Verifikasi Terdesentralisasi dalam DePIN

Oleh Raullen Chai, Co-Founder dan CEO IoTeX serta Andrew Law, Peneliti IoTeX

Jaringan Infrastruktur Fisik Terdesentralisasi (DePIN) mewakili pergeseran transformatif dalam cara kita membayangkan dan mengorganisir sistem dunia nyata, mencakup bidang seperti energi, transportasi, dan telekomunikasi. Dengan menggabungkan blockchain, cryptocurrency, dan kontrak pintar dengan perangkat pintar, DePIN menawarkan kemampuan untuk mengoordinasikan infrastruktur fisik secara terdesentralisasi dan peer-to-peer. Seperti yang telah diungkapkan oleh Guy Woullet dari a16z, keberhasilan DePIN tergantung pada penanganan tantangan penting: memastikan verifikasi yang dapat dipercaya dari node layanan yang tersebar secara geografis tanpa perlu otoritas pusat. Dalam artikel ini, kami menyelami topik verifikasi terdesentralisasi dalam DePIN, menganalisis secara kritis solusi yang ada, dan menyarankan jalan inovatif yang menjanjikan skala tanpa mengorbankan keamanan dan desentralisasi.

Kenaikan DePIN

DePIN memanfaatkan kekuatan blockchain dan kontrak pintar untuk membentuk pasar terbuka untuk layanan yang berakar pada infrastruktur fisik. Pertimbangkan sebuah DePIN berbasis energi: pemilik rumah yang dilengkapi panel surya dapat memproduksi listrik dan mengalihkan surplus energi kepada tetangga mereka. Difasilitasi oleh blockchain dan dilaksanakan melalui kontrak pintar, transaksi energi ini secara otomatis didokumentasikan dan diselesaikan. Inti dari proses ini adalah perangkat IoT, seperti baterai dan perangkat keras terhubung mikro grid lainnya, yang memungkinkan rumah untuk mendistribusikan energi dengan cara yang dapat dipercaya, langsung peer-to-peer, menghilangkan kebutuhan akan perusahaan utilitas sebagai perantara. Jaringan infrastruktur fisik terdesentralisasi ini semakin banyak digunakan di berbagai sektor pada tahun 2023. Dengan mengesampingkan penjaga gerbang terpusat, DePIN diharapkan dapat meningkatkan efisiensi, mengurangi biaya, memperluas aksesibilitas, dan memberikan kekuasaan lebih besar kepada individu.

Anatomi DePIN

Infrastruktur fisik terdesentralisasi mengandalkan tumpukan teknologi yang canggih yang menggabungkan perangkat keras, konektivitas, middleware, kontrak pintar berbasis blockchain, dan aplikasi web atau mobile.

Meneliti jaringan DEPIN yang khas (pikirkan DIMO atau Helium atau WiFimap atau GeoDnet), biasanya ada tiga peran:

• Node layanan: sekumpulan server atau perangkat yang menyediakan layanan atau utilitas, misalnya, WiFi/5G, pengumpulan data lingkungan, dan produksi energi.
• Middleware: lapisan yang umumnya berfokus untuk memverifikasi apakah node layanan berfungsi seperti yang diharapkan. Ia memastikan representasi dan pelaporan yang akurat dari aktivitas dan kejadian dunia nyata dari node layanan ke kontrak pintar, yang dapat terkait erat dengan cara kerja token DEPIN.
• Pengguna akhir: komunitas orang-orang atau bisnis sehari-hari yang sebenarnya menggunakan utilitas yang disediakan oleh node layanan atau perangkat. Di antara ini, middleware bertanggung jawab untuk mengukur kualitas layanan atau utilitas dari node dengan melacak metrik tertentu, kekurangan dari hal ini bisa mengarah pada, seperti yang telah disebutkan di sini:

1. Penyalahgunaan Diri Sendiri: Peserta mungkin mengeksploitasi jaringan dengan memanfaatkan layanan dari infrastruktur yang mereka miliki, mengumpulkan biaya dan hadiah. Sebagai contoh, entitas energi bisa mensimulasikan pembelian energi dari cadangan mereka sendiri. Dengan subsidi yang cukup atau hadiah blok awal, penyalahgunaan diri sendiri menjadi menguntungkan.
2. Penyedia Malas: Pemasok infrastruktur mungkin berjanji untuk memberikan layanan tetapi kemudian melanggar komitmen mereka atau menyediakan layanan yang kurang memadai. Tanpa adanya sistem verifikasi yang ketat, pengguna tidak memiliki jalan keluar.
3. Penyedia Jahat: Meskipun lebih jarang dibandingkan dengan dua yang pertama, ada kemungkinan entitas jahat memanipulasi infrastruktur, membujuk pengguna untuk menerima data sensor yang salah yang sejalan dengan kepentingan finansial penyedia. Perilaku yang tidak terpantau dapat mengganggu insentif ekonomi DePIN. Kepercayaan dan efisiensi jaringan menurun, mengarah pada "tragedi komunal" dengan penyedia yang mencari keuntungan pribadi atau pusat kekuasaan. Dalam kedua kasus, tujuan dari infrastruktur terdesentralisasi yang dipimpin oleh rekanan terancam.

Middleware Untuk Verifikasi

Bukti kerja Bitcoin adalah bentuk awal dari verifikasi DEPIN. Ini memanfaatkan sejumlah besar kekuatan hash untuk memastikan keamanan, dengan setiap node dalam jaringan Bitcoin global berperan dalam verifikasi. Verifikasi DEPIN saat ini menggunakan etos serupa. Di sini, node layanan menghasilkan utilitas, dan satu set node berbeda lainnya (sebagai protokol middleware) masuk untuk mendukung utilitas ini, memastikan keabsahan dan otentisitas pekerjaan yang telah dilakukan di dunia fisik. Ini dapat dicirikan sebagai "bukti kerja berguna" atau "bukti kerja fisik". Kedua sistem ini menekankan pentingnya konsensus terdesentralisasi dalam mendorong kepercayaan dan keamanan.

Merancang dan mengarsitektur middleware semacam ini bukanlah hal yang sepele. Mari kita lihat dari berbagai perspektif.

Perspektif A: Teknologi yang Layak untuk Verifikasi

Verifikasi yang berhasil dalam DePIN tercapai jika kedua hal di bawah ini dicapai pada waktu yang sama:

1. Keaslian dan Integritas Pengukuran: Pengukuran dari node layanan atau perangkat mewakili status kerja mereka (misalnya, mereka telah memberikan layanan tertentu, seperti menyediakan konektivitas WiFi atau mengumpulkan data lingkungan) dan harus autentik dan tidak terdistorsi.
2. Kepercayaan terhadap Komputasi Off-chain: Biasanya, pengukuran tidak dapat langsung digunakan untuk tujuan verifikasi. Sebagian komputasi off-chain diperlukan untuk memprosesnya, yang perlu dapat dipercaya, misalnya, tanpa kecurangan. Ambil kasus DePIN yang berfokus pada energi: penting bagi kontrak pintar untuk mempercayai bahwa meter pintar mengukur produksi energi surya dengan benar SERTA middleware memverifikasi mungkin 6 jam pengukuran dari meter pintar ini, agar dapat memulai pembayaran on-chain dalam kripto.

Untuk mencapai keduanya, kita dapat memetakan teknologi saat ini yang layak, sebagai berikut.

Perspektif B: Mengemas Teknologi Verifikasi dengan Cara Terdesentralisasi

Setelah pemahaman yang cukup tentang teknologi verifikasi yang layak, kita perlu memikirkan bagaimana kita dapat mengemasnya menjadi protokol terdesentralisasi. Berikut adalah beberapa pemikiran:

• Lapisan perangkat keras perlu diminimalkan (untuk memastikan aksesibilitas yang luas dan desentralisasi) dan banyak fitur harus dijadikan bagian dari middleware untuk membantu menghindari risiko centralisasi di area lain dalam tumpukan. Ini sebanding dengan "Protokol Gemuk" yang terkenal sehingga kita ingin lapisan perangkat keras menjadi tipis sementara middleware menjadi gemuk.

• Middleware berfungsi seperti blockchain publik dalam hal berikut
• tanpa izin dan netral (sumber terbuka, dioperasikan oleh komunitas)
• transparan dan tanpa kepercayaan, menawarkan keamanan tinggi, mampu bertahan terhadap serangan canggih yang didorong oleh motif keuangan.
• mampu melakukan berbagai jenis verifikasi untuk berbagai skenario, oleh karena itu memerlukan pemrograman (pikirkan tentang kontrak pintar) yang terintegrasi.
• Mampu mengesahkan fitur-fitur yang diperlukan dari hardware atau lapisan aplikasi saat dibutuhkan.

Perspektif C: Mode Verifikasi

Dalam berbagai skenario, node layanan bekerja dengan cara yang berbeda. Misalnya, dalam konteks penyimpanan file, node layanan selalu bekerja (untuk menyimpan apa yang dijanjikan) sehingga melakukan pemeriksaan mendadak pada mereka adalah hal yang wajar, sementara dalam konteks DIMO (pengumpulan data mobil), node layanan (perangkat yang dipasang di mobil) mengupload pengukuran setiap 10 menit, sehingga verifikasi dapat diterapkan pada semua pengukuran. Oleh karena itu, middleware memiliki berbagai mode untuk verifikasi yang beradaptasi dengan aplikasi DEPIN yang berbeda:

• Pengolah data: ini adalah mode yang paling umum di mana node atau perangkat layanan pada dasarnya mengirim semua pengukuran ke middleware, yang memverifikasi dan memprosesnya untuk menghasilkan bukti untuk kontrak pintar.
• Integrator Proaktif: protokol middleware secara aktif memilih subset dari node layanan untuk ditantang (perhatikan bahwa jika protokol middleware cukup kuat, ia dapat "mengambil sampel" dari semua node layanan). Setelah mendapatkan tanggapan dari node, ia masuk ke mode pengolah data. Pendekatan pengambilan sampel acak yang digunakan di Filecoin masuk dalam kategori ini.
• Pemantau Pasif: ini adalah cara yang paling jarang di mana middleware hanya mengawasi node dalam layanan dengan diam dan mencoba menemukan bukti bahwa mereka (tidak) melakukan apa yang diharapkan (Pikirkan tentang teori Hutan Gelap).

Membangun W3bstream sebagai Middleware untuk Verifikasi DePIN

Menggabungkan semua perspektif yang telah disebutkan, kami mendukung pendekatan berbasis bukti-validitas dan membayangkan protokol verifikasi off-chain yang terdesentralisasi, dibagikan, dan netral (sebagai bagian dari Jaringan IoTeX) untuk melayani jaringan DEPIN. Protokol ini mengakumulasi pengukuran dari berbagai jaringan DEPIN yang lebih kecil dan menyediakan bukti validitas (misalnya, kami menggunakan bukti SNARK untuk saat ini) untuk kontrak pintar. Kami meluncurkan versi preview pengembang W3bstream pada Juli dan kami sekarang bergerak cepat untuk menyediakan versi Mainnet Sprout sesuai rencana di peta jalan kami, yang memungkinkan komunitas menggunakan IOTX yang dipertaruhkan untuk berpartisipasi dalam pengulangan awal jaringan pada akhir 2023Q4 atau awal 2024Q1.

Dalam skala yang lebih luas, W3bstream adalah jaringan shard yang dioperasikan oleh komunitas yang memfasilitasi berbagai proyek DEPIN dalam menerapkan (dan kemudian memperbarui) "formula" verifikasi mereka di platform. "Formula" ini dapat dibuat dalam Rust, Golang, C++, dengan lebih banyak bahasa yang akan segera didukung. Inilah yang biasanya mereka lihat:

Bukti pengetahuan nol sering kali datang dengan kompromi kinerja, termasuk waktu generasi bukti yang lebih lama dan peningkatan sumber daya komputasi, menjadikannya kurang skala untuk beberapa aplikasi dunia nyata. Kami telah melakukan optimasi internal (termasuk batch) di atas zk-SNARKs untuk mengatasi masalah kinerja ini, bertujuan untuk menyediakan generasi bukti yang lebih cepat sambil tetap mempertahankan manfaat inti dari protokol pengetahuan nol. Di bawah ini adalah hasil pengujian untuk menjalankan generasi bukti berkelompok dari 1000 perangkat yang disimulasikan menggunakan "formula" di atas, dengan dan tanpa akselerasi GPU.

Benchmark Jarak Bukti-Dari-Kendaraan

Catatan: mesin reguler - 12 utas CPU + 64GB RAM

Mewujudkan Kepercayaan di Dunia Terdesentralisasi Masa Depan

Infrastruktur fisik terdesentralisasi berada di ambang merombak berbagai dimensi dunia kita. Namun, membuka potensi penuhnya bergantung pada mengatasi tantangan verifikasi terdesentralisasi, memastikan kesucian dan ketahanan jaringan ini. Untuk mengatasi tantangan rumit ini, kami sedang mengorganisir konferensi akademik pertama di dunia bulan ini Oktober, menyambut para peneliti dan insinyur terkemuka dari bidang seperti web3, kriptografi, IoT, keamanan/privasi, dan ekonomi, semua dengan visi bersama. Kami mengundang semua orang yang bersemangat untuk memajukan lapisan verifikasi DEPIN untuk berkolaborasi dengan kami dalam berbagai kapasitas. Hubungi kami di research@iotex.io.