Xác minh phi tập trung trong DePIN

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

Các Mạng Lưới Cơ Sở Hạ Tầng Vật Lý Phi Tập Trung (DePINs) đại diện cho một sự chuyển biến mạnh mẽ trong cách chúng ta hình dung và tổ chức các hệ thống thực tế, trải dài qua các lĩnh vực như năng lượng, 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 cơ sở hạ tầng vật lý theo cách phi tập trung và ngang hàng. Như Guy Woullet của a16z đã chỉ ra, sự thành công của DePINs phụ thuộc vào việc giải quyết một thách thức then chốt: đảm bảo xác thực đáng tin cậy các nút dịch vụ phân tán địa lý mà không cần đến sự kiểm soát của cơ quan trung ương. Trong bài viết này, chúng tôi đi sâu vào chủ đề xác thực phi tập trung trong các DePINs, phân tích một cách nghiêm túc các giải pháp hiện có và đề xuất những hướng đi sáng tạo hứa hẹn khả năng mở rộng mà không ảnh hưởng đến bảo mật và tính phi tập trung.

Sự Trỗi Dậy Của DePIN

DePINs tận dụng sức mạnh của các blockchain và hợp đồng thông minh để tạo ra các thị trường mở cho dịch vụ dựa trên cơ sở hạ tầng vật lý. Hãy tưởng tượng một DePIN dựa trên năng lượng: những chủ nhà được trang bị pin mặt trời có thể sản xuất điện và chuyển giao năng lượng thừa cho hàng xóm của họ. Với sự hỗ trợ của các blockchain và được thực hiện thông qua các hợp đồng thông minh, các giao dịch năng lượng này được ghi lại và thanh toán 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 tin cậy và trực tiếp ngang hàng, loại bỏ nhu cầu về các công ty tiện ích như những người trung gian. Những mạng lưới cơ sở hạ tầng vật lý phi tập trung này đang được chú ý trong nhiều lĩnh vực vào năm 2023. Bằng cách loại bỏ các người gác cổng trung tâm, DePINs được dự đoán sẽ nâng cao hiệu quả, giảm chi phí, mở rộng khả năng tiếp cận và mang lại quyền lực lớn hơn cho cá nhân.

Giải Phẫu Của DePIN

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

Đến gần với một mạng lưới DEPIN điển hình (có thể nghĩ đến DIMO hay Helium hay WiFimap hay GeoDnet), thường có ba vai trò:

• Nút dịch vụ: một tập hợp các máy chủ hoặc thiết bị cung cấp dịch vụ hoặc tiện ích, chẳng hạn như 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 như dự kiến hay không. Nó đảm bảo việc đại diện và báo cáo chính xác các hoạt động và sự kiện của thế giới thực từ các nút dịch vụ đến các hợp đồng thông minh, điều này có thể liên quan chặt chẽ đến cách thức hoạt động của các token DEPIN.
• Người dùng cuối: một cộng đồng của 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 một số chỉ số nhất định, việc thiếu sót có thể dẫn đến, như đã đề cập tại đây:

1. Tự giao dịch: Người tham gia có thể lợi dụng mạng lưới bằng cách sử dụng dịch vụ từ cơ sở hạ tầng mà họ sở hữu, tích lũy phí và phần thưởng. Để minh họa, một thực thể năng lượng có thể giả lập việc mua năng lượng từ các nguồn dự trữ của chính mình. Với các khoản trợ cấp hào phóng hoặc phần thưởng khối ban đầu, việc tự giao dịch trở nên có lợi.
2. Cung cấp lười biếng: Các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng có thể hứa hẹn dịch vụ nhưng sau đó hoặc không thực hiện cam kết của họ hoặc cung cấp dịch vụ kém chất lượng. Trong trường hợp không có hệ thống xác minh nghiêm ngặt, người dùng sẽ không có biện pháp nào.
3. Các nhà cung cấp độc hại: Mặc dù hiếm hơn so với hai trường hợp đầu tiên, có khả năng xảy ra các thực thể ác ý thao túng cơ sở hạ tầng, khiến người dùng chấp nhận dữ liệu cảm biến giả mạo phù hợp với lợi ích tài chính của nhà cung cấp. Những hành vi không bị kiểm soát có thể làm mất ổn định các động lực kinh tế của DePIN. Niềm tin và hiệu suất mạng giảm sút, dẫn đến "bi kịch của một môi trường chung", với các nhà cung cấp tìm kiếm lợi ích cá nhân hoặc sự tập trung quyền lực. Trong cả hai trường hợp, mục tiêu của một cơ sở hạ tầng phi tập trung, do đồng đẳng điều khiển bị phá vỡ.

Phần mềm trung gian cho xác minh

Chứng minh công việc của Bitcoin là một hình thức xác minh DEPIN sớm. Nó tận dụng lượng lớn sức mạnh băm để đảm bảo an ninh, với mỗi nút trong mạng Bitcoin toàn cầu đều đóng vai trò trong việc xác minh. Xác minh DEPIN ngày nay sử dụng một tinh thần tương tự. Tại đây, các nút dịch vụ tạo ra tiện ích, và một tập hợp các nút khác (như một giao thức phần mềm trung gian) sẽ tham gia để xác nhận 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 mô tả là "chứng minh công việc hữu ích" hoặc "chứng minh công việc vật lý". Cả hai hệ thống nhấn mạnh tầm quan trọng của sự đồng thuận phi tập trung trong việc thúc đẩy niềm tin và an ninh.

Thiết kế và kiến trúc một phần mềm trung gian như vậy là không đơn giản. Hãy xem xét nó từ nhiều góc độ khác nhau.

Góc nhìn A: Công nghệ khả thi cho xác minh

Một xác minh thành công trong một DePIN được đạt được nếu cả hai điều dưới đây được thực hiện cùng một lúc:

1. Tính xác thực và 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 chính xác và không bị giả mạo.
2. Độ tin cậy của tính toán bên ngoài chuỗi: Thông thường, các phép đo không thể được sử dụng trực tiếp cho mục đích xác minh. Một lượng nhất định tính toán bên ngoài chuỗi là cần thiết để xử lý chúng, cần phải đáng tin cậy, ví dụ như không gian lận. Lấy trường hợp của một DePIN tập trung vào năng lượng: nó rất quan trọng để hợp đồng thông minh tin rằng một đồng hồ thông minh đo lường đúng việc sản xuất năng lượng mặt trời CŨNG NHƯ phần mềm trung gian xác minh có lẽ 6 giờ phép đo từ đồng hồ thông minh này, để khởi tạo các khoản thanh toán trên chuỗi bằng tiền mã hóa.

Để đạt được cả hai, chúng ta có thể vạch ra công nghệ hiện tại là khả thi, như bên dưới.

Góc nhìn B: Đóng gói công nghệ xác minh theo cách phi tập trung

Sau khi có đủ hiểu biết về công nghệ xác minh khả thi, chúng ta cần suy nghĩ cách mà chúng ta có thể đóng gói nó thành một giao thức phi tập trung. Dưới đây là một số suy nghĩ:

• Lớp phần cứng cần được tối giản (để đảm bảo sự truy cập rộng rãi và phi tập trung) và nhiều tính năng nên được ghi trong phần mềm trung gian để tránh các rủi ro tập trung trong các lĩnh vực khác của cấu trúc. Điều này giống như "Giao thức béo" nổi tiếng, như chúng ta muốn lớp phần cứng mỏng trong khi phần mềm trung gian thì béo.

• Middleware hoạt động giống như một blockchain công cộng trong các khía cạnh sau
• không cần cấp phép và trung lập (mã nguồn mở, do cộng đồng quản lý)
• minh bạch và không cần tin cậy, cung cấp độ bảo mật cao, có khả năng chịu đựng các cuộc tấn công tinh vi do động cơ tài chính.
• có khả năng thực hiện nhiều loại xác minh cho các kịch bản khác nhau, vì vậy cần có tính lập trình (nghĩ về hợp đồng thông minh) tích hợp.
• Có khả năng ghi nhận các tính năng cần thiết từ phần cứng hoặc lớp ứng dụng khi cần thiết.

Quan điểm C: Các chế độ xác minh

Trong các kịch bản khác nhau, các nút dịch vụ hoạt động khác nhau. Ví dụ, trong ngữ cảnh lưu trữ tệp, các nút dịch vụ luôn hoạt động (để lưu trữ những gì đã hứa) nên việc kiểm tra ngẫu nhiên chúng là điều tự nhiên, trong khi trong ngữ cảnh DIMO (thu thập dữ liệu ô tô), một nút dịch vụ (thiết bị gắn trên ô tô) tải lên các đo đạc mỗi 10 phút, vì vậy có thể áp dụng xác minh cho tất cả các đo đạc. Do đó, middleware có các chế độ xác minh khác nhau thích ứng với các ứng dụng DEPIN khác nhau:

• Máy xử lý dữ liệu: đây là chế độ phổ biến nhất mà các nút dịch vụ hoặc thiết bị cơ bản gửi tất cả các đo đạc đến middleware, mà xác minh và xử lý chúng để tạo ra các chứng cứ cho hợp đồng thông minh.
• Tích cực tích hợp: 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 máy xử lý dữ liệu. Phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên như được sử dụng trong Filecoin thuộc vào loại này.
• Người quan sát thụ động: đây là cách ít phổ biến nhất mà middleware chỉ âm thầm theo dõi các nút trong dịch vụ và cố gắng tìm bằng chứng rằng chúng đang (không) làm những gì mong đợi (Nghĩ về lý thuyết rừng tối).

Xây dựng W3bstream như Middleware cho Xác minh DePIN

Tập hợp tất cả các quan điểm đã nêu, chúng tôi ủng hộ phương pháp dựa trên bằng chứng hợp lệ và hình dung một giao thức xác minh off-chain phân quyền, chia sẻ và trung lập (như một phần của Mạng IoTeX) để phục vụ các mạng DEPIN. Giao thức này tiếp nhận các đo đạc từ nhiều mạng DEPIN nhỏ hơn và cung cấp các bằng chứng hợp lệ (ví dụ: chúng tôi sử dụng bằng chứng SNARK cho đến nay) cho các hợp đồng thông minh. Chúng tôi đã ra mắt phiên bản xem trước của nhà phát triển W3bstream vào tháng Bảy và hiện tại chúng tôi đang tăng tốc để phát hành phiên bản Mainnet Sprout theo kế hoạch trong lộ trình của chúng tôi, cho phép cộng đồng sử dụng IOTX đã đặt cược để tham gia vào sự khởi đầu 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 nhiều dự án DEPIN 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 kiến thức thường đi kèm với các thỏa hiệp về hiệu suất bao gồm thời gian tạo chứng minh lâu hơn và yêu cầu tài nguyên tính toán cao hơn, làm cho chúng khó mở rộng hơn cho một số ứng dụng thực tế. Chúng tôi đã thực hiện tối ưu hóa nội bộ (bao gồm cả batch) dựa trên zk-SNARKs để giải quyết những vấn đề về hiệu suất này, nhằm cung cấp việc tạo chứng minh nhanh hơn trong khi vẫn giữ lại những lợi ích cốt lõi của các giao thức không kiến thức. Dưới đây là kết quả benchmark để chạy việc tạo chứng minh theo lô từ 1000 thiết bị mô phỏng sử dụng "các công thức" ở trên, có và không có tăng tốc GPU.

Benchmark của Proof-of-drive-range

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

Tiên phong xây dựng niềm tin trong thế giới phi tập trung của ngày mai

Cơ sở hạ tầng vật lý phi tập trung đang trên đà định hình lại nhiều khía cạnh của thế giới chúng ta. Tuy nhiên, việc mở khóa tiềm năng đầy đủ của nó phụ thuộc vào việc giải quyết những thách thức của xác minh phi tập trung, đảm bảo tính thiêng liêng và bất khả xâm phạm của các mạng này. Để giải quyết những thách thức phức tạp này, chúng tôi đang tổ chức hội thảo học thuật đầu tiên trên thế giới vào tháng 10 này, chào đón các nhà nghiên cứu và kỹ sư hàng đầu từ các lĩnh vực như web3, mã hóa, IoT, an ninh/bảo mật, và kinh tế, tất cả đều hướng tới một tầm nhìn chung. Chúng tôi mời mọi người đam mê tiến bộ về lớp xác minh DEPIN hợp tác với chúng tôi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Liên hệ với chúng tôi tại research@iotex.io.