DePIN의 탈중앙화 검증

IoTeX 공동 창립자 겸 CEO Raullen Chai와 IoTeX 연구원 Andrew Law

탈중앙화 물리 인프라 네트워크(DePIN)는 우리가 현실 세계 시스템을 구상하고 조직하는 방식에서 혁신적인 전환을 나타내며, 에너지, 교통, 통신 등의 분야를 아우릅니다. 블록체인, 암호화폐 및 스마트 계약을 스마트 기기와 결합함으로써, DePIN은 물리적 인프라를 탈중앙화되고 피어 투 피어 방식으로 조정할 수 있는 능력을 제공합니다. a16z의 Guy Woullet가 지적했듯이, DePIN의 성공은 중앙 권한 없이 지리적으로 분산된 서비스 노드의 신뢰할 수 있는 검증을 보장하는데 달려 있습니다. 이 기사에서는 DePIN 내의 탈중앙화 검증 주제에 대해 깊이 파고들고, 기존 솔루션을 비판적으로 분석하며, 보안과 탈중앙화를 해치지 않으면서 확장성을 약속하는 혁신적인 경로를 제안합니다.

DePIN의 부상

DePIN은 블록체인과 스마트 계약의 힘을 활용하여 물리적 인프라에 뿌리를 둔 서비스의 개방형 시장을 창출합니다. 에너지원 기반 DePIN을 고려해 보십시오: 태양광 패널이 장착된 주택 소유자는 잠재적으로 전기를 생산하고 잉여 에너지를 이웃에게 전송할 수 있습니다. 블록체인에 의해 촉진되고 스마트 계약을 통해 실행되는 이러한 에너지 거래는 독립적으로 기록되고 정산됩니다. 이 과정의 중심에는 IoT 장치, 즉 배터리 및 기타 마이크로 그리드에 연결된 하드웨어가 있어 주택이 신뢰할 수 있는 직접적인 피어 투 피어 방식으로 에너지를 분배할 수 있게 하여, 유틸리티 회사를 중개자로서 제거합니다. 이러한 탈중앙화 물리적 인프라 네트워크는 2023년에 주목받고 있습니다. 중앙 집중형 게이트키퍼를 제치고, DePIN은 효율성을 높이고 비용을 줄이며 접근성을 확대하고 개인에게 더 큰 권한을 부여할 태세입니다.

DePIN의 구조

탈중앙화 물리 인프라는 하드웨어, 연결성, 미들웨어, 블록체인 기반 스마트 계약 및 웹 또는 모바일 앱을 결합한 정교한 기술 스택에 의존합니다.

일반적인 DEPIN 네트워크(예: DIMO, Helium, WiFimap, GeoDnet)를 살펴보면 일반적으로 세 가지 역할이 있습니다:

• 서비스 노드: WiFi/5G, 환경 데이터 수집, 에너지 생산 등 서비스를 제공하는 서버 또는 장치의 집합입니다.
• 미들웨어: 서비스 노드가 예상대로 작동하는지를 검증하는 데 mostly 집중하는 층입니다. 이는 실제 활동 및 사건을 서비스 노드에서 스마트 계약으로 정확히 나타내고 보고하는 것을 보장하여, DEPIN 토큰이 어떻게 작동하는지와 밀접하게 연결될 수 있습니다.
• 최종 사용자: 서비스 노드 또는 장치가 제공하는 유틸리티를 실제로 사용하는 일반 사람들 또는 기업의 커뮤니티입니다. 이들 중에서 미들웨어는 특정 지표를 추적하여 노드의 서비스 또는 유틸리티 품질을 측정하는 책임이 있습니다, 이에 대한 부족은 여기에서 언급된 것처럼 문제가 될 수 있습니다:

1. 자기 거래: 참가자들은 자신이 소유한 인프라에서 서비스를 이용함으로써 네트워크를 착취할 수 있으며, 수수료와 보상을 축적할 수 있습니다. 예를 들어, 에너지 기업이 자신의 자원에서 에너지를 구매하는 것을 시뮬레이션할 수 있습니다. 충분한 보조금이나 초기 블록 보상이 주어진다면, 자기 거래는 수익성이 높아질 수 있습니다.
2. 게으른 제공자: 인프라 제공자들은 서비스를 약속하지만, 그 약속을 이행하지 않거나 기초적인 서비스만 제공합니다. 철저한 검증 시스템이 없는 경우, 사용자는 대처 방법이 없습니다.
3. 악의적인 제공자: 처음 두 가지에 비해 드물지만, 악의적인 주체가 인프라를 조작하여 사용자에게 제공자의 재정적 이익과 일치하는 잘못된 센서 데이터를 수락하도록 설득할 가능성이 있습니다. 통제되지 않은 행동은 DePIN의 경제적 인센티브를 불안정하게 만들 수 있습니다. 신뢰와 네트워크 효율성이 감소하며, 제공자들이 자기 이익을 추구하거나 권력이 중앙집중화되는 "공동의 비극"을 초래할 수 있습니다. 두 경우 모두 분산형 동료 주도의 인프라의 목표가 훼손됩니다.

검증을 위한 미들웨어

비트코인의 작업 증명(proof-of-work)은 DEPIN 검증의 초기 형태입니다. 이는 막대한 해시 파워를 이용하여 보안을 보장하며, 전 세계 비트코인 네트워크의 모든 노드가 검증에 참여합니다. 지금의 DEPIN 검증은 유사한 정신을 적용합니다. 여기서 서비스 노드는 유용성을 생성하고, 또 다른 별개의 노드 세트(미들웨어 프로토콜로서)가 이 유용성을 보증하여 실제 세계에서 수행된 작업의 유효성과 진정성을 보장합니다. 이는 "유용한 작업의 증명" 또는 "물리적 작업의 증명"으로 특징지어질 수 있습니다. 두 시스템 모두 신뢰와 보안을 촉진하는 분산 합의의 중요성을 강조합니다.

이러한 미들웨어를 설계하고 구축하는 것은 간단하지 않습니다. 다양한 관점에서 살펴보겠습니다.

관점 A: 검증을 위한 가능 기술

DePIN에서 성공적인 검증은 아래 두 가지가 동시에 이루어질 때 달성됩니다:

1. 측정의 진위 및 무결성: 서비스 노드나 장치에서 측정한 값은 그들의 작업 상태를 나타내며(예: WiFi 연결 제공 또는 환경 데이터 수집과 같은 특정 서비스를 제공했음을 나타냄), 진정하고 변조되지 않아야 합니다.
2. 오프 체인 계산의 신뢰성: 일반적으로 측정값은 검증 목적으로 직접 사용할 수 없습니다. 일정량의 오프 체인 계산이 필요하며, 이는 신뢰할 수 있어야 합니다. 예를 들어, 에너지 중심의 DePIN을 고려해보세요: 스마트 계약이 스마트 미터가 태양광 발전량을 정확하게 측정한다고 신뢰하고, 미들웨어가 이 스마트 미터로부터 6시간의 측정을 검증하여 블록체인 상에서 암호화폐로 지불을 시작할 수 있도록 하는 것이 중요합니다.

두 가지를 모두 달성하기 위해, 다음과 같은 현재 가능한 기술을 맵핑할 수 있습니다.

관점 B: 분산 방식으로 검증 기술 패키징

가능한 검증 기술에 대한 충분한 이해가 이루어진 후, 이를 분산 프로토콜로 포장하는 방법에 대해 생각해봐야 합니다. 다음은 몇 가지 생각입니다:

• 하드웨어 계층을 최소화해야 합니다(폭넓은 접근성과 분산화를 보장하기 위해) 그리고 많은 기능들이 미들웨어에 담겨야 합니다 다른 스택 영역에서 중앙집중화 위험을 피하는 데 도움을 주기 위해. 이는 유명한 "Fat Protocol"과 유사하여 하드웨어 계층은 얇고 미들웨어는 두껍게 만드는 것을 목표로 합니다.

• 미들웨어는 다음과 같은 측면에서 공공 블록체인처럼 작동합니다.
• 허가가 필요 없고 중립적이어야 합니다 (오픈 소스, 커뮤니티 운영).
• 투명하고 신뢰할 수 있어야 하며, 높은 보안을 제공하고 재정적 동기에 의해 유도된 정교한 공격에 견딜 수 있어야 합니다.
• 다양한 시나리오에 대한 다양한 유형의 검증을 실행할 수 있어야 하므로 프로그래머블함 (스마트 계약에 대해 생각해보세요)이 내장되어야 합니다.
• 필요할 때 하드웨어 또는 애플리케이션 계층에서 필요한 기능을 보장할 수 있어야 합니다.

관점 C: 검증 모드

다양한 시나리오에서 서비스 노드는 다르게 작동합니다. 예를 들어, 파일 저장의 맥락에서 서비스 노드는 항상 작동하므로(약속한 것을 저장하기 위해) 그들에 대한 점검은 자연스럽습니다. 반면 DIMO(차량 데이터 수집)의 경우, 서비스 노드(차에 장착된 장치)는 매 10분마다 측정을 업로드 하므로 모든 측정에 검증을 적용할 수 있습니다. 따라서 미들웨어는 다양한 DEPIN 애플리케이션에 적응하기 위해 서로 다른 검증 모드를 가지고 있습니다.:

• 데이터 프로세서: 이것은 서비스 노드 또는 장치가 기본적으로 모든 측정을 미들웨어에 전송하는 가장 일반적인 모드로, 미들웨어는 이를 검증하고 처리하여 스마트 계약에 대한 증명을 생성합니다.
• 능동적 통합자: 미들웨어 프로토콜은 능동적으로 서비스 노드의 하위 집합을 선택하여 도전합니다 (미들웨어 프로토콜이 충분히 강하다면 모든 서비스 노드를 "샘플링" 할 수 있습니다). 노드에서 응답을 받은 후 데이터 프로세서 모드로 전환합니다. Filecoin에서 사용되는 무작위 샘플링 접근 방식이 이 범주에 해당합니다.
• 수동 감시자: 이것은 미들웨어가 서비스 노드를 조용히 지켜보며 그들이 예상대로 하고 있는지 (하지 않는지) 증거를 찾으려고 시도하는 가장 드문 방법입니다 (어두운 숲 이론을 생각해보세요).

DePIN 검증을 위한 미들웨어로서 W3bstream 구축

앞서 언급한 모든 관점을 종합하면, 우리는 유효성 증명 기반 접근 방식을 지지하고 분산되고 공유된 중립적인 오프체인 검증 프로토콜을 구상합니다 (IoTeX 네트워크의 일환으로) DEPIN 네트워크에 서비스를 제공하기 위해. 이 프로토콜은 여러 작은 DEPIN 네트워크로부터 측정을 수집하고 유효성 증명(예: 현재는 SNARK 증명을 사용합니다)을 스마트 계약에 제공합니다. 우리는 7월에 W3bstream의 개발자 미리보기 버전을 출시했으며, 우리는 지금 로드맵에 계획된 대로 메인넷 스프라우트 버전 배달에 전속력으로 나아가고 있습니다. 이는 커뮤니티가 스테이킹된 IOTX를 사용하여 2023년 4분기 말 또는 2024년 1분기 초에 네트워크의 콜드 스타트에 참여할 수 있도록 합니다.

보다 넓은 규모에서 W3bstream은 커뮤니티 운영 샤드 네트워크로서 다양한 DEPIN 프로젝트가 그들의 검증 "공식을" 플랫폼에 배포 (그리고 이후 업데이트) 할 수 있도록 돕습니다. 이러한 "공식"은 Rust, Golang, C++로 작성될 수 있으며, 더 많은 언어가 곧 지원될 예정입니다. 일반적으로 이러한 모습입니다:

제로 지식 증명은 일반적으로 긴 증명 생성 시간과 증가된 컴퓨팅 자원을 포함한 성능 거래를 동반하여 일부 실제 응용 프로그램에 대해 확장성이 떨어집니다. 우리는 이러한 성능 문제를 해결하기 위해 zk-SNARKs에 대해 (배치 포함) 내부 최적화를 수행했으며, 제로 지식 프로토콜의 핵심 이점을 유지하면서 더 빠른 증명 생성을 제공하는 것을 목표로 하고 있습니다. 아래는 "위의 수식"을 사용하여 1000개의 시뮬레이션 장치에서 배치 증명 생성을 실행한 벤치마크 결과로, GPU 가속 유무에 따른 결과입니다.

Proof-of-drive-range 벤치마크

노트: 일반 기계 - 12 스레드 CPU + 64GB RAM

내일의 분산 세계에서 신뢰를 선도하다

분산 물리 인프라는 우리의 세계 여러 지배를 재편하기 직전에 있습니다. 그러나 그 잠재력을 완전히 잠금 해제하려면 분산 검증의 어려움 해결이 필요하며, 이 네트워크의 신성함과 무결성을 보장해야 합니다. 이러한 복잡한 과제를 해결하기 위해 우리는 세계 최초의 학술 회의 이번 10월, 웹3, 암호학, IoT, 보안/개인정보, 경제학 등의 분야에서 최고의 연구자와 엔지니어를 초대해 공유 비전을 향해 나아가고자 합니다. DEPIN 검증 레이어를 개선하는 데 열정을 가진 모든 분들과 다양한 방식으로 협력하기를 초대합니다. research@iotex.io로 문의해 주세요..