W3bstream: Sebuah Layer-2 Rollup untuk DePIN

IoTeX Team

03 Jan 2024 • 7 min read

Kebangkitan ruang DePIN baru-baru ini ke arus utama kripto menimbulkan beberapa pertanyaan dan tantangan, seperti desentralisasi, skalabilitas, verifiabilitas, manajemen identitas, dan kepercayaan data. Artikel di bawah ini akan membahas beberapa tantangan tersebut dan solusi yang diusulkan oleh tim inti IoTeX melalui salah satu produknya: W3bstream, sebuah arsitektur skalabel yang berpusat pada Rollup untuk komputasi data off-chain.

Penyegaran Kembali tentang DePIN

Sektor DePIN (Decentralized Physical Infrastructure Networks) mewakili pergeseran signifikan dari sistem IoT berbasis Web2 tradisional. Secara tradisional, sistem IoT bersifat cloud-centric, di mana data dari perangkat fisik melewati gateway IoT ke cloud untuk pemrosesan dan penyimpanan, atau edge-centric, yang melibatkan server edge yang memproses data lebih dekat ke sumbernya. Arsitektur-arsitektur ini, meskipun populer dalam aplikasi IoT, bersifat terpusat atau hibrida. DePIN, di sisi lain, memperkenalkan pendekatan baru dengan mengintegrasikan tiga teknologi inti: Blockchain, IoT, dan Tokenomics. Kombinasi ini memungkinkan terciptanya jaringan infrastruktur dan ekonomi mesin dari tingkat akar rumput. Keunikan DePIN terletak pada model yang digerakkan oleh komunitas, yang mendorong pembangunan aplikasi untuk kepentingan bersama, alih-alih penerapan dan pemeliharaan terpusat oleh satu perusahaan.
Ada dua kategori utama dalam DePIN:

Physical Resource Networks (PRNs): Jaringan ini berfokus pada perangkat keras yang bergantung pada lokasi untuk memberikan barang atau layanan yang unik. Contohnya termasuk konektivitas nirkabel, kecerdasan geospasial melalui sensor di area tertentu, dan aplikasi mobilitas seperti layanan otomotif.
Digital Resource Networks (DRNs): DRN memberikan insentif untuk penerapan perangkat keras untuk sumber daya yang dapat dipertukarkan (fungible), seperti daya komputasi, penyimpanan, atau bandwidth. Ini memungkinkan terciptanya jaringan besar untuk tugas-tugas seperti rendering video/audio atau layanan penyimpanan, tanpa memerlukan perangkat keras khusus lokasi.

Lanskap DePIN sangat kaya dan beragam, dengan banyak startup yang mengeksplorasi berbagai aspek seperti komputasi terdesentralisasi, penyimpanan, jaringan bandwidth, dan protokol komunikasi. Terlepas dari kategori mana suatu proyek termasuk, DePIN memiliki tantangan bawaan seperti menetapkan identitas sistem, mengatasi masalah privasi, dan yang terutama, skalabilitas.

Tantangan Skalabilitas DePIN

Seperti yang telah disinggung sebelumnya, skalabilitas muncul sebagai tantangan krusial, didorong oleh karakteristik bawaan dari aplikasi DePIN. DePIN biasanya mencakup jaringan berskala besar dengan banyak perangkat, yang menghasilkan dan memproses data dalam jumlah besar. Bersamaan dengan itu, integrasi dengan teknologi blockchain, meskipun memberikan fondasi kepercayaan yang kuat, membawa keterbatasannya sendiri. Blockchain, yang dikenal dengan faktor kepercayaannya yang tinggi, memiliki kemampuan pemrosesan yang terbatas dan penyimpanan data yang mahal. Kontras antara kebutuhan jaringan dan data yang luas dengan kemampuan pemrosesan blockchain yang terbatas ini dengan jelas menggambarkan tantangan skalabilitas yang dihadapi dalam aplikasi DePIN.

Pendekatan Rollup Ethereum

Pendekatan yang telah diadopsi Ethereum untuk mengatasi masalah skalabilitas adalah melalui peta jalan yang berpusat pada Rollup. Strategi ini secara fundamental memikirkan kembali cara pemrosesan data dan eksekusi transaksi ditangani dalam jaringan blockchain.

Rollup Layer 2: Alih-alih hanya mengandalkan Layer 1 (blockchain utama) untuk semua pemrosesan data dan eksekusi, Ethereum mengusulkan untuk mengalihkan sebagian besar pekerjaan ini ke jaringan Rollup Layer 2. Jaringan ini beroperasi berdampingan dengan blockchain utama tetapi menangani transaksi dengan cara yang lebih efisien.
Pemrosesan Batch Transaksi: Jaringan Layer 2 mengumpulkan transaksi dari jaringan Layer 1 dan memprosesnya secara batch. Dengan mengagregasi banyak transaksi, jaringan Rollup dapat memprosesnya dengan lebih efisien dibandingkan jika ditangani satu per satu di blockchain utama.
Pembuatan dan Validasi Bukti: Setelah memproses transaksi dalam satu batch, jaringan Layer 2 menghasilkan sebuah bukti. Bukti ini merupakan bukti kriptografis yang memverifikasi bahwa semua transaksi yang diproses dalam jaringan Rollup adalah valid. Jaringan Layer 1, melalui sebuah smart contract, kemudian memvalidasi bukti ini. Proses ini memastikan integritas transaksi yang diproses di jaringan Layer 2.
Layer 1 sebagai Jangkar Kepercayaan: Meskipun mengalihkan pemrosesan data ke jaringan Layer 2, blockchain Layer 1 tetap mempertahankan perannya sebagai jangkar kepercayaan inti. Ini dicapai dengan memvalidasi bukti dari jaringan Layer 2, sehingga menjaga integritas dan keamanan jaringan secara keseluruhan.
Transisi State yang Efisien: Dengan jaringan Layer 1 menerima bukti-bukti ini dan transisi state yang dihasilkan, ia dapat memproses batch transaksi dengan lebih efisien. Pendekatan ini mengurangi beban pada jaringan Layer 1, sehingga memungkinkannya berfungsi lebih efektif sebagai jangkar kepercayaan sambil menangani lebih sedikit tugas, namun yang lebih krusial.

Pendekatan yang berpusat pada Rollup ini memungkinkan Ethereum untuk secara signifikan meningkatkan skalabilitasnya, dan dapat diadaptasi untuk DePIN, dengan beberapa modifikasi tertentu.

W3bstream: Rollup Layer-2 untuk DePIN

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, pendekatan yang berpusat pada Rollup juga dapat digunakan untuk menskalakan aplikasi DePIN. Pendekatan ini merupakan filosofi inti di balik W3bstream milik IoTeX, jaringan Layer-2 IoTeX yang secara khusus ditujukan untuk menskalakan proyek-proyek DePIN, yang mampu mengompres (mengagregasi) data off-chain dalam jumlah besar menjadi bukti zk (zk-proof) yang jauh lebih kecil dan dapat diverifikasi untuk memicu transaksi on-chain. Sekarang mari kita lihat komponen-komponen utama dari pendekatan ini:

Sovereign Smart Devices: Ini sangat penting untuk kepercayaan data dalam proyek DePIN. Diterapkan di dunia fisik, perangkat-perangkat ini tidak hanya mengumpulkan data tetapi juga membuktikan kepercayaan dari proses pengumpulan data.
Data Availability Layer: Lapisan ini bertanggung jawab untuk menyimpan sementara data yang diterima dari perangkat. Lapisan ini bisa berupa on-chain atau off-chain dan berbeda dari penyimpanan permanen karena sifatnya yang jangka pendek.
Decentralized Sequencer Network (DSN): DSN mencapai konsensus atas data yang dikumpulkan dari perangkat dan menyimpannya di lapisan ketersediaan data (data availability layer). Konsensus ini diperlukan agar komputasi yang bermakna dapat dilakukan.
Decentralized Aggregator Network: Bertanggung jawab atas komputasi, jaringan ini mengambil data secara batch dari lapisan ketersediaan data dan menghasilkan bukti zk teragregasi untuk satu atau beberapa perangkat.
Layer-1 Network: Smart contract pada Layer-1 dapat digunakan sebagai verifier untuk memverifikasi bukti zk yang dihasilkan oleh aggregator off-chain. Dengan cara ini, Layer-1 berfungsi sebagai fondasi kepercayaan dan lapisan penyelesaian (settlement layer) untuk aplikasi DePIN. Alur tingkat tinggi dari arsitektur semacam ini adalah sebagai berikut:

Bagian-bagian di bawah ini menganalisis arsitektur ini secara lebih rinci, dimulai dari bagaimana mengumpulkan data yang tepercaya, kemudian menjelaskan pra-pemrosesan data dan ketersediaan data, untuk kemudian membahas proses pembuatan bukti agregat (aggregate proof generation).

Pengumpulan Data Tepercaya

Dalam aplikasi DePIN, pengumpulan data yang tepercaya sangatlah penting dan terutama dicapai melalui dua pendekatan: berbasis TEE (Trusted Execution Environment) dan berbasis zero-knowledge proof (ZKP).

Pendekatan Berbasis TEE: TEE memastikan pengumpulan data yang aman dengan mengisolasi kode pengumpulan data di area perangkat yang dilindungi. Pendekatan ini juga mencakup remote attestation, yang memungkinkan verifikasi eksternal terhadap pengoperasian perangkat dan integritas kode.
Pendekatan Berbasis ZKP: Metode ini memungkinkan perangkat untuk membuktikan keakuratan pengumpulan data mereka tanpa mengungkapkan data yang mendasarinya. Metode ini bervariasi tergantung pada kemampuan perangkat, dengan pembuatan ZKP secara on-board untuk perangkat yang canggih dan pembuatan secara remote untuk perangkat yang lebih terbatas.

Menggabungkan TEE dan ZKP meningkatkan kepercayaan pengumpulan data dalam aplikasi DePIN, yang berdampak pada efektivitas keseluruhan sistem keuangan terkait. Penelitian di masa depan bertujuan untuk meningkatkan efisiensi ZKP, terutama untuk perangkat dengan banyak 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, yang difasilitasi oleh decentralized sequencer network. Jaringan ini melayani berbagai proyek DePIN dan mengatasi tantangan keberagaman perangkat, khususnya dalam protokol komunikasi.

Decentralized Sequencer Network:

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 attestation dari perangkat yang mendukung TEE atau dengan memverifikasi bukti yang dihasilkan oleh perangkat.
2) Memvalidasi tanda tangan (signature) perangkat untuk memastikan keaslian sumber data.

Penyimpanan dan Ketersediaan Data:

Pasca Pra-Pemrosesan: Setelah data dipra-proses dan konsensus tercapai dalam jaringan, data tersebut disimpan di lapisan ketersediaan data yang spesifik untuk proyek tersebut.
Solusi Penyimpanan yang Dapat Disesuaikan: Proyek memiliki fleksibilitas untuk memilih lapisan ketersediaan data yang mereka inginkan. Hal ini dimungkinkan melalui adapter penyimpanan yang dapat dikonfigurasi, sehingga data dapat disimpan di lapisan ketersediaan data yang dipilih.

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

Agregasi Bukti Data

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

Node Agregator dan Kumpulan Komputasi:

Jaringan ini terdiri dari node-node agregator yang membentuk kumpulan sumber daya komputasi off-chain, yang dibagikan di seluruh proyek DePIN.
Node-node ini secara berkala memilih agregator yang sedang idle, berdasarkan pemantau status on-chain, untuk menangani tugas komputasi bagi proyek DePIN tertentu.

Eksekusi Tugas oleh Node Agregator:

Node yang dipilih mengambil data dari lapisan ketersediaan data (data availability layer).
Kemudian node tersebut melakukan komputasi yang diperlukan untuk proyek DePIN dan menghasilkan bukti.
Bukti ini dikirim ke smart contract Layer 1 untuk diverifikasi, setelah itu node tersebut kembali ke status idle.

Agar bukti agregat ini dapat dihasilkan, sistem akan memanfaatkan sirkuit agregasi berlapis, yang terdiri dari komponen-komponen berikut:

Sirkuit Kompresi Data: Berfungsi seperti pohon Merkle, memvalidasi bahwa semua data yang dikumpulkan berasal dari root pohon Merkle tertentu.
Sirkuit Verifikasi Tanda Tangan Batch: Memverifikasi validitas data dari perangkat secara batch, yang masing-masing terkait dengan sebuah tanda tangan.
Sirkuit Komputasi DePIN: Membuktikan bahwa logika komputasi tertentu untuk sebuah proyek DePIN, seperti memverifikasi jumlah langkah dalam proyek kesehatan, atau energi yang dihasilkan di sebuah pembangkit tenaga surya, dieksekusi dengan benar.
Sirkuit Agregasi Bukti: Menggabungkan semua bukti menjadi satu untuk validasi akhir oleh smart contract Layer 1.

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

Kesimpulan

Sebagai kesimpulan, W3bstream berkontribusi pada skalabilitas DePIN dengan mengelola pra-pemrosesan data secara efisien melalui jaringan sequencer terdesentralisasinya. W3bstream mendukung pembuatan bukti agregat, yang sangat penting untuk memvalidasi komputasi kompleks di seluruh jaringan berskala besar. Dengan memfasilitasi komputasi off-chain dan menyediakan mekanisme yang kuat untuk verifikasi bukti on-chain, W3bstream secara signifikan meningkatkan throughput dan efisiensi aplikasi DePIN. Meskipun orkestrasi W3bstream bergantung pada blockchain IoTeX, yang tetap menjadi pilihan sempurna untuk aplikasi DePIN baru karena kecepatan, keamanan, dan efektivitas biayanya, W3bstream dapat mendukung proyek DePIN yang sudah ada di blockchain apa pun. Arsitekturnya memungkinkan infrastruktur yang skalabel dan aman, menjadikannya komponen penting dalam ekosistem jaringan terdesentralisasi yang lebih luas.

Artikel ini didasarkan pada karya penelitian oleh kepala riset IoTeX, Prof. Xinxin Fan dan Lei Xiu dari Kent State University. Untuk informasi lebih lanjut, silakan lihat makalah penelitian lengkapnya di sini.

Pelajari lebih lanjut tentang W3bstream dan semua alat yang ditawarkan oleh tim IoTeX kepada para pembangun dan pendiri DePIN. Baru mengenal DePIN? Temukan semua hal tentang lanskap DePIN di DePINscan yang didukung oleh IoTeX.