W3bstream: DePIN을 위한 Layer-2 롤업
최근 DePIN 공간이 암호화폐 주류로 떠오르면서 탈중앙화, 확장성, 검증 가능성, 신원 관리 및 데이터 신뢰와 같은 여러 질문과 도전 과제가 제기되고 있습니다. 아래의 기사에서는 이러한 도전 과제 중 일부와 IoTeX 핵심 팀이 제안한 솔루션을 다룰 것입니다. 이 솔루션은 오프체인 데이터 계산을 위한 Rollup 중심의 확장 아키텍처인 W3bstream 제품 중 하나를 통해 검토됩니다.
DePIN 개요
DePIN(Decentralized Physical Infrastructure Networks) 분야는 전통적인 Web2 기반 IoT 시스템에서의 중요한 변화를 나타냅니다. 전통적으로 IoT 시스템은 클라우드 중심으로, 물리적 장치의 데이터가 IoT 게이트웨이를 통해 클라우드로 전달되어 처리되고 저장되거나, 에지 중심으로, 데이터 소스에 더 가까운 에지 서버가 데이터를 처리하는 방식으로 운영되었습니다. 이러한 아키텍처는 IoT 애플리케이션에서 인기가 있지만, 본질적으로 중앙화되거나 하이브리드입니다. 그러나 DePIN은 블록체인, IoT, 토크노믹스의 세 가지 핵심 기술을 통합하여 혁신적인 접근 방식을 제시합니다. 이 조합을 통해 풀뿌리 수준에서 인프라 네트워크와 기계 경제를 창출할 수 있습니다. DePIN의 특징은 모든 사람의 이익을 위해 애플리케이션을 구축하도록 장려하는 커뮤니티 주도 모델에 있습니다. 이는 단일 회사에 의한 중앙 집중식 배포 및 유지 관리가 아닙니다.
DePIN에는 두 가지 주요 카테고리가 있습니다:
- 물리적 자원 네트워크 (PRNs): 이러한 네트워크는 고유한 상품이나 서비스를 제공하기 위해 위치 의존적인 하드웨어에 중점을 둡니다. 예로는 무선 연결, 특정 지역의 센서를 통한 지리공간 정보, 자동차 서비스와 같은 이동성 애플리케이션이 포함됩니다.
- 디지털 자원 네트워크 (DRNs): DRNs는 컴퓨팅 파워, 저장소 또는 대역폭과 같은 균질한 자원을 위한 하드웨어 배치를 장려합니다. 이는 위치 특정 하드웨어 없이 비디오/오디오 렌더링 또는 저장 서비스와 같은 작업을 위한 대규모 네트워크의 생성을 가능하게 합니다.
DePIN의 영역은 다양하고 풍부하며, 수많은 스타트업이 탈중앙화 컴퓨팅, 저장소, 대역폭 네트워크 및 통신 프로토콜과 같은 다양한 측면을 탐구하고 있습니다. 특정 프로젝트가 어떤 카테고리에 속하든, DePIN에는 시스템 신원 수립, 개인정보 문제 해결, 특히 확장성 문제와 같은 고유한 도전 과제가 따릅니다.
DePIN의 확장성 도전 과제
앞서 언급했듯이, 확장성은 DePIN 애플리케이션의 고유한 특성에 의해 촉발된 중요한 도전 과제로 떠오릅니다. DePIN은 일반적으로 수많은 장치가 연결된 대규모 네트워크를 포함하여 방대한 양의 데이터를 생성하고 처리합니다. 동시에, 블록체인 기술과 통합되면서 견고한 신뢰 기반을 제공하지만 그 자체로 제약이 따릅니다. 높은 신뢰성으로 알려진 블록체인은 제한된 처리 능력과 비용이 높은 데이터 저장소의 문제를 겪습니다. 넓은 네트워크와 데이터 요구 사항의 대조적인 상황이 블록체인의 제약된 처리 능력과 상충하는 것은 DePIN 애플리케이션에서 경험하는 확장성의 도전 과제를 명확하게 보여줍니다.
이더리움 롤업 접근 방식
이더리움이 확장성 문제를 해결하기 위해 채택한 접근 방식은 롤업 중심의 로드맵을 통해 이루어집니다. 이 전략은 기본적으로 블록체인 네트워크에서 데이터 처리 및 거래 실행이 이루어지는 방식을 재고안합니다.
- 레벨 2 롤업: 데이터 처리 및 실행을 위해 모든 것을 레벨 1(주 블록체인)에만 의존하는 대신, 이더리움은 이 작업의 대부분을 레벨 2 롤업 네트워크로 분산하는 것을 제안합니다. 이러한 네트워크는 주 블록체인과 함께 운영되지만, 거래를 보다 효율적인 방식으로 처리합니다.
- 거래의 배치 처리: 레벨 2 네트워크는 레벨 1 네트워크에서 거래를 수집하고 배치로 처리합니다. 여러 거래를 집계함으로써, 롤업 네트워크는 주 블록체인에서 개별적으로 처리될 경우보다 더 효율적으로 거래를 처리할 수 있습니다.
- 증명 생성 및 검증: 배치로 거래를 처리한 후, 레벨 2 네트워크는 증명을 생성합니다. 이 증명은 롤업 네트워크에서 처리된 모든 거래가 유효함을 검증하는 암호학적 증거입니다. 그 후, 레벨 1 네트워크는 스마트 계약을 통해 이 증명을 검증합니다. 이 과정은 레벨 2 네트워크에서 처리된 거래의 무결성을 보장합니다.
- 신뢰의 기준점으로서 레벨 1: 데이터 처리를 레벨 2 네트워크로 분산시키더라도, 레벨 1 블록체인은 핵심 신뢰 기준점으로서의 역할을 유지합니다. 이는 레벨 2 네트워크의 증명을 검증함으로써 전체 네트워크 무결성과 보안을 유지하는 방식으로 이루어집니다.
- 효율적인 상태 전이: 레벨 1 네트워크가 이러한 증명과 그 결과로 나타나는 상태 전이를 수용함으로써, 거래 배치를 더 효율적으로 처리할 수 있습니다. 이 접근 방식은 레벨 1 네트워크의 부담을 줄여, 신뢰 기준점으로서 보다 효과적으로 작동하며 적은 수정된 후 더 중요한 작업을 처리할 수 있게 합니다.
이 롤업 중심 접근 방식은 이더리움의 확장성을 크게 향상시키고, 특정 수정 사항을 통해 DePIN에 적응할 수 있습니다.
W3bstream: DePIN을 위한 레이어-2 롤업
앞서 언급한 바와 같이, 롤업 중심 접근 방식은 DePIN 애플리케이션을 확장하는 데에도 사용될 수 있습니다. 이 접근 방식은 IoTeX의 W3bstream의 핵심 철학으로, DePIN 프로젝트의 확장을 목표로 한 IoTeX의 레이어-2 네트워크로, 대량의 오프체인 데이터를 훨씬 더 작고 검증 가능한 zk-증명으로 압축(집합)하여 온체인 거래를 유도합니다. 이제 이러한 접근 방식의 주요 구성 요소를 살펴보겠습니다:
- 주권 스마트 장치: 이는 DePIN 프로젝트의 데이터 신뢰성을 위해 필수적입니다. 물리적 세계에 배치된 이 장치들은 데이터를 수집할 뿐만 아니라 데이터 수집 과정의 신뢰성을 인증합니다.
- 데이터 가용성 레이어: 이 레이어는 장치로부터 수신된 데이터를 일시적으로 저장하는 역할을 합니다. 온체인 또는 오프체인일 수 있으며, 단기적인 특성 때문에 지속적인 저장소와는 다릅니다.
- 탈중앙화 시퀀서 네트워크 (DSN): DSN은 장치에서 수집된 데이터에 대해 합의를 도출하고 이를 데이터 가용성 레이어에 저장합니다. 이 합의는 의미 있는 계산이 수행될 수 있도록 하는 데 필요합니다.
- 탈중앙화 집계 네트워크: 계산을 담당하는 이 네트워크는 데이터 가용성 레이어에서 데이터를 배치로 가져와 하나 이상의 장치에 대한 집계된 zk-증명을 생성합니다.
- 레이어-1 네트워크: 레이어-1의 스마트 계약은 오프체인 집계기가 생성한 zk-증명을 검증하기 위한 검증자로 사용할 수 있습니다. 이와 같이 레이어-1은 DePIN 애플리케이션의 신뢰 기반 및 결제 레이어로 작용합니다. 이러한 아키텍처의 고수준 흐름은 다음과 같습니다:
아래 섹션에서는 신뢰할 수 있는 데이터 수집부터 설명하고, 이어서 데이터 사전 처리 및 데이터 가용성에 대해 설명한 후 집계 증명 생성 프로세스에 대해 다룰 것입니다.
신뢰할 수 있는 데이터 수집
DePIN 애플리케이션에서 신뢰할 수 있는 데이터 수집은 매우 중요하며, 주로 두 가지 접근 방식을 통해 달성됩니다: TEE(신뢰 실행 환경) 기반 및 제로 지식 증명(ZKP) 기반입니다.
- TEE 기반 접근 방식: TEE는 데이터 수집 코드를 장치의 보호된 영역에 격리시켜 안전한 데이터 수집을 보장합니다. 또한 외부에서 장치의 운영 및 코드 무결성을 확인할 수 있도록 하는 원격 증명을 포함합니다.
- ZKP 기반 접근 방식: 이 방법은 장치가 기본 데이터를 공개하지 않고도 데이터 수집의 정확성을 증명할 수 있도록 합니다. 이는 장치의 능력에 따라 다르며, 강력한 장치는 장착된 ZKP 생성을, 제한된 장치는 원격 생성을 사용합니다.
TEE와 ZKP를 결합하면 DePIN 애플리케이션에서 데이터 수집의 신뢰성을 높일 수 있으며, 이는 관련된 금융 시스템의 전반적인 효과성에 영향을 미칩니다. 향후 연구는 여러 센서나 복잡한 데이터 수집 요구가 있는 장치에 대해 ZKP 효율성을 향상시키는 것을 목표로 하고 있습니다.
데이터 사전 처리 및 데이터 가용성
DePIN 아키텍처의 두 번째 주요 구성 요소는 데이터 사전 처리 및 데이터 가용성을 보장하는 것으로, 이는 탈중앙화 시퀀서 네트워크에 의해 촉진됩니다. 이 네트워크는 여러 DePIN 프로젝트를 지원하며, 통신 프로토콜의 장치 다양성 문제를 해결합니다.
탈중앙화 시퀀서 네트워크:
- 기능: 데이터 사전 처리를 수행합니다. 다양한 장치에서 데이터가 도착하면, 네트워크는 이를 처리하여 일관성과 호환성을 보장합니다.
- 검증 프로세스:
각 노드는 두 단계로 데이터를 검증합니다:
1) TEE 지원 장치에서의 인증 보고서를 확인하거나 장치가 생성한 증명을 검증하여 데이터 수집 과정의 유효성을 확인합니다.
2) 데이터 소스의 진위를 보장하기 위해 장치의 서명을 검증합니다.
데이터 저장 및 가용성:
- 사전 처리 후: 데이터가 사전 처리되고 네트워크 내에서 합의가 이루어진 후, 특정 프로젝트의 데이터 가용성 레이어에 저장됩니다.
- 맞춤형 저장 솔루션: 프로젝트는 선호하는 데이터 가용성 레이어를 선택할 수 있는 유연성을 갖습니다. 이는 구성 가능한 저장 어댑터를 통해 가능하며, 선택한 데이터 가용성 레이어에 데이터를 저장할 수 있습니다.
이 DePIN 아키텍처의 구성 요소는 다양한 장치에서 데이터를 표준화하고 안전하게 흐르게 하는 데 중요한 역할을 하며, 데이터가 균일하게 처리되고 효율적으로 저장되도록 보장합니다.
데이터 증명 집계
DePIN 아키텍처의 세 번째 구성 요소는 집계 증명 생성에 중점을 두며, 이는 DePIN 프로젝트에서 계산을 검증하는 데 필수적인 프로세스입니다.
집계 노드 및 계산 풀:
- 네트워크는 모든 DePIN 프로젝트에서 공유되는 오프 체인 컴퓨팅 자원 풀을 형성하는 집계 노드로 구성됩니다.
- 이 노드는 정기적으로 온 체인 상태 모니터를 기반으로 유휴 집계자를 선택하여 특정 DePIN 프로젝트의 계산 작업을 처리합니다.
집계 노드에 의한 작업 실행:
- 선택된 노드는 데이터 가용성 계층에서 데이터를 검색합니다.
- 그런 다음 DePIN 프로젝트를 위한 필요한 계산을 수행하고 증명을 생성합니다.
- 이 증명은 검증을 위해 레이어 1 스마트 계약으로 전송되며, 그 후 노드는 유휴 상태로 돌아갑니다.
이 집계 증명이 생성되기 위해 시스템은 다음 구성 요소로 이루어진 계층 집계 회로를 활용합니다:
- 데이터 압축 회로: 수집된 모든 데이터가 특정 머클 트리 루트에서 유래했음을 검증하는 머클 트리처럼 기능합니다.
- 서명 배치 검증 회로: 각 장치에서 서명과 연관된 데이터의 유효성을 배치 단위로 검증합니다.
- DePIN 계산 회로: 의료 프로젝트에서의 걸음 수 검증이나 태양광 발전소에서의 에너지 생산과 같은 DePIN 프로젝트에 대한 특정 계산 로직이 정확하게 실행되었음을 증명합니다.
- 증명 집계 회로: 모든 증명을 하나의 증명으로 집계하여 레이어 1 스마트 계약에 의해 최종 검증을 받습니다.
데이터 증명 집계는 DePIN 프로젝트 내에서 계산의 무결성과 검증 가능성을 보장하는 데 중요하며, 오프 체인 계산 및 데이터 처리를 검증하는 신뢰할 수 있고 효율적인 방법을 제공합니다.
결론
결론적으로, W3bstream은 분산된 시퀀서 네트워크를 통해 데이터 전처리의 효율적인 관리를 통해 DePIN의 확장성에 기여합니다. 이는 대규모 네트워크 전반에 걸쳐 복잡한 계산을 검증하는 데 필수적인 집계 증명 생성을 지원합니다. 오프 체인 계산을 촉진하고 온 체인 증명 검증을 위한 강력한 메커니즘을 제공함으로써, W3bstream은 DePIN 애플리케이션의 처리량과 효율성을 크게 향상시킵니다. W3bstream의 오케스트레이션은 여전히 속도, 보안 및 비용 효율성 때문에 새로운 DePIN 애플리케이션을 위한 완벽한 선택인 IoTeX 블록체인에 의존하지만, W3bstream은 모든 블록체인에서 기존의 모든 DePIN 프로젝트를 지원할 수 있습니다. 그것의 아키텍처는 확장 가능하고 안전한 인프라를 허용하여 분산 네트워크의 광범위한 생태계에서 중요한 구성 요소가 됩니다.
이 기사는 IoTeX의 연구 책임자 Prof. Xinxin Fan과 Kent State University의 Lei Xiu의 연구 작업을 기반으로 합니다. 자세한 내용은 여기에서 전체 연구 논문을 확인해 보십시오.
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