Xác minh phi tập trung trong DePIN

Bởi Raullen Chai, Đồng sáng lập và Giám đốc điều hành của IoTeX và Andrew Law, Nhà nghiên cứu của IoTeX

Các Mạng lưới Hạ tầng Vật lý Phi tập trung (DePINs) đại diện cho một sự chuyển mình mang tính cách mạng trong cách chúng ta hình dung và tổ chức các hệ thống thế giới thực, trải rộng qua các lĩnh vực như năng lượng, giao thông vận tải và viễn thông. Bằng cách kết hợp các blockchain, tiền điện tử và hợp đồng thông minh với các thiết bị thông minh, DePINs cung cấp khả năng phối hợp hạ tầng vật lý theo cách phi tập trung và ngang hàng. Như Guy Woullet của a16z đã chỉ ra, thành công của DePINs phụ thuộc vào việc giải quyết một thách thức quan trọng: đảm bảo xác minh đáng tin cậy các nút dịch vụ phân tán địa lý mà không cần có quyền lực trung ương. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đi sâu vào chủ đề xác minh phi tập trung trong DePINs, phân tích một cách kỹ lưỡng các giải pháp hiện có và đề xuất những hướng đi sáng tạo hứa hẹn khả năng mở rộng mà không phải hy sinh về bảo mật và tính phi tập trung.

Sự Trỗi Dậy của DePIN

DePINs khai thác sức mạnh của các blockchain và hợp đồng thông minh để tạo ra các thị trường mở cho các dịch vụ có nguồn gốc từ hạ tầng vật lý. Hãy xem xét một DePIN dựa trên năng lượng: các chủ nhà trang bị tấm pin mặt trời có thể sản xuất điện và chuyển năng lượng dư thừa cho hàng xóm của họ. Được tạo điều kiện bởi các blockchain và thực hiện qua các hợp đồng thông minh, các giao dịch năng lượng này được ghi lại và thanh toán một cách tự động. Trung tâm của quá trình này là các thiết bị IoT, chẳng hạn như pin và các phần cứng kết nối micro grid khác, cho phép các hộ gia đình phân phối năng lượng theo cách đáng tin cậy, ngang hàng, xóa bỏ nhu cầu về các công ty cung cấp điện như trung gian. Những mạng lưới hạ tầng vật lý phi tập trung này đang đang thu hút sự chú ý trên nhiều lĩnh vực vào năm 2023. Bằng cách loại bỏ các cổng trung ương, DePINs có khả năng gia tăng hiệu quả, giảm chi phí, mở rộng khả năng tiếp cận và trao quyền lớn hơn cho cá nhân.

Giải Phẫu của DePIN

Các hạ tầng vật lý phi tập trung dựa vào một một công nghệ tinh vi kết hợp phần cứng, kết nối, phần mềm trung gian, hợp đồng thông minh dựa trên blockchain và các ứng dụng web hoặc di động.

Tìm hiểu sâu về một mạng lưới DEPIN điển hình (như DIMO, Helium, WiFimap hoặc GeoDnet), thường có ba vai trò:

• Các nút dịch vụ: một tập hợp các máy chủ hoặc thiết bị cung cấp dịch vụ hoặc tiện ích, ví dụ: WiFi/5G, thu thập dữ liệu môi trường, và sản xuất năng lượng.
• Phần mềm trung gian: một lớp chủ yếu tập trung vào việc xác minh xem các nút dịch vụ có hoạt động theo như mong đợi không. Nó đảm bảo việc đại diện và báo cáo chính xác các hoạt động và sự kiện trong thế giới thực từ các nút dịch vụ đến các hợp đồng thông minh, mà có thể được liên kết chặt chẽ với cách mà các mã thông báo DEPIN hoạt động.
• Các người dùng cuối: một cộng đồng gồm những người bình thường hoặc doanh nghiệp thực sự sử dụng các tiện ích do các nút dịch vụ hoặc thiết bị cung cấp. Trong số này, phần mềm trung gian chịu trách nhiệm đo lường chất lượng dịch vụ hoặc tiện ích từ các nút bằng cách theo dõi các chỉ số nhất định, việc thiếu sót này có thể dẫn đến, như đã đề cập ở đây:

1. Tự giao dịch: Người tham gia có thể lợi dụng mạng lưới bằng cách sử dụng các dịch vụ từ hạ tầng mà họ sở hữu, thu được phí và phần thưởng. Để minh họa, một thực thể năng lượng có thể giả định mua năng lượng từ các nguồn lực của chính nó. Với nhiều trợ cấp hoặc phần thưởng khối ban đầu, tự giao dịch trở nên sinh lợi.
2. Cung cấp lười biếng: Các nhà cung cấp hạ tầng có thể hứa hẹn dịch vụ nhưng sau đó hoặc không thực hiện cam kết của họ hoặc cung cấp dịch vụ không đạt chất lượng. Trong trường hợp không có một hệ thống xác minh nghiêm ngặt, người dùng không còn phương án nào khác.
3. Cung cấp ác ý: Dù hiếm hơn so với hai trường hợp đầu tiên, vẫn có khả năng các thực thể xấu xa thao túng hạ tầng, thuyết phục người dùng chấp nhận dữ liệu cảm biến giả mạo phù hợp với lợi ích tài chính của nhà cung cấp. Các hành vi không được kiểm soát có thể làm mất ổn định các ưu đãi kinh tế của DePIN. Sự tin tưởng và hiệu quả mạng lưới giảm sút, dẫn đến "bi kịch của các nguồn chung" với các nhà cung cấp tìm kiếm lợi ích cá nhân hoặc tập trung quyền lực. Trong cả hai trường hợp, mục tiêu của một hạ tầng phân cấp, điều khiển bởi đồng đẳng bị xói mòn.

Công Nghệ Trung Gian Để Xác Minh

Chứng minh công việc của Bitcoin là một hình thức xác minh DEPIN sớm. Nó tận dụng khối lượng lớn sức mạnh băm để đảm bảo an ninh, với mỗi nút trong mạng lưới Bitcoin toàn cầu đóng vai trò trong việc xác minh. Xác minh DEPIN ngày nay áp dụng một tinh thần tương tự. Tại đây, các nút dịch vụ sản xuất tiện ích, và một tập hợp các nút khác (như một giao thức trung gian) vào hỗ trợ tiện ích này, đảm bảo tính hợp lệ và xác thực của công việc đã được thực hiện trong thế giới vật lý. Điều này có thể được đặc trưng như "chứng minh công việc hữu ích" hoặc "chứng minh công việc vật lý". Cả hai hệ thống đều nhấn mạnh tầm quan trọng của sự đồng thuận phân cấp trong việc thúc đẩy niềm tin và an ninh.

Việc thiết kế và kiến trúc một công nghệ trung gian như vậy là không đơn giản. Hãy xem xét từ các góc độ khác nhau.

Góc độ A: Công nghệ khả thi để xác minh

Một xác minh thành công trong một DePIN được thực hiện nếu cả hai điều dưới đây được thực hiện đồng thời:

1. Tính xác thực và tính toàn vẹn của các phép đo: Các phép đo từ các nút dịch vụ hoặc thiết bị đại diện cho trạng thái công việc của chúng (ví dụ: chúng đã cung cấp một dịch vụ nhất định, chẳng hạn như cung cấp kết nối WiFi hoặc thu thập dữ liệu môi trường) và phải là xác thực và không bị thay đổi.
2. Tính đáng tin cậy của tính toán ngoài chuỗi: Thường thì các phép đo không thể được sử dụng trực tiếp cho mục đích xác minh. Một lượng tính toán ngoài chuỗi nhất định cần thiết để xử lý chúng, và điều này cần phải đáng tin cậy, ví dụ: không có sự gian lận. Lấy trường hợp của một DePIN tập trung vào năng lượng: việc hợp đồng thông minh tin tưởng rằng một đồng hồ thông minh đo lường chính xác việc sản xuất năng lượng mặt trời cũng như trung gian chứng minh có thể xác minh khoảng 6 giờ đo đạc từ đồng hồ thông minh này, để bắt đầu thanh toán trên chuỗi bằng tiền mã hóa là rất quan trọng.

Để đạt được cả hai, chúng ta có thể phác thảo công nghệ hiện tại khả thi, như dưới đây.

Góc độ B: Đóng gói công nghệ xác minh theo cách phân cấp

Sau khi hiểu đủ về công nghệ xác minh khả thi, chúng ta cần suy nghĩ về cách có thể đóng gói nó vào một giao thức phân cấp. Dưới đây là một số suy nghĩ:

• Lớp phần cứng cần được tối thiểu hóa (để đảm bảo khả năng tiếp cận rộng rãi và phân cấp) và nhiều tính năng nên được công nhận trong trung gian để giúp tránh rủi ro tập trung trong các lĩnh vực khác của hệ thống. Điều này tương tự như "Giao thức Béo" nổi tiếng để chúng ta muốn lớp phần cứng mỏng trong khi lớp trung gian dày.

  

  • Middleware hoạt động như một blockchain công cộng theo các khía cạnh sau
  • không cần quyền truy cập và trung lập (mã nguồn mở, do cộng đồng vận hành)
  • minh bạch và không cần lòng tin, cung cấp độ bảo mật cao, có khả năng chống lại các cuộc tấn công tinh vi dựa trên động cơ tài chính.
  • có khả năng thực hiện nhiều loại xác minh cho các tình huống khác nhau, do đó cần có tính lập trình (nghĩ về hợp đồng thông minh) được nhúng.
  • Có khả năng lưu giữ các tính năng cần thiết từ phần cứng hoặc lớp ứng dụng khi cần thiết.

  Góc nhìn C: Các chế độ xác minh

  Tại các tình huống khác nhau, các nút dịch vụ hoạt động khác nhau. Ví dụ, trong bối cảnh lưu trữ tệp, các nút dịch vụ luôn làm việc (để lưu trữ những gì đã hứa) nên việc kiểm tra họ là tự nhiên, trong khi trong bối cảnh DIMO (thu thập dữ liệu xe hơi), một nút dịch vụ (thiết bị gắn trên xe) tải lên các phép đo mỗi 10 phút, do đó xác minh có thể được áp dụng cho tất cả các phép đo. Do đó, middleware có các chế độ xác minh khác nhau thích ứng với các ứng dụng DEPIN khác nhau:

  • Người xử lý dữ liệu: đây là chế độ phổ biến nhất mà các nút dịch vụ hoặc thiết bị chủ yếu gửi tất cả các phép đo đến middleware, mà xác minh và xử lý chúng để tạo ra các bằng chứng cho hợp đồng thông minh.
  • Người tích hợp chủ động: giao thức middleware chủ động chọn một tập hợp con của các nút dịch vụ để thách thức (lưu ý rằng nếu giao thức middleware đủ mạnh, nó có thể "lấy mẫu" tất cả các nút dịch vụ). Sau khi nhận được phản hồi từ các nút, nó chuyển vào chế độ người xử lý dữ liệu. Phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên như được sử dụng trong Filecoin thuộc vào danh mục này.
  • Người theo dõi thụ động: đây là cách ít phổ biến nhất mà middleware chỉ lặng lẽ theo dõi các nút đang phục vụ và cố gắng tìm chứng cứ rằng họ (không) đang làm những gì được mong đợi (Nghĩ về lý thuyết rừng tối).

  Xây dựng W3bstream như Middleware cho Xác minh DePIN

  Tổng hợp tất cả các góc nhìn đã đề cập, chúng tôi ủng hộ tiếp cận dựa trên bằng chứng tính hợp lệ và hình dung một giao thức xác minh phi tập trung, chia sẻ và trung lập (như một phần của Mạng IoTeX) để phục vụ các mạng DEPIN. Giao thức này tiếp nhận các phép đo từ một loạt các mạng DEPIN nhỏ hơn và cung cấp các bằng chứng hợp lệ (ví dụ: chúng tôi hiện sử dụng bằng chứng SNARK) cho hợp đồng thông minh. Chúng tôi đã phát hành phiên bản xem trước nhà phát triển của W3bstream vào tháng Bảy và hiện chúng tôi đang ở tốc độ cao để phát hành phiên bản Mainnet Sprout theo kế hoạch trong lộ trình của chúng tôi, cho phép cộng đồng sử dụng IOTX đã được đặt cọc để tham gia vào việc khởi động lạnh của mạng vào cuối quý 4 năm 2023 hoặc đầu quý 1 năm 2024.

  

  Trên quy mô rộng hơn, W3bstream là một mạng shard do cộng đồng điều hành, tạo điều kiện cho các dự án DEPIN khác nhau triển khai (và sau đó cập nhật) "công thức" xác minh của họ lên nền tảng. Những "công thức" này có thể được tạo ra bằng Rust, Golang, C++, với nhiều ngôn ngữ khác sẽ được hỗ trợ sớm. Đây là những gì chúng thường trông như thế nào:

  

  Các chứng minh không biết thường đi kèm với những đánh đổi về hiệu suất, bao gồm thời gian sinh chứng dài hơn và yêu cầu tài nguyên tính toán nhiều hơn, khiến chúng khó mở rộng cho một số ứng dụng thực tế. Chúng tôi đã thực hiện tối ưu hóa nội bộ (bao gồm cả lô) trên nền tảng zk-SNARK để giải quyết những vấn đề hiệu suất này, nhằm cung cấp sinh chứng nhanh hơn trong khi vẫn giữ nguyên những lợi ích cốt lõi của các giao thức không biết. Dưới đây là kết quả kiểm tra hiệu suất khi chạy sinh chứng theo lô từ 1000 thiết bị mô phỏng sử dụng "công thức" ở trên, có và không có gia tốc GPU.

  	Thế hệ zk-SNARKs (trên máy thông thường)	Thế hệ zk-SNARKs (Gia tốc GPU)
  Thời gian trung bình	0.75 giây	0.06 giây

  Chỉ số chứng minh về khoảng cách lái xe

  Ghi chú: máy thông thường - 12 luồng CPU + 64GB RAM

  Tiên phong Niềm tin trong Thế giới Phi tập trung của Ngày mai

  Cơ sở hạ tầng vật lý phi tập trung đang ở giai đoạn hình thành lại nhiều khía cạnh của thế giới chúng ta. Tuy nhiên, việc khai thác toàn bộ tiềm năng của nó phụ thuộc vào việc giải quyết các thách thức của xác minh phi tập trung, đảm bảo tính thiêng liêng và bất khả xâm phạm của các mạng lưới này. Để giải quyết những thách thức phức tạp này, chúng tôi đang tổ chức hội nghị học thuật đầu tiên trên thế giới vào tháng Mười này, chào đón các nhà nghiên cứu và kỹ sư hàng đầu từ các lĩnh vực như web3, mật mã, IoT, an ninh/riêng tư và kinh tế, tất cả đều hướng tới một tầm nhìn chung. Chúng tôi mời tất cả những ai đam mê cải tiến lớp xác minh DEPIN hợp tác với chúng tôi theo nhiều hình thức khác nhau. Hãy liên hệ với chúng tôi qua research@iotex.io.