DePINでの分散型検証

IoTeX

Nov 26, 2023 • 7 min read

この記事では、DePIN 内の分散型検証の話題について深掘りし、既存の解決策を厳密に分析し、セキュリティと分散性を損なうことなく拡張性を約束する革新的な手段を提案します。

IoTeXの共同創設者兼CEOのRaullen ChaiとIoTeXの研究者Andrew Lawによって

分散型物理インフラストラクチャネットワーク (DePIN) は、エネルギー、交通、電気通信などの分野にわたる現実世界のシステムを構想し、組織する方法における変革的な変化を表しています。 DePIN は、ブロックチェーン、暗号通貨、スマートコントラクトをスマートデバイスと組み合わせることで、分散型のP2P方式で物理インフラストラクチャを調整する機能を提供します。 a16z の Guy Woullet 氏が指摘したように、DePIN の成功は、中央機関を必要とせずに地理的に分散したサービスノードの信頼できる検証を確保するという極めて重要な課題に対処するかどうかにかかっています。この記事では、DePIN 内の分散型検証のトピックを掘り下げ、既存の解決策を厳密に分析し、セキュリティと分散性を損なうことなく拡張性を約束する革新的な手段を提案します。

DePINの台頭

DePIN は、ブロックチェーンとスマートコントラクトの力を活用して、物理インフラストラクチャに根ざしたサービスのオープンマーケットプレイスを構築します。エネルギーベースの DePIN を考えてみましょう。太陽光パネルを備えた住宅所有者は、潜在的に電力を生産し、余剰エネルギーを隣人に供給することが可能です。ブロックチェーンによって促進され、スマートコントラクトによって実行されるこれらのエネルギー取引は、自律的に文書化され、決済されます。このプロセスの中心となるのは、バッテリーやその他のマイクログリッドに接続されたハードウェアなどの IoT デバイスです。これにより、家庭が信頼できる直接的なピアツーピア方式でエネルギーを分配できるようになり、仲介業者としての電力会社の必要性がなくなりました。 2023 年には、分散型の物理インフラストラクチャネットワークがさまざまな分野で注目を集めています。DePIN は、集中型のゲートキーパーを脇に置くことで、効率を向上させ、コストを削減し、アクセシビリティを強化し、個人により大きな主体性を与える態勢を整えています。

DePIN の構造

分散型物理インフラストラクチャは、ハードウェア、接続、ミドルウェア、ブロックチェーンベースのスマートコントラクト、Web アプリまたはモバイルアプリを融合する洗練された技術スタックに依存しています。

表 1 「ブロックチェーンベースの分散型物理インフラストラクチャネットワーク (DePIN) の分類」

典型的な DEPIN ネットワーク (DIMO、Helium、WiFimap、GeoDnet などを考えてください) にズームインすると、通常、次の 3 つの役割があります。

サービスノード: WiFi/5G、環境データ収集、エネルギー生産などのサービスまたはユーティリティを提供するサーバーまたはデバイスの集合。
ミドルウェア: サービスノードが期待どおりに動作しているかどうかの検証に主に焦点を当てたレイヤーで、サービスノードからスマートコントラクトまでの実世界のアクティビティとイベントの正確な表現とレポートを保証します。
エンドユーザー: サービスノードやデバイスによって提供されるユーティリティを実際に使用する日常の人々や企業のコミュニティ。その中で、ミドルウェアは、特定のメトリクスを追跡することによって、ノードからのサービスやユーティリティの品質を測定する責任を負います。ここで述べたように、次のようになります。

自己取引: 参加者は、自分が所有するインフラストラクチャからサービスを利用して、料金や報酬を得ることでネットワークを悪用する可能性があります。例として、エネルギー事業体は、自身の埋蔵量からエネルギーを購入することをシミュレートできます。十分な補助金または最初のブロック報酬が与えられると、自己取引の順番が決まります。儲かる。
怠惰なプロバイダー: インフラストラクチャ提供者はサービスを約束しても、その約束を破るか、標準以下のサービスを提供する可能性があり、厳格な検証システムが存在しない場合、ユーザーは頼ることができなくなります。
悪意のあるプロバイダー: 最初の 2 つに比べて稀ではありますが、悪意のある実体がインフラストラクチャを操作し、プロバイダーの経済的利益に合わせた偽のセンサーデータを受け入れるようにユーザーを説得する可能性があります。チェックされていない行為は、DePIN の経済的インセンティブを不安定にする可能性があります。信頼とネットワーク効率が低下します。これは、自己利益を求めるプロバイダーによる「コモンズの悲劇」か、権力の集中化のどちらかにつながり、どちらの場合も、分散型のピア主導のインフラストラクチャの目的が損なわれます。

検証用ミドルウェア

ビットコインのプルーフ・オブ・ワークは DEPIN 検証の初期の形式です。ビットコインのグローバルネットワーク内のすべてのノードが検証に関与し、膨大な量のハッシュパワーを利用してセキュリティを確保します。現在、DEPIN 検証も同様の精神を採用しています。ノードはユーティリティを生成し、別の異なるノードのセット (ミドルウェアプロトコルとして) がこのユーティリティを承認するために介入し、物理世界で行われた作業の有効性と信頼性を保証します。これは「有用性の証明」として特徴付けられます。どちらのシステムも、信頼とセキュリティを促進する上での分散型合意の重要性を強調しています。

このようなミドルウェアの設計と構築は簡単ではないので、さまざまな観点から見てみましょう。

視点A: 実現可能な検証技術

以下の両方が同時に達成された場合、DePIN での検証が成功します。

測定値の信頼性と完全性: サービスノードまたはデバイスからの測定値は、その作業ステータス (たとえば、WiFi 接続の提供や環境データの収集など、特定のサービスを提供したこと) を表しており、本物で改ざんされていない必要があります。
オフチェーン計算の信頼性: 通常、測定値を検証目的に直接使用することはできません。測定値を処理するには、一定量のオフチェーン計算が必要です。信頼できるもの (不正行為がないことなど) が必要です。エネルギーの例を考えてみましょう。 -DePIN に焦点を当てます: 暗号通貨でオンチェーン支払いを開始するために、スマートコントラクトにとって、スマートメーターが太陽光発電を正しく測定していることを信頼することが重要です。また、ミドルウェアがこのスマートメーターからの 6 時間の測定値を検証することも重要です。

両方を達成するために、現在実現可能なテクノロジーを以下のように計画できます。

視点 B: 分散型の方法で検証テクノロジーをパックする

実現可能な検証テクノロジーを十分に理解した後、それを分散型プロトコルにどのように組み込むかを考える必要があります。

ハードウェア層は最小化する必要があり (広範なアクセシビリティと分散化を確保するため)、スタックの他の領域での集中化のリスクを回避するために、多くの機能をミドルウェアに組み込む必要があります。これは、有名な「ファットプロトコル」に似ています。ハードウェア層は薄く、ミドルウェアは厚くする必要があります。

USV の Fat Protocol (価値の分配方法に関する)

ミドルウェアは、次の点でパブリックブロックチェーンのように動作します。
パーミッションレスかつ中立であること（オープンソース、コミュニティ運営）
透明性とトラストレス性を備え、高いセキュリティを提供し、金銭的動機による高度な攻撃に耐えることができます。
さまざまなシナリオに対してさまざまなタイプの検証を実行できるため、プログラム可能性 (スマートコントラクトを考慮) を組み込む必要があります。
必要なときにハードウェア層またはアプリケーション層から必要な機能を組み込むことができます。

視点 C: 検証のモード

シナリオが異なると、サービスノードの動作も異なります。たとえば、ファイルストレージのコンテキストでは、サービスノードは常に動作している (約束したものを保存するため) ため、スポットチェックは自然ですが、DIMOのコンテキストでは（車のデータ収集)、サービスノード (車に搭載されたデバイス) のアップロード測定は 10 分ごとであるため、すべての測定に検証を適用できます。そのため、ミドルウェアには、個別の DEPIN アプリケーションに適応するさまざまな検証モードがあります。

データプロセッサ: これは最も一般的なモードで、サービスノードまたはデバイスは基本的にすべての測定値をミドルウェアに送信し、ミドルウェアが測定値を検証および処理してスマートコントラクトの証明を生成します。
プロアクティブインテグレータ: ミドルウェアプロトコルは、チャレンジするサービスノードのサブセットをアクティブに選択します (ミドルウェアプロトコルが十分に強力であれば、すべてのサービスノードを「サンプリング」できることに注意してください)。ノードから応答を取得した後、データプロセッサモードに入ります。 Filecoin で使用されているランダムサンプリングアプローチは、このカテゴリに分類されます。
パッシブウォッチャー: これは、ミドルウェアがサービス中のノードをただ黙って監視し、ノードが期待どおりに動作している (していない) という証拠を見つけようとする、最も一般的ではない方法です (ダークフォレスト理論を考えてください)。

DePIN 検証用のミドルウェアとして W3bstream を構築する

前述のすべての観点をまとめると、私たちは有効性証明ベースのアプローチを支持し、DEPIN ネットワークにサービスを提供するための分散型、共有型、中立的なオフチェーン検証プロトコル (IoTeX ネットワークの一部として) を構想しています。このプロトコルは、多数の小規模な DEPIN ネットワークからの測定値を同化し、スマートコントラクトに有効性証明 (たとえば、現時点では SNARK 証明を使用します) を提供します。私たちは 7 月に W3bstream の開発者プレビューバージョンをリリースし、現在はロードマップで計画されている Mainnet Sprout バージョンの提供に全力で取り組んでいます。これにより、コミュニティがステーキングされた IOTX を使用して、2023Q4 後半または 2024Q1 前半のネットワークのコールドスタートに参加できるようになります。

より広いスケールでは、W3bstream はコミュニティが運営するシャードネットワークであり、さまざまな DEPIN プロジェクトが検証「式」をプラットフォームにデプロイ (およびその後の更新) する際に容易になります。これらの「式」は Rust、Golang、C++ などで作成できます。間もなくサポートされる予定の言語。通常は次のようになります。

ゼロ知識証明には、多くの場合、証明生成時間の延長や計算リソースの増加などのパフォーマンスのトレードオフが伴い、一部の現実世界のアプリケーションでは拡張性が低くなります。これらのパフォーマンスの問題を解決し、ゼロ知識プロトコルの核となる利点を維持しながら、より高速なプルーフ生成を提供することを目的としています。以下は、GPU アクセラレーションの有無にかかわらず、上記の「式」を使用して 1000 台のシミュレートされたデバイスからバッチプルーフ生成を実行したベンチマーク結果です。

ドライブレンジの証明のベンチマーク
注: 通常のマシン - 12 スレッド CPU + 64GB RAM

明日の分散型世界における先駆的な信頼

分散型物理インフラストラクチャは、世界のさまざまな側面を再構築しようとしています。しかし、その可能性を最大限に引き出すには、分散型検証の課題に対処し、これらのネットワークの神聖さと無敵性を確保するかどうかがかかっています。これらの複雑な課題に対処するために、私たちは今年 10 月に開催される世界初の学術会議では、Web3、暗号化、IoT、セキュリティ/プライバシー、経済学などの分野からトップの研究者やエンジニアが集まり、共通のビジョンに向けて連携しています。 [email protected] までご連絡ください。