W3bstream: A Layer-2 Rollup untuk DePIN

Kenaikan terbaru ruang DePIN menjadi arus utama crypto menimbulkan beberapa pertanyaan dan tantangan, seperti desentralisasi, skalabilitas, verifikasi, manajemen identitas, dan kepercayaan data. Artikel di bawah ini akan mengulas beberapa tantangan ini dan solusi yang diajukan oleh tim inti IoTeX melalui salah satu produknya: W3bstream, arsitektur skalabel berfokus Rollup untuk komputasi data off-chain.

Penyegaran DePIN

Sektor DePIN (Jaringan Infrastruktur Fisik Terdesentralisasi) mewakili pergeseran signifikan dari sistem IoT berbasis Web2 tradisional. Secara tradisional, sistem IoT telah baik berbasis cloud, di mana data dari perangkat fisik melewati gateway IoT ke cloud untuk diproses dan disimpan, atau berbasis edge, melibatkan server edge yang memproses data lebih dekat dengan sumbernya. Arsitektur ini, meskipun populer dalam aplikasi IoT, bersifat terpusat atau hibrid. DePIN, bagaimanapun, memperkenalkan pendekatan baru dengan mengintegrasikan tiga teknologi inti: Blockchain, IoT, dan Tokenomics. Kombinasi ini memungkinkan penciptaan jaringan infrastruktur dan ekonomi mesin dari level akar rumput. Keunikan DePIN terletak pada model yang dipimpin komunitas, mendorong pembangunan aplikasi untuk kebaikan bersama, alih-alih penyebaran dan pemeliharaan terpusat oleh satu perusahaan.
Ada dua kategori utama dalam DePIN:

1. Jaringan Sumber Daya Fisik (PRNs): Jaringan ini berfokus pada perangkat keras yang tergantung pada lokasi untuk menyediakan barang atau layanan unik. Contohnya termasuk konektivitas nirkabel, intelijen geospasial melalui sensor di area tertentu, dan aplikasi mobilitas seperti layanan otomotif.
2. Jaringan Sumber Daya Digital (DRNs): DRNs memberikan insentif untuk penyebaran perangkat keras untuk sumber daya serbaguna, seperti kekuatan komputasi, penyimpanan, atau bandwidth. Ini memungkinkan penciptaan jaringan besar untuk tugas seperti rendering video/audio atau layanan penyimpanan, tanpa memerlukan perangkat keras spesifik lokasi.

Pemandangan DePIN kaya dan bervariasi, dengan banyak startup yang menjelajahi berbagai aspek seperti komputasi terdesentralisasi, penyimpanan, jaringan bandwidth, dan protokol komunikasi. Terlepas dari jenis kategori proyek tertentu, DePIN datang dengan tantangan yang melekat seperti membangun identitas sistem, menghadapi masalah privasi, dan yang paling menonjol, skalabilitas.

Tantangan Skalabilitas DePIN

Seperti yang diisyaratkan sebelumnya, skalabilitas muncul sebagai tantangan krusial, didorong oleh karakteristik bawaan dari aplikasi DePIN. DePIN biasanya mencakup jaringan skala besar dengan banyak perangkat, menghasilkan dan memproses jumlah data yang sangat besar. Secara bersamaan, integrasi dengan teknologi blockchain, meskipun memberikan dasar kepercayaan yang kuat, membawa batasan tersendiri. Blockchain, yang dikenal karena faktor kepercayaannya yang tinggi, menderita dari keterbatasan kemampuan pemrosesan dan biaya penyimpanan data yang tinggi. Juxtaposition dari kebutuhan jaringan dan data yang luas dalam menghadapi keterbatasan pemrosesan blockchain jelas menggambarkan tantangan skalabilitas yang dihadapi dalam aplikasi DePIN.

Pendekatan Rollup Ethereum

Pendekatan yang diadopsi Ethereum untuk mengatasi masalah skalabilitas adalah melalui roadmap berfokus Rollup. Strategi ini secara fundamental mengubah cara pemrosesan data dan eksekusi transaksi ditangani dalam jaringan blockchain.

1. Rollup Layer 2: Alih-alih hanya mengandalkan Layer 1 (blockchain utama) untuk semua pemrosesan data dan eksekusi, Ethereum mengusulkan memindahkan banyak pekerjaan ini ke jaringan Rollup Layer 2. Jaringan ini beroperasi di samping blockchain utama tetapi menangani transaksi dengan cara yang lebih efisien.
2. Pemrosesan Transaksi Batch: Jaringan Layer 2 mengumpulkan transaksi dari jaringan Layer 1 dan memprosesnya dalam batch. Dengan menggabungkan beberapa transaksi, jaringan Rollup dapat memprosesnya lebih efisien daripada jika ditangani secara individual di blockchain utama.
3. Generasi dan Validasi Bukti: Setelah memproses transaksi dalam batch, jaringan Layer 2 menghasilkan bukti. Bukti ini adalah bukti kriptografi yang memverifikasi bahwa semua transaksi yang diproses dalam jaringan Rollup adalah valid. Jaringan Layer 1, melalui kontrak pintar, kemudian memvalidasi bukti ini. Proses ini memastikan integritas transaksi yang diproses di jaringan Layer 2.
4. Layer 1 sebagai Jangkar Kepercayaan: Meskipun memindahkan pemrosesan data ke jaringan Layer 2, blockchain Layer 1 tetap berfungsi sebagai jangkar kepercayaan inti. Ini dicapai dengan memvalidasi bukti dari jaringan Layer 2, dengan demikian mempertahankan integritas dan keamanan jaringan secara keseluruhan.
5. Transisi Status Efisien: Dengan jaringan Layer 1 menerima bukti ini dan transisi status yang dihasilkan, ia dapat memproses batch transaksi dengan lebih efisien. Pendekatan ini mengurangi beban di jaringan Layer 1, memungkinkan untuk berfungsi lebih efektif sebagai jangkar kepercayaan sambil menangani lebih sedikit, namun lebih penting, tugas.

Pendekatan berfokus Rollup ini memungkinkan Ethereum untuk secara signifikan meningkatkan skalabilitasnya, dan dapat diadaptasi ke DePIN, dengan modifikasi tertentu.

W3bstream: A Layer-2 Rollup untuk DePIN

Seperti yang disebutkan sebelumnya, pendekatan berfokus Rollup juga bisa digunakan untuk meningkatkan skala aplikasi DePIN. Pendekatan ini adalah filosofi inti di balik W3bstream dari IoTeX, jaringan Layer-2 yang dirancang khusus untuk meningkatkan proyek DePIN, yang dapat mengompres (agregasi) jumlah besar data off-chain menjadi bukti zk yang jauh lebih kecil dan dapat diverifikasi untuk memicu transaksi on-chain. Mari kita lihat komponen utama dari pendekatan semacam itu:

1. Perangkat Pintar Berdaulat: Ini penting untuk keandalan data dalam proyek DePIN. Diterapkan di dunia fisik, perangkat ini tidak hanya mengumpulkan data tetapi juga membuktikan keandalan proses pengumpulan data.
2. Layer Ketersediaan Data: Lapisan ini bertanggung jawab untuk menyimpan data yang diterima dari perangkat secara sementara. Ini bisa baik on-chain atau off-chain dan berbeda dari penyimpanan permanen karena sifat jangka pendeknya.
3. Jaringan Penyusun Terdesentralisasi (DSN): DSN mencapai konsensus atas data yang dikumpulkan dari perangkat dan menyimpannya dalam lapisan ketersediaan data. Konsensus ini diperlukan agar komputasi yang berarti dapat dilakukan.
4. Jaringan Agregator Terdesentralisasi: Bertanggung jawab untuk komputasi, jaringan ini mengambil data dalam batch dari lapisan ketersediaan data dan menghasilkan bukti zk teragregasi untuk satu atau beberapa perangkat.
5. Jaringan Layer-1: Kontrak pintar di Layer-1 dapat digunakan sebagai verifier untuk memverifikasi bukti zk yang dihasilkan oleh agregator off-chain. Dengan cara ini, Layer-1 berfungsi sebagai dasar kepercayaan dan lapisan penyelesaian bagi aplikasi DePIN. Alur tinggi dari arsitektur semacam itu adalah sebagai berikut:

Bagian di bawah ini menganalisis arsitektur ini secara lebih mendetail, dimulai dari bagaimana cara mengumpulkan data yang dapat dipercaya, kemudian menjelaskan pra-pemrosesan data dan ketersediaan data untuk kemudian membahas tentang proses generasi bukti agregat.

Pengumpulan Data Terpercaya

Dalam aplikasi DePIN, pengumpulan data tepercaya sangat penting dan terutama dicapai melalui dua pendekatan: TEE (Trusted Execution Environment)-berbasis dan bukti pengetahuan nol (ZKP)-berbasis.

1. Pendekatan Berbasis TEE: TEE memastikan pengumpulan data yang aman dengan mengisolasi kode pengumpulan data di area terlindungi pada perangkat. Ini juga mencakup attestasi jarak jauh, memungkinkan verifikasi eksternal terhadap operasi dan integritas kode perangkat.
2. Pendekatan Berbasis ZKP: Metode ini memungkinkan perangkat untuk membuktikan akurasi pengumpulan data mereka tanpa mengungkapkan data yang mendasari. Ini bervariasi berdasarkan kemampuan perangkat, dengan generasi ZKP di dalam perangkat untuk perangkat yang kuat dan generasi jarak jauh untuk perangkat yang lebih terbatas.

Penggabungan TEE dan ZKP meningkatkan keandalan pengumpulan data dalam aplikasi DePIN, berdampak pada efektivitas keseluruhan sistem keuangan terkait. Penelitian di masa depan bertujuan untuk meningkatkan efisiensi ZKP, terutama untuk perangkat dengan beberapa sensor atau kebutuhan pengumpulan data yang kompleks.

Pra-Pemrosesan Data dan Ketersediaan Data

Komponen utama kedua dalam arsitektur DePIN melibatkan pra-pemrosesan data dan memastikan ketersediaan data, difasilitasi oleh jaringan sequencer terdesentralisasi. Jaringan ini melayani banyak proyek DePIN dan menghadapi tantangan keragaman perangkat, terutama dalam protokol komunikasi.

Jaringan Sequencer Terdesentralisasi:

• Fungsi: Melakukan pra-pemrosesan data. Saat data tiba dari berbagai perangkat, jaringan memprosesnya untuk memastikan keseragaman dan kompatibilitas.
• Proses Verifikasi:
  Setiap node dalam jaringan memverifikasi data dalam dua langkah:
  1) Mengonfirmasi validitas proses pengumpulan data, baik dengan memeriksa laporan attestasi dari perangkat yang didukung TEE atau dengan memvalidasi bukti yang dihasilkan oleh perangkat.
  2) Memvalidasi tanda tangan perangkat untuk memastikan keaslian sumber data.

Penyimpanan dan Ketersediaan Data:

• Setelah Pra-Pemrosesan: Setelah data dipra-pemrosesan dan konsensus dicapai dalam jaringan, data tersebut disimpan dalam lapisan ketersediaan data yang spesifik untuk proyek.
• Solusi Penyimpanan yang Dapat Disesuaikan: Proyek memiliki fleksibilitas untuk memilih lapisan ketersediaan data yang diinginkan. Ini dimungkinkan melalui adaptor penyimpanan yang dapat dikonfigurasi, yang memungkinkan data disimpan dalam lapisan ketersediaan data yang dipilih.

Komponen arsitektur DePIN ini memainkan peran penting dalam menstandarisasi dan mengamankan aliran data dari perangkat yang beragam, memastikan bahwa data diproses secara seragam dan disimpan secara efisien.

Agregasi Bukti Data

Komponen ketiga dari arsitektur DePIN berfokus pada generasi bukti agregat, proses penting untuk memvalidasi komputasi dalam proyek DePIN.

Node Agregator dan Pool Komputasi:

• Jaringan terdiri dari node agregator yang membentuk pool sumber daya komputasi off-chain, yang dibagikan di seluruh proyek DePIN.
• Node-node ini secara berkala memilih agregator yang tidak aktif, berdasarkan pemantauan status on-chain, untuk menangani tugas komputasi untuk proyek DePIN tertentu.

Eksekusi Tugas oleh Node Agregator:

• Node yang dipilih mengambil data dari lapisan ketersediaan data.
• Selanjutnya, node melakukan komputasi yang diperlukan untuk proyek DePIN dan menghasilkan bukti.
• Bukti ini kemudian dikirim ke kontrak pintar Layer 1 untuk verifikasi, setelah itu node kembali ke status tidak aktif.

Untuk menghasilkan bukti agregat ini, sistem akan memanfaatkan sirkuit agregasi bertingkat, yang terdiri dari komponen berikut:

• Sirkuit Kompresi Data: Berfungsi seperti pohon Merkle, memvalidasi bahwa semua data yang dikumpulkan berasal dari akar pohon Merkle tertentu.
• Sirkuit Verifikasi Batch Tanda Tangan: Memverifikasi validitas data dari perangkat dalam batch, masing-masing terkait dengan tanda tangan.
• Sirkuit Komputasi DePIN: Membuktikan bahwa logika komputasi tertentu untuk proyek DePIN, seperti memverifikasi jumlah langkah dalam proyek kesehatan, atau energi yang dihasilkan di pembangkit solar, dilaksanakan dengan benar.
• Sirkuit Agregasi Bukti: Mengagregasi semua bukti menjadi satu untuk validasi akhir oleh kontrak pintar Layer 1.

Agregasi bukti data sangat penting dalam memastikan integritas dan dapat diverifikasinya komputasi dalam proyek DePIN, memberikan metode yang andal dan efisien untuk memvalidasi komputasi dan pemrosesan data off-chain.

Kesimpulan

Sebagai kesimpulan, W3bstream berkontribusi pada skalabilitas DePIN dengan secara efisien mengelola pra-pemrosesan data melalui jaringan sequencer terdesentralisasinya. Ini mendukung generasi bukti agregat, yang penting untuk memvalidasi komputasi kompleks di seluruh jaringan berskala besar. Dengan memfasilitasi komputasi off-chain dan memberikan mekanisme yang kuat untuk verifikasi bukti on-chain, W3bstream secara signifikan meningkatkan throughput dan efisiensi aplikasi DePIN. Sementara orkestrasi W3bstream mengandalkan blockchain IoTeX, yang tetap menjadi pilihan sempurna untuk aplikasi DePIN baru karena kecepatannya, keamanan, dan biaya yang efektif, W3bstream dapat mendukung proyek DePIN yang ada di blockchain mana pun. Arsitekturnya memungkinkan infrastruktur yang skalabel dan aman, menjadikannya komponen penting dalam ekosistem jaringan terdesentralisasi yang lebih luas.

Artikel ini berdasarkan karya penelitian oleh kepala penelitian IoTeX, Prof. Xinxin Fan dan Lei Xiu dari Kent State University. Untuk informasi lebih lanjut, jangan ragu untuk melihat makalah penelitian lengkap di sini.

Pelajari lebih lanjut tentang W3bstream dan semua alat yang ditawarkan oleh tim IoTeX kepada pembangun dan pendiri DePIN. Baru di DePIN? Temukan semuanya tentang pemandangan DePIN di DePINscan yang dikuasai IoTeX.