Verifikasi Terdesentralisasi dalam DePIN

Oleh Pendiri dan CEO IoTeX Raullen Chai dan Peneliti IoTeX Andrew Law

Jaringan Infrastruktur Fisik Terdesentralisasi (DePIN) mewakili pergeseran transformasional 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 ditekankan oleh Guy Woullet dari a16z, keberhasilan DePIN tergantung pada penanganan tantangan penting: memastikan verifikasi tepercaya dari node layanan yang tersebar secara geografis tanpa perlu otoritas pusat. Dalam artikel ini, kami mendalami topik verifikasi terdesentralisasi dalam DePIN, menganalisis secara kritis solusi yang ada, dan mengusulkan jalur inovatif yang menjanjikan skalabilitas tanpa mengorbankan keamanan dan desentralisasi.

Kenaikan DePIN

DePIN memanfaatkan kekuatan blockchain dan kontrak pintar untuk menciptakan pasar terbuka untuk layanan yang berakar pada infrastruktur fisik. Pertimbangkan DePIN berbasis energi: pemilik rumah yang dilengkapi dengan panel surya dapat menghasilkan listrik dan mengalirkan surplus energi kepada tetangga mereka. Difasilitasi oleh blockchain dan dieksekusi melalui kontrak pintar, transaksi energi ini didokumentasikan dan diselesaikan secara mandiri. Sentral dalam proses ini adalah perangkat IoT, seperti baterai dan perangkat keras yang terhubung ke mikro jaringan, 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 mendapatkan perhatian di berbagai sektor pada tahun 2023. Dengan menyingkirkan penjaga gerbang terpusat, DePIN bersiap untuk meningkatkan efisiensi, mengurangi biaya, memperluas aksesibilitas, dan memberikan lebih banyak kuasa kepada individu.

Anatomi DePIN

Infrastruktur fisik terdesentralisasi bergantung pada tumpukan teknologi yang canggih yang menggabungkan perangkat keras, konektivitas, perangkat lunak perantara, kontrak pintar berbasis blockchain, dan aplikasi web atau seluler.

Meninjau lebih dekat jaringan DEPIN khas (pikirkan DIMO atau Helium atau WiFimap atau GeoDnet), biasanya terdapat 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 sebagian besar fokus untuk memverifikasi apakah node layanan berfungsi seperti yang diharapkan. Ini menjamin representasi dan pelaporan yang akurat dari aktivitas dan kejadian di dunia nyata dari node layanan ke kontrak pintar, yang dapat terkait erat dengan cara kerja token DEPIN.
• Pengguna akhir: komunitas orang biasa atau bisnis 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, ketidakadaan metrik tersebut dapat menyebabkan, seperti yang disebutkan di sini:

1. Transaksi mandiri: Peserta mungkin mengeksploitasi jaringan dengan menggunakan layanan dari infrastruktur yang mereka miliki, mengumpulkan biaya dan imbalan. Untuk ilustrasi, sebuah entitas energi dapat mensimulasikan pembelian energi dari cadangan mereka sendiri. Mengingat subsidi yang cukup atau imbalan blok awal, transaksi mandiri menjadi menguntungkan.
2. Provider Malas: Penyedia infrastruktur mungkin menjanjikan layanan tetapi baik Mundur dari komitmen mereka atau memberikan layanan yang berkualitas rendah. Tanpa sistem verifikasi yang ketat, pengguna tidak memiliki jalan keluar.
3. Provider Jahat: Meskipun lebih jarang dibandingkan dengan dua yang pertama, ada kemungkinan entitas jahat memanipulasi infrastruktur, membujuk pengguna untuk menerima data sensor yang tidak valid yang sejalan dengan kepentingan finansial penyedia. Perilaku yang tidak terkendali dapat mengguncang insentif ekonomi DePIN. Kepercayaan dan efisiensi jaringan menurun, mengarah pada "tragedi komunal" dengan penyedia yang mencari keuntungan pribadi atau sentralisasi kekuasaan. Dalam kedua kasus, tujuan dari infrastruktur terdesentralisasi yang didorong oleh rekan-rekan terancam.

Middleware untuk Verifikasi

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

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

Perspektif A: Teknologi yang Layak untuk Verifikasi

Verifikasi yang sukses dalam DePIN tercapai jika kedua hal berikut dicapai secara bersamaan:

1. Keaslian dan Integritas Pengukuran: Pengukuran dari node layanan atau perangkat mencerminkan status kerja mereka (misalnya, mereka telah memberikan layanan tertentu, seperti memberikan konektivitas WiFi atau mengumpulkan data lingkungan) dan harus asli dan tidak dimanipulasi.
2. Keterpercayaan Komputasi Off-chain: Biasanya, pengukuran tidak dapat langsung digunakan untuk tujuan verifikasi. Sejumlah komputasi off-chain yang diperlukan harus diproses, yang perlu dapat dipercaya, misalnya, tidak ada kecurangan. Ambil contoh DePIN yang fokus pada energi: penting bagi kontrak pintar untuk mempercayai bahwa meter pintar mengukur generasi energi surya dengan benar DAN middleware memverifikasi mungkin 6 jam pengukuran dari meter pintar ini, untuk memulai pembayaran on-chain dalam crypto.

Untuk mencapai keduanya, kita dapat memetakan teknologi saat ini yang layak, seperti di bawah ini.

Perspektif B: Mengemas Teknologi Verifikasi dengan Cara Terdesentralisasi

Setelah memahami cukup banyak tentang teknologi verifikasi yang layak, kita perlu memikirkan bagaimana kita bisa mengemasnya ke dalam protokol terdesentralisasi. Berikut beberapa pemikiran:

• Lapisan perangkat keras perlu diminimalkan (untuk memastikan aksesibilitas yang luas dan desentralisasi) dan banyak fitur harus dijamin dalam middleware untuk membantu menghindari risiko sentralisasi di area lain dari 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
• menjadi tanpa izin dan netral (sumber terbuka, dikelola oleh komunitas)
• menjadi transparan dan tidak memerlukan kepercayaan, menawarkan keamanan tinggi, mampu bertahan dari serangan canggih yang didorong oleh motif finansial.
• mampu mengeksekusi berbagai jenis verifikasi untuk skenario yang berbeda, oleh karena itu membutuhkan pemrograman (pikirkan tentang kontrak pintar) yang disematkan.
• Mampu mengabadikan fitur-fitur yang diperlukan dari lapisan perangkat keras atau aplikasi ketika diperlukan.

Perspektif C: Mode Verifikasi

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

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

Membangun W3bstream sebagai Middleware untuk Verifikasi DePIN

Menggabungkan semua perspektif yang disebutkan di atas, kami mengedepankan pendekatan berbasis bukti-validitas dan membayangkan protokol verifikasi off-chain yang terdesentralisasi, bersama, dan netral (sebagai bagian dari Jaringan IoTeX) untuk melayani jaringan DEPIN. Protokol ini mengasimilasi 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 pradeveloper W3bstream pada Juli dan kami kini bergerak cepat untuk menghadirkan versi Mainnet Sprout seperti yang direncanakan dalam peta jalan kami, yang memungkinkan penggunaan komunitas untuk mempertaruhkan IOTX untuk berpartisipasi dalam awal dingin 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) "rumus" verifikasi mereka ke platform. "Rumus" ini dapat dibuat dalam Rust, Golang, C++, dengan lebih banyak bahasa yang akan segera didukung. Inilah penampilan tipikal mereka:

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

Benchmark Jarak Bukti-Penggerak

Catatan: mesin biasa - 12 thread CPU + 64GB RAM

Memperkenalkan Kepercayaan di Dunia Terdesentralisasi Masa Depan

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