W3bstream: Giải pháp Layer-2 Rollup cho DePIN

IoTeX_Vietnam Official

Mar 27, 2025 • 13 min read

Việc DePIN ngày càng phổ biến trong lĩnh vực crypto đặt ra nhiều câu hỏi và thách thức như: phân quyền, khả năng mở rộng, tính xác minh, quản lý danh tính và độ tin cậy của dữ liệu. Bài viết này sẽ phân tích những thách thức đó và giải pháp mà đội ngũ IoTeX đề xuất thông qua sản phẩm W3bstream – một kiến trúc Rollup tập trung vào khả năng mở rộng cho tính toán dữ liệu ngoài chuỗi.

Tổng quan về DePIN

DePIN (Decentralized Physical Infrastructure Networks) đại diện cho một sự chuyển đổi lớn từ các hệ thống IoT truyền thống dựa trên Web2. Trước đây, các hệ thống IoT thường tập trung vào mô hình điện toán đám mây, nơi dữ liệu từ thiết bị vật lý được gửi đến đám mây để xử lý và lưu trữ, hoặc mô hình edge computing, nơi dữ liệu được xử lý gần nguồn hơn. Dù phổ biến, các mô hình này vẫn mang tính tập trung hoặc lai ghép.

DePIN mang đến một hướng tiếp cận mới bằng cách kết hợp ba công nghệ cốt lõi: Blockchain, IoT và Tokenomics, giúp xây dựng hạ tầng mạng và nền kinh tế máy móc từ cấp độ cộng đồng. Điểm đặc biệt của DePIN nằm ở mô hình phi tập trung, khuyến khích phát triển ứng dụng phục vụ lợi ích chung, thay vì bị kiểm soát bởi một công ty duy nhất.

DePIN có hai loại chính:

Mạng tài nguyên vật lý (PRNs - Physical Resource Networks): Tập trung vào phần cứng phụ thuộc vị trí để cung cấp các dịch vụ cụ thể, như kết nối không dây, thu thập dữ liệu địa lý từ cảm biến, hoặc các ứng dụng giao thông.
Mạng tài nguyên kỹ thuật số (DRNs - Digital Resource Networks): Khuyến khích triển khai phần cứng để cung cấp tài nguyên có thể thay thế như sức mạnh tính toán, dung lượng lưu trữ hoặc băng thông, hỗ trợ các mạng lưới xử lý video/audio hoặc dịch vụ lưu trữ mà không yêu cầu phần cứng theo vị trí cụ thể.

Dù DePIN có tiềm năng lớn, các dự án trong lĩnh vực này đều đối mặt với những thách thức như xác minh danh tính hệ thống, bảo mật dữ liệu, và đặc biệt là khả năng mở rộng.

Bài toán mở rộng của DePIN

Khả năng mở rộng là một rào cản lớn của DePIN do đặc thù của các ứng dụng trong lĩnh vực này. DePIN thường bao gồm các mạng lưới quy mô lớn với vô số thiết bị tạo và xử lý lượng dữ liệu khổng lồ. Trong khi đó, việc tích hợp blockchain, dù cung cấp nền tảng tin cậy, lại bị giới hạn bởi khả năng xử lý thấp và chi phí lưu trữ cao. Sự đối lập giữa nhu cầu tính toán lớn và hạn chế của blockchain khiến khả năng mở rộng trở thành một thách thức quan trọng.

Cách tiếp cận Rollup của Ethereum

Ethereum đã đề xuất một chiến lược lấy Rollup làm trọng tâm để giải quyết vấn đề mở rộng. Cách tiếp cận này thay đổi cách xử lý dữ liệu và thực thi giao dịch trong blockchain.

Layer 2 Rollups: Thay vì xử lý toàn bộ dữ liệu và giao dịch trên Layer 1 (chuỗi khối chính), Ethereum chuyển phần lớn khối lượng công việc sang các mạng Rollup Layer-2. Các mạng này hoạt động song song với blockchain chính nhưng xử lý giao dịch hiệu quả hơn.
Xử lý giao dịch theo lô: Mạng Layer 2 thu thập giao dịch từ Layer 1 và xử lý theo từng lô. Bằng cách tổng hợp nhiều giao dịch lại với nhau, Rollup giúp xử lý nhanh hơn so với việc từng giao dịch được xử lý riêng lẻ trên blockchain chính.
Tạo và xác thực bằng chứng: Sau khi xử lý một lô giao dịch, Layer 2 sẽ tạo một bằng chứng mật mã để xác minh rằng tất cả giao dịch trong Rollup là hợp lệ. Layer 1 sau đó sử dụng hợp đồng thông minh để xác thực bằng chứng này, đảm bảo tính toàn vẹn của các giao dịch được xử lý trên Layer 2.
Layer 1 đóng vai trò là nền tảng tin cậy: Dù phần lớn quá trình xử lý được thực hiện trên Layer 2, Layer 1 vẫn giữ vai trò là nền tảng bảo mật cốt lõi bằng cách xác thực các bằng chứng từ Layer 2, đảm bảo tính toàn vẹn và an toàn của mạng.
Chuyển đổi trạng thái hiệu quả: Khi Layer 1 chấp nhận các bằng chứng và thực hiện các thay đổi trạng thái tương ứng, hệ thống có thể xử lý toàn bộ lô giao dịch một cách hiệu quả hơn. Điều này giúp giảm tải cho Layer 1, cho phép nó tập trung vào nhiệm vụ bảo mật và xác thực quan trọng hơn.
Cách tiếp cận Rollup giúp Ethereum cải thiện đáng kể khả năng mở rộng và có thể được điều chỉnh để áp dụng cho DePIN.

Cách tiếp cận tập trung vào Rollup giúp Ethereum cải thiện đáng kể khả năng mở rộng và có thể được điều chỉnh để áp dụng cho DePIN với một số sửa đổi nhất định.

W3bstream: Layer-2 Rollup dành cho DePIN

Như đã đề cập trước đó, cách tiếp cận tập trung vào Rollup cũng có thể được áp dụng để mở rộng các ứng dụng DePIN. Đây chính là triết lý cốt lõi của W3bstream, mạng Layer-2 của IoTeX được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ mở rộng các dự án DePIN. W3bstream có khả năng nén (tổng hợp) một lượng lớn dữ liệu ngoài chuỗi thành các zk-proof nhỏ hơn, có thể xác minh được, nhằm kích hoạt các giao dịch trên chuỗi. Dưới đây là các thành phần chính của mô hình này:

Thiết bị thông minh độc lập: Đây là yếu tố quan trọng đảm bảo tính tin cậy của dữ liệu trong các dự án DePIN. Được triển khai trong thế giới thực, các thiết bị này không chỉ thu thập dữ liệu mà còn xác thực tính đáng tin cậy của quá trình thu thập dữ liệu.
Lớp khả dụng dữ liệu: Chịu trách nhiệm lưu trữ tạm thời dữ liệu nhận từ thiết bị. Lớp này có thể hoạt động trên chuỗi (on-chain) hoặc ngoài chuỗi (off-chain) và khác với bộ nhớ lưu trữ lâu dài do chỉ mang tính tạm thời.
Mạng trình tự phi tập trung (DSN): DSN giúp đạt được sự đồng thuận về dữ liệu thu thập từ thiết bị và lưu trữ vào lớp khả dụng dữ liệu. Sự đồng thuận này là điều kiện cần để thực hiện bất kỳ phép tính nào có ý nghĩa.
Mạng tổng hợp phi tập trung: Đảm nhận nhiệm vụ xử lý dữ liệu, mạng này thu thập dữ liệu theo lô từ lớp khả dụng dữ liệu và tạo ra các bằng chứng zk-proof tổng hợp cho một hoặc nhiều thiết bị.
Mạng Layer-1: Hợp đồng thông minh trên Layer-1 đóng vai trò là bộ xác thực, kiểm chứng các zk-proof do các bộ tổng hợp ngoài chuỗi tạo ra. Nhờ đó, Layer-1 hoạt động như nền tảng tin cậy và lớp thanh toán cho các ứng dụng DePIN.Luồng hoạt động tổng quan của kiến trúc này như sau:

Các phần dưới đây sẽ phân tích chi tiết hơn về kiến trúc này, bắt đầu từ cách thu thập dữ liệu đáng tin cậy, sau đó giải thích quá trình tiền xử lý dữ liệu và đảm bảo tính sẵn có của dữ liệu, rồi tiếp tục với quá trình tạo bằng chứng tổng hợp.

Thu thập dữ liệu đáng tin cậy

Trong các ứng dụng DePIN, thu thập dữ liệu đáng tin cậy là yếu tố quan trọng, chủ yếu được thực hiện thông qua hai phương pháp: dựa trên TEE (Trusted Execution Environment) và bằng chứng không tiết lộ (ZKP - Zero-Knowledge Proof).

Phương pháp dựa trên TEE:
TEE đảm bảo dữ liệu được thu thập an toàn bằng cách cô lập mã thu thập dữ liệu trong một vùng bảo vệ của thiết bị. Ngoài ra, nó còn hỗ trợ chứng thực từ xa, cho phép bên ngoài xác minh hoạt động của thiết bị và tính toàn vẹn của mã.
Phương pháp dựa trên ZKP:
Phương pháp này cho phép thiết bị chứng minh tính chính xác của dữ liệu thu thập mà không tiết lộ dữ liệu gốc. Cách triển khai có thể khác nhau tùy theo khả năng của thiết bị, trong đó:

Các thiết bị mạnh có thể tự tạo bằng chứng ZKP.
Các thiết bị hạn chế tài nguyên có thể dựa vào các hệ thống bên ngoài để tạo bằng chứng ZKP.

Việc kết hợp TEE và ZKP giúp nâng cao độ tin cậy của dữ liệu thu thập trong các ứng dụng DePIN, đồng thời tác động đến hiệu suất chung của hệ thống tài chính liên quan. Nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất của ZKP, đặc biệt đối với các thiết bị có nhiều cảm biến hoặc yêu cầu thu thập dữ liệu phức tạp.

Tiền xử lý dữ liệu và đảm bảo tính sẵn có của dữ liệu

Thành phần quan trọng thứ hai trong kiến trúc DePIN liên quan đến quá trình tiền xử lý dữ liệu và đảm bảo tính sẵn có của dữ liệu, được thực hiện thông qua mạng trình tự phi tập trung (Decentralized Sequencer Network - DSN). Mạng này phục vụ nhiều dự án DePIN và giải quyết thách thức về sự đa dạng của thiết bị, đặc biệt là trong giao thức truyền thông.

Mạng trình tự phi tập trung (DSN):

Chức năng: Thực hiện tiền xử lý dữ liệu. Khi dữ liệu được gửi từ nhiều thiết bị khác nhau, mạng sẽ xử lý để đảm bảo tính đồng nhất và tương thích.
Quy trình xác minh:
Mỗi node trong mạng thực hiện xác minh dữ liệu qua hai bước:
1. Kiểm tra tính hợp lệ của quá trình thu thập dữ liệu, thông qua báo cáo chứng thực từ thiết bị hỗ trợ TEE hoặc xác minh bằng chứng được tạo bởi thiết bị.
2. Xác thực chữ ký của thiết bị để đảm bảo tính xác thực của nguồn dữ liệu.

Lưu trữ và đảm bảo tính sẵn có của dữ liệu:

Sau tiền xử lý: Khi dữ liệu được xử lý và đạt được sự đồng thuận trong mạng, nó sẽ được lưu trữ trong một lớp lưu trữ dữ liệu riêng của từng dự án.
Giải pháp lưu trữ tùy chỉnh: Các dự án có thể tùy chọn lớp lưu trữ dữ liệu phù hợp. Điều này được thực hiện thông qua các bộ điều hợp lưu trữ có thể cấu hình, cho phép dữ liệu được lưu trữ trong lớp lưu trữ dữ liệu đã chọn.

Thành phần này của kiến trúc DePIN đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn hóa và bảo mật dòng dữ liệu từ các thiết bị khác nhau, đảm bảo dữ liệu được xử lý thống nhất và lưu trữ hiệu quả.

Tổng hợp bằng chứng dữ liệu

Thành phần thứ ba của kiến trúc DePIN tập trung vào quá trình tạo bằng chứng tổng hợp (aggregate proof generation), một bước quan trọng để xác thực các phép tính trong các dự án DePIN.

Các node tổng hợp và nhóm tính toán:

Mạng bao gồm các node tổng hợp (aggregator nodes), tạo thành một nhóm tài nguyên tính toán ngoài chuỗi, được chia sẻ giữa tất cả các dự án DePIN.
Các node này định kỳ chọn một node tổng hợp nhàn rỗi, dựa trên trạng thái theo dõi trên chuỗi, để xử lý các nhiệm vụ tính toán cho một dự án DePIN cụ thể.

Thực thi nhiệm vụ của các node tổng hợp:

Node được chọn sẽ truy xuất dữ liệu từ lớp lưu trữ dữ liệu.
Sau đó, nó thực hiện các phép tính cần thiết cho dự án DePIN và tạo một bằng chứng.
Bằng chứng này sẽ được gửi đến hợp đồng thông minh trên Layer 1 để xác minh, sau đó node sẽ trở lại trạng thái nhàn rỗi.

Để tạo ra bằng chứng tổng hợp, hệ thống sẽ sử dụng một mạch tổng hợp phân tầng (layered aggregation circuit), bao gồm các thành phần sau:

Mạch nén dữ liệu: Hoạt động tương tự như một cây Merkle, xác thực rằng tất cả dữ liệu thu thập đều bắt nguồn từ một gốc cây Merkle cụ thể.
Mạch xác minh chữ ký theo lô: Xác minh tính hợp lệ của dữ liệu từ các thiết bị theo lô, mỗi lô được liên kết với một chữ ký.
Mạch tính toán DePIN: Chứng minh rằng logic tính toán cụ thể của một dự án DePIN—chẳng hạn như xác minh số bước đi trong một dự án chăm sóc sức khỏe hoặc lượng năng lượng sản xuất trong một nhà máy điện mặt trời—được thực thi chính xác.
Mạch tổng hợp bằng chứng: Tổng hợp tất cả các bằng chứng thành một bằng chứng duy nhất để hợp đồng thông minh trên Layer 1 xác minh lần cuối.

Quá trình tổng hợp bằng chứng dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính toàn vẹn và khả năng xác minh của các phép tính trong các dự án DePIN. Nó cung cấp một phương pháp đáng tin cậy và hiệu quả để xác thực các tính toán và xử lý dữ liệu ngoài chuỗi.

Kết luận

W3bstream đóng góp vào khả năng mở rộng của DePIN bằng cách quản lý hiệu quả quá trình tiền xử lý dữ liệu thông qua mạng trình tự phi tập trung của nó. Hệ thống này hỗ trợ tạo bằng chứng tổng hợp, một yếu tố thiết yếu để xác minh các phép tính phức tạp trên mạng quy mô lớn.

Bằng cách hỗ trợ các tính toán ngoài chuỗi và cung cấp cơ chế mạnh mẽ để xác minh bằng chứng trên chuỗi, W3bstream cải thiện đáng kể thông lượng và hiệu suất của các ứng dụng DePIN. Dù hoạt động dựa trên blockchain IoTeX—một lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng DePIN mới nhờ tốc độ, bảo mật và chi phí hợp lý—W3bstream vẫn có thể hỗ trợ bất kỳ dự án DePIN nào trên bất kỳ blockchain nào. Kiến trúc của nó cung cấp một cơ sở hạ tầng có thể mở rộng và an toàn, khiến nó trở thành một thành phần quan trọng trong hệ sinh thái mạng phi tập trung rộng lớn hơn.

Bài viết này dựa trên nghiên cứu của Giáo sư Xinxin Fan, trưởng nhóm nghiên cứu của IoTeX, và Lei Xiu từ Đại học Kent State. Để biết thêm thông tin, bạn có thể tham khảo toàn bộ bài nghiên cứu tại đây.

Tìm hiểu thêm về W3bstream và tất cả các công cụ mà nhóm IoTeX cung cấp cho các nhà xây dựng và sáng lập DePIN. Mới tìm hiểu về DePIN? Bạn có thể khám phá mọi thông tin về hệ sinh thái DePIN trên DePINscan do IoTeX cung cấp.