えたときのみ、規模拡大と価値創造における分散型組織の優位性を示すことができます。図4に示すように、クリティカルマス(2本の線の2番目の交点)に達して初めて、規模拡大と価値創造における分散型組織の優位性が実現されます。したがって、クリティカルマスに達する前は、DePINプロジェクトはコアチームがDePINノードを展開し、弱い中央集権的な形でネットワークを推進することに依然として依存しています。クリティカルマスに達した後、コアチームは通常コミュニティへと移行し、ネットワークガバナンスも同時にコミュニティガバナンスへと引き渡され、分散型の形で成長し、ネットワーク効果を高めていきます。

また、現在のDePINの発展はまだネットワーク構築段階に限定されており、需要側での汎用的な活用はまだ実現されていません。今後、DePINエコシステムのビジネスと経済のループが真につながるまでに、DePINプロジェクトが需要側を推進する過程でどのような問題やボトルネックに直面するかは、引き続き注視する必要があります。

出典:Foresight News

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