W3bstream: DePIN을 위한 Layer-2 롤업
최근 DePIN 공간이 암호화폐 주류에 편입되면서 탈중앙화, 확장성, 검증 가능성, 신원 관리 및 데이터 신뢰와 같은 여러 질문과 도전 과제가 제기되고 있습니다. 아래 기사에서는 이러한 도전 과제와 IoTeX 핵심 팀이 제안한 해결책 중 하나인 오프체인 데이터 계산을 위한 롤업 중심의 확장 아키텍처인 W3bstream을 통해 살펴보겠습니다.
DePIN 개요
DePIN(탈중앙화 물리적 인프라 네트워크) 분야는 전통적인 웹 2.0 기반 IoT 시스템에서의 상당한 변화를 나타냅니다. 전통적으로 IoT 시스템은 데이터가 물리적 장치에서 IoT 게이트웨이를 통해 클라우드로 전송되어 처리 및 저장되는 클라우드 중심 또는 데이터가 출처에 가까운 엣지 서버에서 처리되는 엣지 중심이었습니다. 이러한 아키텍처는 IoT 애플리케이션에서 인기가 있지만, 본질상 중앙 집중형이거나 하이브리드입니다. 그러나 DePIN은 블록체인, IoT 및 토큰 경제라는 세 가지 핵심 기술을 통합하여 새로운 접근 방식을 도입합니다. 이 조합은grassroots 수준에서 인프라 네트워크 및 머신 경제를 생성하는 것을 가능하게 합니다. DePIN의 독특함은 단일 회사에 의한 중앙 집중식 배포 및 유지 관리보다는 공동의 이익을 위한 애플리케이션 구축을 장려하는 커뮤니티 중심 모델에 있습니다.
DePIN에는 두 가지 주요 범주가 있습니다:
- 물리적 자원 네트워크 (PRNs): 이러한 네트워크는 고유한 상품이나 서비스를 제공하기 위한 위치 의존 하드웨어에 중점을 둡니다. 예를 들어, 무선 연결, 특정 지역의 센서를 통한 지리 공간 정보 및 자동차 서비스와 같은 이동성 애플리케이션이 있습니다.
- 디지털 자원 네트워크 (DRNs): DRN은 컴퓨팅 파워, 저장소 또는 대역폭과 같은 가상 자원을 위한 하드웨어 배치를 유도합니다. 이를 통해 위치 특정 하드웨어 없이도 비디오/오디오 렌더링 또는 저장 서비스와 같은 작업을 위한 대규모 네트워크를 생성할 수 있습니다.
DePIN 환경은 탈중앙화 컴퓨팅, 저장, 대역폭 네트워크 및 통신 프로토콜과 같은 다양한 측면을 탐구하는 수많은 스타트업으로 가득합니다. 특정 프로젝트가 어떤 범주에 속하든 관계없이 DePIN은 시스템 신원 설정, 개인정보 문제 해결 및 특히 확장성과 같은 고유한 도전 과제를 수반합니다.
DePIN 확장성 문제
앞서 언급한 바와 같이, 확장성은 DePIN 애플리케이션의 고유한 특성에 의해 발생하는 중요한 도전 과제로 부각됩니다. DePIN은 일반적으로 많은 장치가 포함된 대규모 네트워크로, 방대한 양의 데이터를 생성하고 처리합니다. 동시에, 블록체인 기술과의 통합은 강력한 신뢰 기반을 제공하지만, 그 자체로 제한 사항도 있습니다. 높은 신뢰도으로 알려진 블록체인은 처리 능력이 제한되고 비싼 데이터 저장 문제를 안고 있습니다. 광범위한 네트워크와 데이터 요구 사항이 블록체인의 제한된 처리 능력과 대조를 이루는 이 상황은 DePIN 애플리케이션이 직면한 확장성 문제를 명확하게 보여줍니다.
이더리움 롤업 접근법
이더리움이 확장성 문제를 해결하기 위해 채택하고 있는 접근법은 롤업 중심의 로드맵을 통해서입니다. 이 전략은 블록체인 네트워크에서 데이터 처리 및 거래 실행 방식에 대한 근본적인 재고를 요구합니다.
- 레이어 2 롤업: 이더리움은 모든 데이터 처리 및 실행을 위해 레이어 1(메인 블록체인)에만 의존하는 대신, 많은 작업을 레이어 2 롤업 네트워크로 오프로드하는 것을 제안합니다. 이러한 네트워크는 메인 블록체인과 함께 운영되지만, 거래를 보다 효율적으로 처리합니다.
- 거래의 배치 처리: 레이어 2 네트워크는 레이어 1 네트워크에서 거래를 수집하고 이를 배치로 처리합니다. 여러 거래를 집계함으로써, 롤업 네트워크는 메인 블록체인에서 개별적으로 처리할 때보다 보다 효율적으로 처리할 수 있습니다.
- 증명 생성 및 검증: 배치로 거래를 처리한 후, 레이어 2 네트워크는 증명을 생성합니다. 이 증명은 롤업 네트워크에서 처리된 모든 거래가 유효하다는 것을 검증하는 암호학적 증거입니다. 이후, 레이어 1 네트워크는 스마트 계약을 통해 이 증명을 검증합니다. 이 과정은 레이어 2 네트워크에서 처리된 거래의 무결성을 보장합니다.
- 신뢰 앵커로서의 레이어 1: 데이터 처리를 레이어 2 네트워크로 오프로드했음에도 불구하고, 레이어 1 블록체인은 핵심 신뢰 앵커로서의 역할을 유지합니다. 이는 레이어 2 네트워크의 증명을 검증하여 전체 네트워크의 무결성과 보안을 유지합니다.
- 효율적인 상태 전이: 레이어 1 네트워크가 이러한 증명과 그에 따른 상태 전이를 수용함으로써, 거래 배치를 보다 효율적으로 처리할 수 있습니다. 이 접근 방식은 레이어 1 네트워크의 부담을 줄여 주며, 신뢰 앵커로서 보다 효과적으로 기능할 수 있게 하면서도 더 적지만 더 중요한 작업을 처리할 수 있게 합니다.
이 Rollup 중심 접근 방식은 이더리움이 상당히 확장성을 강화할 수 있게 해주며, 특정 수정 사항을 통해 DePIN에 적용될 수 있습니다.
W3bstream: DePIN을 위한 레이어-2 롤업
앞서 언급한 바와 같이, Rollup 중심 접근 방식은 DePIN 애플리케이션의 확장에도 사용될 수 있습니다. 이 접근 방식은 IoTeX의 W3bstream의 핵심 철학으로, IoTeX의 DePIN 프로젝트 확장을 위해 특별히 설계된 레이어-2 네트워크로, 대량의 오프체인 데이터를 훨씬 더 작고 검증 가능한 zk-증명으로 압축(집계)하여 온체인 트랜잭션을 발생시킬 수 있습니다. 이제 이러한 접근 방식의 주요 구성 요소를 살펴보겠습니다:
- 주권 스마트 디바이스: 이들은 DePIN 프로젝트에서 데이터 신뢰성을 위해 필수적입니다. 물리적 세계에 배치된 이 디바이스들은 데이터를 수집할 뿐만 아니라 데이터 수집 과정의 신뢰성도 인증합니다.
- 데이터 가용성 레이어: 이 레이어는 디바이스로부터 수신된 데이터를 일시적으로 저장할 책임이 있습니다. 온체인이거나 오프체인일 수 있으며, 짧은 기간 동안의 저장 특성 때문에 지속적인 저장소와는 다릅니다.
- 탈중앙화 시퀀서 네트워크(DSN): DSN은 디바이스로부터 수집된 데이터에 대한 합의를 도출하고 이를 데이터 가용성 레이어에 저장합니다. 이러한 합의는 의미 있는 계산이 수행되기 위해 필요합니다.
- 탈중앙화 집계 네트워크: 계산을 담당하는 이 네트워크는 데이터 가용성 레이어에서 데이터를 배치로 가져와 하나 또는 여러 디바이스에 대한 집계 zk-증명을 생성합니다.
- 레이어-1 네트워크: 레이어-1의 스마트 계약은 오프체인 집계기가 생성한 zk-증명의 검증자로 사용될 수 있습니다. 이렇게 해서 레이어-1은 DePIN 애플리케이션의 신뢰 기반 및 결제 레이어로 기능합니다. 이러한 아키텍처의 고수준 흐름은 다음과 같습니다:
다음 섹션에서는 신뢰할 수 있는 데이터 수집 방법에 대한 설명부터 시작하여 데이터 사전 처리 및 데이터 가용성을 설명한 후 집계 증명 생성 프로세스에 대해 논의할 것입니다.
신뢰할 수 있는 데이터 수집
DePIN 애플리케이션에서 신뢰할 수 있는 데이터 수집은 매우 중요하며 주로 두 가지 접근 방식으로 달성됩니다: TEE(신뢰 실행 환경) 기반 및 제로 지식 증명(ZKP) 기반.
- TEE 기반 접근 방식: TEE는 데이터를 보호된 영역에 격리하여 안전한 데이터 수집을 보장합니다. 또한 원격 인증을 포함하여 디바이스의 작동 및 코드 무결성을 외부에서 검증할 수 있습니다.
- ZKP 기반 접근 방식: 이 방법은 디바이스가 기본 데이터를 공개하지 않고 데이터 수집의 정확성을 증명할 수 있게 해줍니다. 디바이스의 능력에 따라 다르며, 고성능 디바이스를 위한 온보드 ZKP 생성 및 보다 제한된 디바이스를 위한 원격 생성이 가능합니다.
TEE와 ZKP를 결합하면 DePIN 애플리케이션에서 데이터 수집의 신뢰성을 높일 수 있으며, 이로 인해 관련 금융 시스템의 전반적인 효율성에 영향을 미칩니다. 향후 연구는 특히 여러 센서 또는 복잡한 데이터 수집 요구가 있는 디바이스의 ZKP 효율성을 향상시키는 것을 목표로 합니다.
데이터 사전 처리 및 데이터 가용성
DePIN 아키텍처의 두 번째 주요 구성 요소는 데이터 사전 처리와 데이터 가용성을 보장하는 것으로, 탈중앙화 시퀀서 네트워크에 의해 촉진됩니다. 이 네트워크는 여러 DePIN 프로젝트에 서비스를 제공하고 특히 통신 프로토콜에서 디바이스 다양성의 문제를 해결합니다.
탈중앙화 시퀀서 네트워크:
- 기능: 데이터 사전 처리를 수행합니다. 다양한 디바이스에서 데이터가 도착할 때, 네트워크는 이를 처리하여 일관성 및 호환성을 보장합니다.
- 검증 프로세스:
네트워크의 각 노드는 두 단계로 데이터를 검증합니다:
1) TEE 기능이 있는 디바이스의 인증 보고서를 확인하거나 디바이스가 생성한 증명을 검증하여 데이터 수집 과정의 유효성을 확인합니다.
2) 데이터 소스의 진위를 보장하기 위해 디바이스의 서명을 검증합니다.
데이터 저장 및 가용성:
- 사전 처리 후: 데이터가 사전 처리되고 네트워크 내에서 합의가 이루어진 후, 프로젝트 특정 데이터 가용성 레이어에 저장됩니다.
- 사용자 정의 가능한 저장 솔루션: 프로젝트는 선호하는 데이터 가용성 레이어를 선택할 유연성을 가집니다. 이는 구성 가능한 저장 어댑터를 통해 가능하여, 선택한 데이터 가용성 레이어에 데이터를 저장할 수 있게 합니다.
DePIN 아키텍처의 이 구성 요소는 다양한 장치에서 데이터 흐름을 표준화하고 보호하는 데 중요한 역할을 하며, 데이터가 일관되게 처리되고 효율적으로 저장되도록 합니다.
데이터 증명 집계
DePIN 아키텍처의 세 번째 구성 요소는 집계 증명 생성에 집중하며, 이는 DePIN 프로젝트에서 계산을 검증하는 데 필수적인 과정입니다.
집계기 노드와 계산 풀:
- 네트워크는 모든 DePIN 프로젝트에서 공유되는 오프 체인 컴퓨팅 리소스 풀을 형성하는 집계기 노드로 구성됩니다.
- 이 노드들은 일정 주기로 오프 체인 상태 모니터를 기반으로 유휴 집계기를 선택하여 특정 DePIN 프로젝트의 계산 작업을 처리합니다.
집계기 노드에 의한 작업 실행:
- 선택된 노드는 데이터 가용성 계층에서 데이터를 검색합니다.
- 그런 다음 DePIN 프로젝트에 필요한 계산을 수행하고 증명을 생성합니다.
- 이 증명은 검증을 위해 Layer 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: 모든 수집된 데이터가 특정 Merkle 트리 루트에서 발생했음을 확인하는 Merkle 트리처럼 작동합니다.
- 서명 배치 검증 회로: 각 장치에서 수집된 데이터의 유효성을 배치 단위로 검증하며, 각 데이터는 서명과 연결되어 있습니다.
- DePIN 계산 회로: 헬스케어 프로젝트에서의 단계 수 검증 또는 태양광 발전소에서의 에너지 생산과 같은 DePIN 프로젝트에 대한 특정 계산 논리가 올바르게 실행되었음을 증명합니다.
- 증명 집계 회로: 모든 증명을 Layer 1 스마트 계약에 의한 최종 검증을 위해 하나의 증명으로 집계합니다.
데이터 증명 집계는 DePIN 프로젝트 내의 계산의 무결성과 검증 가능성을 보장하는 데 중요한 역할을 하며, 오프 체인 계산 및 데이터 처리 검증을 위한 신뢰할 수 있고 효율적인 방법을 제공합니다.
결론
결론적으로, W3bstream은 분산된 시퀀서 네트워크를 통해 데이터 전처리를 효율적으로 관리함으로써 DePIN의 확장성에 기여합니다. 복잡한 계산을 대규모 네트워크에서 검증하는 데 필수적인 집계 증명 생성을 지원합니다. 오프 체인 계산을 용이하게 하고 온 체인 증명 검증을 위한 견고한 메커니즘을 제공함으로써, W3bstream은 DePIN 애플리케이션의 처리량과 효율성을 크게 향상시킵니다. W3bstream의 오케스트레이션은 여전히 빠르며, 안전하고 비용 효율적인 선택인 IoTeX 블록체인에 의존하고 있지만, W3bstream은 어떤 블록체인에서든 기존의 DePIN 프로젝트를 지원할 수 있습니다. 이것의 아키텍처는 확장 가능하고 안전한 인프라를 허용하여 분산 네트워크의 더 넓은 생태계에서 중요 구성 요소가 됩니다.
이 기사는 IoTeX의 연구 책임자 Prof. Xinxin Fan과 켄트 주립대학교의 Lei Xiu의 연구 작업을 기반으로 합니다. 자세한 정보는 전체 연구 논문을 여기서 확인해 주세요.
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