W3bstream: Sebuah Rollup Layer-2 untuk DePIN

Kenaikan terbaru dari DePIN ke dalam arus utama crypto menimbulkan beberapa pertanyaan dan tantangan, seperti desentralisasi, skalabilitas, verifikasi, manajemen identitas, dan kepercayaan data. Artikel di bawah ini akan membahas beberapa tantangan ini dan solusi yang diusulkan oleh tim inti IoTeX melalui salah satu produknya: W3bstream, sebuah arsitektur yang terpusat pada Rollup untuk komputasi data off-chain.

Penyegaran DePIN

Sektor DePIN (Jaringan Infrastruktur Fisik Terdesentralisasi) mewakili perubahan signifikan dari sistem IoT berbasis Web2 tradisional. Secara tradisional, sistem IoT sering kali bersifat cloud-centric, di mana data dari perangkat fisik melalui gateway IoT ke cloud untuk diproses dan disimpan, atau edge-centric, melibatkan server tepi yang memproses data lebih dekat ke sumbernya. Arsitektur ini, meskipun populer dalam aplikasi IoT, bersifat terpusat atau hibrida. Namun, DePIN memperkenalkan pendekatan baru dengan mengintegrasikan tiga teknologi inti: Blockchain, IoT, dan Tokenomics. Kombinasi ini memungkinkan penciptaan jaringan infrastruktur dan ekonomi mesin dari tingkat akar rumput. Keunikan DePIN terletak pada model yang didorong oleh komunitas, mendorong pembangunan aplikasi untuk kepentingan umum, alih-alih penerapan dan pemeliharaan terpusat oleh satu perusahaan.
Terdapat dua kategori utama dalam DePIN:

1. Jaringan Sumber Daya Fisik (PRN): Jaringan ini fokus pada perangkat keras yang tergantung pada lokasi untuk menyediakan barang atau layanan unik. Contohnya termasuk konektivitas nirkabel, kecerdasan geospatial melalui sensor di area tertentu, dan aplikasi mobilitas seperti layanan otomotif.
2. Jaringan Sumber Daya Digital (DRN): DRN memberi insentif untuk penerapan perangkat keras untuk sumber daya yang dapat dipertukarkan, seperti daya komputasi, penyimpanan, atau bandwidth. Ini memungkinkan penciptaan jaringan besar untuk tugas seperti rendering video/audio atau layanan penyimpanan, tanpa perlu perangkat keras spesifik lokasi.

Lanskap DePIN kaya dan bervariasi, dengan banyak startup yang menjelajahi berbagai aspek seperti komputasi terdesentralisasi, penyimpanan, jaringan bandwidth, dan protokol komunikasi. Terlepas dari kategori mana proyek tertentu masuk, DePIN membawa tantangan yang melekat seperti menetapkan identitas sistem, menangani masalah privasi, dan terutama, skalabilitas.

Tantangan Skalabilitas DePIN

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, skalabilitas muncul sebagai tantangan krusial, didorong oleh karakteristik alami dari aplikasi DePIN. DePIN umumnya mencakup jaringan berskala besar dengan banyak perangkat, menghasilkan dan memproses jumlah data yang sangat besar. Pada saat yang sama, integrasi dengan teknologi blockchain, sementara memberikan fondasi kepercayaan yang solid, membawa batasan tersendiri. Blockchain, yang dikenal karena faktor kepercayaan yang tinggi, menderita dari kemampuan pemrosesan terbatas dan biaya penyimpanan data yang tinggi. Perbandingan antara kebutuhan jaringan dan data yang luas dengan keterbatasan kemampuan pemrosesan blockchain jelas menggambarkan tantangan skalabilitas yang dihadapi dalam aplikasi DePIN.

Pendekatan Rollup Ethereum

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

1. Rollup Layer 2: Alih-alih mengandalkan sepenuhnya pada Layer 1 (blockchain utama) untuk semua pemrosesan dan eksekusi data, Ethereum mengusulkan untuk mengalihkan banyak pekerjaan ini ke jaringan Rollup Layer-2. Jaringan ini beroperasi di samping blockchain utama tetapi menangani transaksi dengan cara yang lebih efisien.
2. Proses Batch Transaksi: Jaringan Layer 2 mengumpulkan transaksi dari jaringan Layer 1 dan memprosesnya secara batch. Dengan mengagregasi banyak transaksi, jaringan Rollup dapat memprosesnya lebih efisien dibandingkan jika ditangani secara individu di blockchain utama.
3. Pembuatan dan Validasi Bukti: Setelah memproses transaksi dalam satu batch, jaringan Layer 2 menghasilkan sebuah bukti. Bukti ini adalah bukti kriptografis 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 pada jaringan Layer 2.
4. Layer 1 sebagai Jangkauan Kepercayaan: Meskipun mengalihkan pemrosesan data ke jaringan Layer 2, blockchain Layer 1 mempertahankan perannya sebagai jangkar kepercayaan inti. Ini dicapai dengan memvalidasi bukti dari jaringan Layer 2, sehingga mempertahankan integritas dan keamanan jaringan secara keseluruhan.
5. Transisi Status yang Efisien: Dengan jaringan Layer 1 menerima bukti ini dan transisi status yang dihasilkan, ia dapat memproses batch transaksi lebih efisien. Pendekatan ini mengurangi beban pada jaringan Layer 1, memungkinkannya untuk berfungsi lebih efektif sebagai jangkar kepercayaan sambil menangani tugas yang lebih sedikit, tetapi lebih kritis.

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

W3bstream: Rollup Layer-2 untuk DePIN

Seperti yang disebutkan sebelumnya, pendekatan yang berfokus pada Rollup juga dapat digunakan untuk menskalakan aplikasi DePIN. Pendekatan ini adalah filosofi inti di balik W3bstream milik IoTeX, jaringan Layer-2 IoTeX yang secara khusus ditujukan untuk menskalakan proyek DePIN, yang mampu mengompresi (mengagregasi) sejumlah 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 Cerdas Berdaulat: Ini sangat penting untuk keandalan data dalam proyek DePIN. Diterapkan di dunia fisik, perangkat ini tidak hanya mengumpulkan data tetapi juga memberikan bukti tentang keandalan proses pengumpulan data.
2. Lapisan Ketersediaan Data: Lapisan ini bertanggung jawab untuk menyimpan data yang diterima dari perangkat secara sementara. Ini bisa berada di on-chain atau off-chain dan berbeda dari penyimpanan persisten karena sifatnya yang jangka pendek.
3. Jaringan Pengurut Terdesentralisasi (DSN): DSN mencapai konsensus tentang data yang dikumpulkan dari perangkat dan menyimpannya di lapisan ketersediaan data. Konsensus ini diperlukan agar perhitungan yang berarti dapat dilakukan.
4. Jaringan Agregator Terdesentralisasi: Bertanggung jawab untuk perhitungan, jaringan ini mengambil data dalam paket dari lapisan ketersediaan data dan menghasilkan bukti zk agregat untuk satu atau beberapa perangkat.
5. Jaringan Layer-1: Kontrak cerdas di Layer-1 dapat digunakan sebagai verifier untuk memverifikasi bukti zk yang dihasilkan oleh agregator off-chain. Dengan cara ini, Layer-1 berfungsi sebagai fondasi kepercayaan dan lapisan penyelesaian untuk aplikasi DePIN. Alur tingkat tinggi dari arsitektur semacam itu adalah sebagai berikut:

Bagian-bagian di bawah ini menganalisis arsitektur ini dengan lebih detail, dimulai dari bagaimana untuk mengumpulkan data terpercaya, kemudian menjelaskan pra-pemrosesan data dan ketersediaan data untuk kemudian berbicara tentang proses generasi bukti agregat.

Pengumpulan Data Terpercaya

Dalam aplikasi DePIN, pengumpulan data terpercaya 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 dari perangkat. Ini juga mencakup attestation 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 mendasarinya. Ini bervariasi berdasarkan kemampuan perangkat, dengan generasi ZKP di dalam perangkat untuk perangkat yang kuat dan generasi jarak jauh untuk perangkat yang lebih terbatas.

Komposisi TEE dan ZKP meningkatkan keandalan pengumpulan data dalam aplikasi DePIN, mempengaruhi efektivitas keseluruhan dari sistem keuangan yang 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 jaringan pengurut terdesentralisasi. Jaringan ini melayani berbagai proyek DePIN dan mengatasi tantangan keberagaman perangkat, khususnya dalam protokol komunikasi.

Jaringan Pengurut Terdesentralisasi:

• Fungsi: Melakukan 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) Mengkonfirmasi keabsahan proses pengumpulan data, baik dengan memeriksa laporan sertifikasi dari perangkat yang mendukung TEE atau dengan memverifikasi bukti yang dihasilkan oleh perangkat.
  2) Memvalidasi tanda tangan perangkat untuk memastikan keaslian sumber data.

Penyimpanan dan Ketersediaan Data:

• Post-Pra-pemrosesan: Setelah data diproses dan konsensus dicapai dalam jaringan, data disimpan di lapisan ketersediaan data yang spesifik untuk proyek.
• Solusi Penyimpanan yang Dapat Disesuaikan: Proyek memiliki fleksibilitas untuk memilih lapisan ketersediaan data yang mereka pilih. Ini diaktifkan melalui adaptor penyimpanan yang dapat dikonfigurasi, memungkinkan data untuk 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 fokus pada pembuatan bukti agregat, merupakan proses penting untuk memvalidasi perhitungan dalam proyek DePIN.

Node Pengagregat dan Kolam Perhitungan:

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

Eksekusi Tugas oleh Node Pengagregat:

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

Agar bukti agregat ini dapat dihasilkan, sistem akan memanfaatkan sirkuit agregasi berlapis, 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 Perhitungan DePIN: Membuktikan bahwa logika perhitungan tertentu untuk proyek DePIN, seperti memverifikasi jumlah langkah dalam proyek kesehatan, atau energi yang dihasilkan di pembangkit solar, dijalankan dengan benar.
• Sirkuit Agregasi Bukti: Mengagregasi semua bukti menjadi satu untuk validasi akhir oleh kontrak pintar Layer 1.

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

Kesimpulan

Sebagai kesimpulan, W3bstream berkontribusi pada skalabilitas DePIN dengan mengelola pra-pemrosesan data secara efisien melalui jaringan sekuensing terdesentralisasi. Ini mendukung pembuatan bukti agregat, yang penting untuk memvalidasi perhitungan kompleks di jaringan berskala besar. Dengan memfasilitasi perhitungan off-chain dan menyediakan mekanisme yang kuat untuk verifikasi bukti on-chain, W3bstream secara signifikan meningkatkan throughput dan efisiensi aplikasi DePIN. Sementara orkestrasi W3bstream bergantung pada blockchain IoTeX, yang masih menjadi pilihan sempurna untuk aplikasi DePIN baru karena kecepatan, 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 didasarkan pada 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 tim IoTeX untuk para pembangun dan pendiri DePIN. Baru di DePIN? Temukan segala hal tentang lanskap DePIN di DePINscan yang didukung oleh IoTeX.