DePINの構成要素

Currently, most DePIN projects depend on traditional Web2 architectures that activate blockchain token rewards. We now explore what a modular architecture for DePINs might look like. Building a DePIN application involves a complex tech stack, consisting of composable and modular layers.

IoTeX Team

30 Apr 2024 • 6 min read

分散型物理インフラネットワーク(DePIN)は、スマートデバイスとブロックチェーン技術を統合することで、インフラへのアプローチを変革しています。この組み合わせにより、デジタル環境と物理環境の両方を管理・保護する革新的な方法が実現します。しかし、DePINのための標準化されたアーキテクチャはまだ確立されていません。現在、ほとんどのDePINプロジェクトは、ブロックチェーンのトークン報酬を有効化する従来のWeb2アーキテクチャに依存しています。それにもかかわらず、DePINのコアロジックは中央集権的なままであり、多くの場合クラウドベースのシステムに限定されているため、真の分散化の可能性が制限されています。

クラウド中心のIoTリファレンスアーキテクチャ

DePINのための分散型インフラを設計するには、過去10年間における中央集権的なクラウドおよびIoTインフラの進化を検証することが貴重な洞察を与えてくれます。これらのシステムは、多様な技術的ニーズに対応するために適応する、モジュール設計の利点を示しています。典型的なIoTアーキテクチャには、いくつかのコンポーネントが含まれます。

スマートデバイス: クラウドサービスプロバイダーが提供するデバイスSDK、オペレーティングシステム、およびデバイス認証情報をインストールすることで、複雑さの度合いが異なる幅広いスマートデバイスをクラウドに接続できます。
接続管理サービス: 接続管理サービスは、さまざまな通信プロトコルの複雑さを処理し、スマートデバイスとクラウドサービス間の安全な双方向通信を確保します。
アイデンティティおよびアクセス管理サービス: アイデンティティ管理サービスは、アイデンティティのライフサイクル(作成、オンボーディング、モニタリング、レポーティング、メンテナンス、オフボーディング)と、スマートデバイスとその所有者との関係を管理します。
デバイス管理サービス: デバイス管理サービスは、スマートデバイスのライフサイクル(プロビジョニング、展開、メンテナンス、廃止)を管理します。
データストレージサービス: データストレージサービスは、スマートデバイスから収集されたデータの短期および長期の保存を処理します。
データ処理サービス: データ処理サービスは、事前設定されたルールに基づいてスマートデバイスから収集されたデータを処理し、物理世界に関する洞察を得ます。クラウドコンピューティングインフラは、非常に中央集権的な性質にもかかわらず、モジュール式のDePINインフラを構築するのに理想的な数多くのコンポーネントを提供します。

モジュール式DePINアーキテクチャ

それでは、DePINのためのモジュール式アーキテクチャがどのようなものになるかを見ていきましょう。DePINアプリケーションの構築には、以下の図に示すように、コンポーザブルでモジュール式のレイヤーからなる複雑な技術スタックが関わります。

ハードウェア抽象化レイヤー(HAL)

ハードウェア抽象化レイヤー(HAL)は、大小さまざまな幅広いスマートデバイスの複雑さと多様性を簡素化し、それらを中央集権型または分散型の接続レイヤー(CL)のいずれかに安全に接続できるようにすることを目的としています。人気のあるマイクロコントローラーファミリー(例:ESP32、Arduino、STM32)、シングルボードコンピューター(例:Raspberry Pi、ODROID、Rock Pi)、およびスマートフォン(例:Android、iOS)をサポートする、汎用的で軽量な組み込みSDKが非常に望まれています。

コネクティビティ層(CL)

コネクティビティ層(CL)は、クラウドベースのIoTゲートウェイのような一元化されたサービスであることもあれば、非中央集権型ネットワークであることもあります。この層は一般的にHTTP(s)、WebSocket、MQTT、CoAPなどのさまざまな通信プロトコルをサポートしており、スマートデバイスから収集したデータをシーケンサー層(SL)へ確実に伝送する役割を担っています。

シーケンサー層(SL)

シーケンサー層(SL)は、一元化されたサービスであることも、非中央集権型ネットワークであることもあり、データ可用性層(DAL)に保存する前にスマートデバイスからのデータパケットを並べ替えます。SLはまた、DALとオフチェーン計算層(OCCL)の間を調整し、DALからデータセットを取得してOCCLで処理し、対応する妥当性証明を生成します。その結果と証明は、SL内のノードによってブロックチェーン層(BL)に送信される場合があります。

データ可用性層(DAL)

データ可用性層(DAL)は、一元化されたサービスであることも、非中央集権型ネットワークであることもあり、DePINプロジェクトによって定められた一定期間、データを一時的に保存します。この期間が満了すると、データは即座に削除されるか、長期保存層(LTSL)に転送されることがあります。プロジェクトの構成によっては、DALはデータの整合性を確保するために、定期的にデータセット(例:ハッシュの計算)をブロックチェーン層(BL)にコミットします。

長期保存層(LTSL)

長期保存層(LTSL)は、一元化されたサービスであることも、非中央集権型ネットワークであることもあり、DePINプロジェクトのニーズに合わせて長期的なデータ保持を目的として設計されています。保存されたデータは、事前に定められたアクセスポリシーに従い、ストレージAPIを通じてさまざまな目的(例:第三者との共有)でLTSLからアクセスすることができます。

オフチェーン計算層(OCCL)

オフチェーン計算層(OCCL)は、一元化されたサービスとして機能することも、非中央集権型の計算リソースプールとして機能することもでき、DALに保存されたデータに対してプロジェクト固有のビジネスロジックを実行し、その計算に対する妥当性証明(例:ゼロ知識証明、TEEベースのアテステーション)を生成することができます。これにより、特定の入力に対して指定された計算が正確に実行されたことが保証され、その結果を信頼し、公に検証することが可能になります。

ブロックチェーン層(BL)

ブロックチェーン層(BL)は、DePINアプリケーションの信頼の基盤として機能し、参加者のアイデンティティ、トランザクション、デバイスデータ、ステータスなどを管理します。また、オフチェーン計算の検証、マシンネットワークのオーケストレーション、DePINマイナーへのトークン報酬の分配、オンチェーンガバナンスといった重要なタスクも処理します。

アイデンティティ層(IL)

アイデンティティ層(IL)は、スマートデバイス、ユーザー、サーバーなど、DePINに関わるすべてのエンティティについて、オンチェーンおよびオフチェーンのアイデンティティ(例:アカウント抽象化(AA)ウォレット、分散型識別子(DID))を管理します。オンチェーンアイデンティティ(例:外部所有アカウント(EOA)やAAウォレット)がユーザーによるDePIN資産の管理を可能にする一方、オフチェーンアイデンティティ(例:DIDやX.509証明書)はマシン間の安全なやり取りを実現します。

ガバナンス層(GL)

ガバナンス層(GL)は、オンチェーン、オフチェーン、またはハイブリッド方式で運用され得るもので、DePIN技術スタック内の他の層のポリシーや手続きを定義し、それを実施する役割を担います。特に、GLはトークン保有者が、コミュニティベースの投票プロセスを通じて、DePINプロジェクトのさまざまな側面(例:プロジェクトのトレジャリーの使用、プロトコルのアップグレード)に関する意思決定を行うことを可能にします。

結論

上記で説明したモジュール型インフラストラクチャは、DePINアプリケーションの開発に理想的な、汎用性が高く包括的なアーキテクチャフレームワークを提供します。この汎用的な設計図は適応性を持つように設計されており、開発者は特定のプロジェクトの固有の要件に合わせてアーキテクチャをカスタマイズすることができます。プロジェクトの範囲や目的に応じて、開発者は提案された層の一部のみを利用することを選択することもあれば、機能性やパフォーマンスを高めるために複数の層を統合することもあります。

今後の記事では、このインフラストラクチャの各モジュール層についてさらに詳しく掘り下げていきます。各層を特徴づける具体的な設計上の考慮事項や技術的な詳細について検討します。各コンポーネントが全体のシステムにどのように貢献しているかを詳細に分析することで、実際のアプリケーションにおいてこれらの層をどのように最適化し実装するかについて、より明確な理解を提供することを目指します。これらの詳細な考察は、開発者やエンジニアがプロジェクトの目標や技術的要求に沿った、十分な情報に基づいた意思決定を行う一助となるでしょう。成功するDePINシステムを構築するための洞察と実践的なアドバイスが詰まった、各層の徹底的な解説にご期待ください。

IoTeXについて

IoTeXは、スマートデバイスや現実世界のデータをブロックチェーンに接続する、DePIN唯一のモジュラーインフラストラクチャプラットフォームです。IoTeXのミドルウェアソリューションであるW3bstreamは、現実世界のデータの計算と検証を提供し、それをオンチェーンにもたらすと同時に、マスアダプションを促進するためにビルダーが必要とするモジュール性とカスタマイズ性を提供します。DePINインフラストラクチャの主要プロバイダーとして、IoTeXはデバイスおよびオン/オフチェーンアクティビティからユーザーへの新たな報酬を促進し、個人のデバイスを共同経済に変え、「あらゆるものデータ」をトークン化します。60名以上の研究科学者とエンジニアからなるグローバルチームに支えられたIoTeXは、EVM互換のL1ブロックチェーン、オフチェーン計算ミドルウェア、オープンハードウェアを組み合わせ、物理世界とデジタル世界を横断して数十億のスマートデバイス、マシン、センサー、dAppを接続します。