W3bstream: Một Layer-2 Rollup cho DePIN

IoTeX_Vietnam Official

Feb 27, 2024 • 14 min read

Sự gia tăng gần đây của lĩnh vực DePIN vào ngành tiền điện tử chính thống đặt ra một số câu hỏi và thách thức, như phân cấp, khả năng mở rộng, tính xác minh, quản lý danh tính và niềm tin vào dữ liệu. Bài viết dưới đây sẽ đào sâu vào một số thách thức này và các giải pháp được đề xuất bởi nhóm nhân viên cốt lõi của IoTeX thông qua một trong các sản phẩm của nó: W3bstream, một kiến trúc có tính mở rộng dựa trên Rollup cho tính toán dữ liệu ngoại tuyến.

Một Làn Gió Mới về DePIN

Lĩnh vực DePIN (Mạng lưới Cơ sở Hạ tầng Vật lý Phân tán) đại diện cho một sự chuyển đổi đáng kể so với các hệ thống IoT dựa trên Web2 truyền thống. Truyền thống, các hệ thống IoT đã là tâm trọng tâm của đám mây, nơi dữ liệu từ các thiết bị vật lý đi qua một cổng IoT để đến đám mây để xử lý và lưu trữ, hoặc tập trung vào cạnh, liên quan đến các máy chủ cạnh xử lý dữ liệu gần nguồn. Các kiến trúc này, mặc dù phổ biến trong các ứng dụng IoT, nhưng có tính tập trung hoặc lai. Tuy nhiên, DePIN giới thiệu một phương pháp mới mẻ bằng cách tích hợp ba công nghệ cốt lõi: Blockchain, IoT và Tokenomics. Sự kết hợp này cho phép tạo ra các mạng lưới cơ sở hạ tầng và nền kinh tế máy từ cơ sở. Điểm độc đáo của DePIN nằm ở mô hình được cộng đồng điều hành, khuyến khích xây dựng các ứng dụng cho lợi ích chung, thay vì triển khai và bảo trì tập trung bởi một công ty duy nhất.

Có hai loại chính trong DePIN:

Mạng lưới Tài nguyên Vật lý (PRNs): Các mạng lưới này tập trung vào phần cứng phụ thuộc vào vị trí để cung cấp hàng hóa hoặc dịch vụ độc đáo. Các ví dụ bao gồm kết nối không dây, thông tin địa lý thông qua cảm biến trong các khu vực cụ thể và các ứng dụng di động như dịch vụ ô tô.
Mạng lưới Tài nguyên Kỹ thuật số (DRNs): DRNs khuyến khích triển khai phần cứng cho các nguồn lực có thể đổi, như sức mạnh tính toán, bộ nhớ hoặc băng thông. Điều này cho phép tạo ra các mạng lưới lớn cho các nhiệm vụ như kết xuất video / âm thanh hoặc dịch vụ lưu trữ, mà không cần phải có phần cứng cụ thể về vị trí.

Phong cảnh DePIN phong phú và đa dạng, với nhiều công ty khởi nghiệp khám phá các khía cạnh khác nhau như tính toán phân tán, lưu trữ, mạng lưới băng thông và giao thức truyền thông. Bất kể dự án nào thuộc loại nào, DePIN đều đặt ra những thách thức bẩm sinh như thiết lập các danh tính hệ thống, giải quyết vấn đề quyền riêng tư và đáng chú ý, tính mở rộng.

Phương pháp Rollup của Ethereum

Phương pháp mà Ethereum đã áp dụng để giải quyết vấn đề tính mở rộng là thông qua một kế hoạch tập trung vào Rollup. Chiến lược này cơ bản làm lại cách xử lý dữ liệu và thực thi giao dịch trong một mạng lưới blockchain.

Lớp 2 Rollups: Thay vì chỉ dựa vào Lớp 1 (blockchain chính) cho tất cả việc xử lý dữ liệu và thực thi giao dịch, Ethereum đề xuất chuyển giao phần lớn công việc này cho các mạng lưới Lớp 2 Rollup. Các mạng lưới này hoạt động song song với blockchain chính nhưng xử lý giao dịch một cách hiệu quả hơn.
Xử lý Giao dịch theo Lô: Các mạng lưới Lớp 2 thu thập các giao dịch từ mạng lưới Lớp 1 và xử lý chúng theo lô. Bằng cách tổng hợp nhiều giao dịch, các mạng lưới Rollup có thể xử lý chúng hiệu quả hơn so với nếu chúng được xử lý một cách cá nhân trên blockchain chính.
Tạo và Xác thực Chứng minh: Sau khi xử lý các giao dịch trong một lô, các mạng lưới Lớp 2 tạo ra một chứng minh. Chứng minh này là một bằng chứng mật mã xác minh rằng tất cả các giao dịch được xử lý trong một mạng lưới Rollup là hợp lệ. Mạng lưới Lớp 1, thông qua một hợp đồng thông minh, sau đó xác thực chứng minh này. Quá trình này đảm bảo tính toàn vẹn của các giao dịch được xử lý trên các mạng lưới Lớp 2.
Lớp 1 làm Mốc Tín nhiệm: Mặc dù chuyển giao xử lý dữ liệu cho một mạng lưới Lớp 2, blockchain Lớp 1 vẫn giữ vai trò làm mốc tín nhiệm chính. Nó đạt được điều này bằng cách xác thực các chứng minh từ mạng lưới Lớp 2, từ đó duy trì tính toàn vẹn và bảo mật tổng thể của mạng lưới.
Chuyển Đổi Trạng thái Hiệu quả: Với blockchain Lớp 1 chấp nhận các chứng minh này và các trạng thái chuyển đổi kết quả, nó có thể xử lý lô giao dịch một cách hiệu quả hơn. Phương pháp này giảm bớt gánh nặng cho blockchain Lớp 1, cho phép nó hoạt động hiệu quả hơn như một mốc tín nhiệm trong khi xử lý ít, nhưng nhiệm vụ quan trọng hơn.

Phương pháp tập trung vào Rollup này cho phép Ethereum cải thiện đáng kể tính mở rộng của mình, và nó có thể được điều chỉnh cho DePIN, với một số sửa đổi cụ thể.

W3bstream: Một Lớp 2 Rollup cho DePINs

Như đã đề cập trước đó, một phương pháp tập trung vào Rollup cũng có thể được sử dụng để mở rộng ứng dụng DePIN. Phương pháp này là triết lý cốt lõi đằng sau mạng lưới Layer-2 của IoTeX được gọi là W3bstream, mạng Layer-2 của IoTeX được thiết kế đặc biệt để mở rộng các dự án DePIN, có khả năng nén (tổng hợp) lượng lớn dữ liệu ngoại chuỗi thành các chứng minh zk nhỏ hơn và có thể xác minh để kích hoạt các giao dịch trên chuỗi. Bây giờ chúng ta hãy xem các thành phần chính của một phương pháp như vậy:

Thiết Bị Thông Minh Chủ Quyền: Đây là yếu tố quan trọng đối với tính đáng tin cậy của dữ liệu trong các dự án DePIN. Được triển khai trong thế giới vật lý, các thiết bị này không chỉ thu thập dữ liệu mà còn chứng minh tính đáng tin cậy của quá trình thu thập dữ liệu.
Lớp Khả Năng Truy Cập Dữ Liệu: Lớp này chịu trách nhiệm lưu trữ tạm thời dữ liệu nhận được từ các thiết bị. Nó có thể là on-chain hoặc off-chain và khác với lưu trữ lâu dài do tính tạm thời của nó.
Mạng Sequencer Phi Tập Trung (DSN): DSN đạt được sự đồng thuận về dữ liệu được thu thập từ các thiết bị và lưu trữ nó trong lớp khả năng truy cập dữ liệu. Sự đồng thuận này là cần thiết để thực hiện bất kỳ tính toán có ý nghĩa nào.
Mạng Tổng Hợp Phi Tập Trung: Chịu trách nhiệm về tính toán, mạng này lấy dữ liệu theo lô từ lớp khả năng truy cập dữ liệu và tạo ra các chứng minh zk tổng hợp cho một hoặc nhiều thiết bị.
Mạng Lớp 1: Các hợp đồng thông minh trên một Lớp 1 có thể được sử dụng như các bộ xác minh để xác minh các chứng minh zk được tạo ra bởi các tổng hợp phi chuỗi. Như vậy, Lớp 1 phục vụ như là nền tảng đáng tin cậy và lớp giải quyết cho các ứng dụng DePIN. Luồng kiến trúc ở mức cao của một kiến trúc như vậy là như sau:

Các phần dưới đây phân tích kiến trúc này chi tiết hơn, bắt đầu từ cách thu thập dữ liệu đáng tin cậy, sau đó giải thích việc tiền xử lý dữ liệu và khả năng truy cập dữ liệu rồi nói về quy trình tạo chứng minh tổng hợp.

Thu Thập Dữ Liệu Đáng Tin Cậy

Trong các ứng dụng DePIN, việc thu thập dữ liệu đáng tin cậy là rất quan trọng và chủ yếu được đạt được thông qua hai phương pháp: Dựa trên Môi Trường Thực Thi Đáng Tin (TEE - Trusted Execution Environment) và Dựa trên Chứng Minh Kiến Thức Số 0 (ZKP - Zero-Knowledge Proof).

Phương Pháp Dựa Trên TEE: TEE đảm bảo việc thu thập dữ liệu an toàn bằng cách cô lập mã thu thập dữ liệu trong một khu vực được bảo vệ của thiết bị. Nó cũng bao gồm chứng minh từ xa, cho phép xác minh bên ngoài về hoạt động của thiết bị và tính toàn vẹn mã.
Phương Pháp Dựa Trên ZKP: Phương pháp này cho phép các thiết bị chứng minh tính chính xác của việc thu thập dữ liệu của họ mà không tiết lộ dữ liệu cơ bản. Nó thay đổi dựa trên khả năng của thiết bị, với việc tạo ZKP trên bảng cho các thiết bị mạnh mẽ và tạo từ xa cho các thiết bị có hạn chế hơn.
Kết hợp TEE và ZKP tăng cường tính đáng tin cậy của việc thu thập dữ liệu trong các ứng dụng DePIN, ảnh hưởng đến hiệu quả tổng thể của các hệ thống tài chính liên quan. Nghiên cứu trong tương lai nhằm cải thiện hiệu suất ZKP, đặc biệt là đối với các thiết bị có nhiều cảm biến hoặc nhu cầu thu thập dữ liệu phức tạp.

Tiền Xử Lý Dữ Liệu và Khả Năng Truy Cập Dữ Liệu
Thành phần chính thứ hai trong kiến trúc DePIN liên quan đến việc tiền xử lý dữ liệu và đảm bảo khả năng truy cập dữ liệu, được thực hiện thông qua một mạng lưới sequencer phi tập trung. Mạng lưới này phục vụ nhiều dự án DePIN và giải quyết thách thức của đa dạng thiết bị, đặc biệt là trong các giao thức truyền thông.

Mạng Lưới Sequencer Phi Tập Trung:

Chức năng: Thực hiện tiền xử lý dữ liệu. Khi dữ liệu đến từ các thiết bị khác nhau, mạng lưới xử lý nó để đảm bảo đồng nhất và tương thích.
Quy Trình Xác Minh:
Mỗi nút trong mạng lưới xác minh dữ liệu theo hai bước:
1)Xác nhận tính hợp lệ của quá trình thu thập dữ liệu, bằng cách kiểm tra báo cáo chứng thực từ các thiết bị có khả năng TEE hoặc bằng cách xác minh chứng minh được tạo ra bởi thiết bị.
2)Xác nhận chữ ký của thiết bị để đảm bảo tính xác thực của nguồn dữ liệu.

Lưu Trữ Dữ Liệu và Khả Năng Truy Cập:

Sau Tiền Xử Lý: Sau khi dữ liệu được tiền xử lý và đồng thuận được đạt được trong mạng lưới, nó được lưu trữ trong một lớp khả năng truy cập dữ liệu cụ thể cho dự án.
Giải Pháp Lưu Trữ Tùy Chỉnh: Các dự án có sự linh hoạt để chọn lựa lớp khả năng truy cập dữ liệu ưa thích của họ. Điều này được thực hiện thông qua các bộ chuyển đổi lưu trữ có thể điều chỉnh, cho phép dữ liệu được lưu trữ trong lớp khả năng truy cập dữ liệu được chọn.

Thành phần này của kiến trúc DePIN đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn hóa và bảo mật luồng dữ liệu từ các thiết bị đa dạng, đảm bảo rằng nó được xử lý đồng nhất và lưu trữ một cách hiệu quả.

Tổng Hợp Chứng Minh Dữ Liệu

Thành phần thứ ba của kiến trúc DePIN tập trung vào quá trình tạo chứng minh tổng hợp, một quy trình quan trọng để xác minh các tính toán trong các dự án DePIN.

Các Nút Tổng Hợp và Bể Tính Toán:

Mạng lưới bao gồm các nút tổng hợp tạo thành một bể nguồn lực tính toán ngoại chuỗi, được chia sẻ trên tất cả các dự án DePIN.
Các nút này định kỳ chọn một nút tổng hợp không hoạt động, dựa trên một bộ giám sát trạng thái trên chuỗi, để xử lý các nhiệm vụ tính toán cho một dự án DePIN cụ thể.

Thực Hiện Nhiệm Vụ bởi Các Nút Tổng Hợp:

Nút được chọn lấy dữ liệu từ lớp khả năng truy cập dữ liệu.
Sau đó, nó thực hiện các tính toán cần thiết cho dự án DePIN và tạo ra một chứng minh.
Chứng minh này được gửi đến một hợp đồng thông minh Lớp 1 để xác minh, sau đó nút quay trở lại trạng thái không hoạt động.

Để có thể tạo ra chứng minh tổng hợp này, hệ thống sẽ tận dụng một mạch tổng hợp có nhiều tầng, bao gồm các thành phần sau:

Mạch Nén Dữ Liệu: Hoạt động giống như một cây Merkle, xác minh rằng tất cả dữ liệu thu thập đều bắt nguồn từ một gốc cây Merkle cụ thể.
Mạch Xác Minh Lô Chữ Ký: Xác minh tính hợp lệ của dữ liệu từ các thiết bị theo lô, mỗi thiết bị được liên kết với một chữ ký.
Mạch Tính Toán DePIN: Chứng minh rằng logic tính toán cụ thể cho một dự án DePIN, như xác minh số bước đi trong một dự án chăm sóc sức khỏe, hoặc năng lượng được sản xuất trong một nhà máy năng lượng mặt trời, được thực hiện đúng cách.
Mạch Tổng Hợp Chứng Minh: Tổng hợp tất cả các chứng minh thành một chứng minh duy nhất để xác minh cuối cùng bởi hợp đồng thông minh Lớp 1.

Việc tổng hợp chứng minh dữ liệu là rất quan trọng để đảm bảo tính toàn vẹn và khả năng xác minh của các tính toán trong các dự án DePIN, cung cấp một phương pháp đáng tin cậy và hiệu quả để xác minh các tính toán và xử lý dữ liệu ngoại chuỗi.

Kết Luận

Tóm lại, W3bstream đóng góp vào việc mở rộng khả năng mở rộng của DePIN bằng cách quản lý hiệu quả việc tiền xử lý dữ liệu thông qua mạng lưới sequencer phi tập trung của mình. Nó hỗ trợ việc tạo chứng minh tổng hợp, điều này rất quan trọng để xác minh các tính toán phức tạp trên các mạng lớn. Bằng cách hỗ trợ tính toán ngoại chuỗi và cung cấp một cơ chế mạnh mẽ cho việc xác minh chứng minh trên chuỗi, W3bstream đáng kể cải thiện khả năng xử lý và hiệu suất của các ứng dụng DePIN. Mặc dù việc điều hành của W3bstream dựa vào blockchain IoTeX, vẫn là sự lựa chọn hoàn hảo cho các ứng dụng DePIN mới do tốc độ, bảo mật và hiệu quả chi phí của nó, W3bstream có thể hỗ trợ bất kỳ dự án DePIN hiện có nào trên bất kỳ blockchain nào. Kiến trúc của nó cho phép một cơ sở hạ tầng có khả năng mở rộng và bảo mật, biến nó trở thành một thành phần quan trọng trong hệ sinh thái rộng lớn của các mạng phi tập trung.

Bài viết này dựa trên công việc 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 kiểm tra toàn bộ bài báo 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 nhà sáng lập DePIN. Mới tìm hiểu về DePIN? Tìm hiểu mọi thứ về cảnh quan DePIN trên DePINscan được hỗ trợ bởi IoTeX.