W3bstream: Một Layer-2 Rollup cho DePIN

Sự gia tăng gần đây của không gian DePIN vào dòng chính của crypto đặt ra nhiều câu hỏi và thách thức, chẳng hạn như phân quyền, khả năng mở rộng, khả năng xác minh, quản lý danh tính và niềm tin vào dữ liệu. Bài viết dưới đây sẽ đi sâu vào một số thách thức này và các giải pháp do nhóm cốt lõi IoTeX đề xuất thông qua một trong những sản phẩm của họ: W3bstream, một kiến trúc có khả năng mở rộng tập trung vào Rollup cho việc tính toán dữ liệu off-chain.

Giới thiệu về DePIN

Ngành DePIN (Mạng lưới Hạ tầng Vật lý Phi tập trung) đại diện cho một bước chuyển đổi đáng kể từ các hệ thống IoT dựa trên Web2 truyền thống. Truyền thống, các hệ thống IoT thường là tập trung vào đám mây, nơi dữ liệu từ các thiết bị vật lý đi qua cổng IoT vào đám mây để xử lý và lưu trữ, hoặc tập trung vào biên, liên quan đến các máy chủ biên xử lý dữ liệu gần nguồn hơn. Những kiến trúc này, mặc dù phổ biến trong các ứng dụng IoT, nhưng có tính tập trung hoặc hỗn hợp. DePIN, tuy nhiên, giới thiệu một cách tiếp cận mới bằng cách tích hợp ba công nghệ cốt lõi: Blockchain, IoT, và Tokenomics. Sự kết hợp này cho phép tạo ra các mạng lưới hạ tầng và nền kinh tế máy móc từ cấp độ cơ sở. Điểm đặc trưng của DePIN nằm ở mô hình do cộng đồng điều hành, khuyến khích xây dựng các ứng dụng vì lợi ích chung, thay vì triển khai và bảo trì tập trung bởi một công ty duy nhất.
Có hai loại chính trong DePIN:

1. Mạng lưới Tài nguyên Vật lý (PRNs): Các mạng này tập trung vào phần cứng phụ thuộc vào vị trí để cung cấp hàng hóa hoặc dịch vụ độc đáo. Ví dụ bao gồm kết nối không dây, trí thông minh không gian địa lý thông qua cảm biến ở các khu vực cụ thể, và các ứng dụng di động như dịch vụ ô tô.
2. Mạng lưới Tài nguyên Kỹ thuật số (DRNs): DRNs khuyến khích việc triển khai phần cứng cho các tài nguyên có thể hoán đổi, chẳng hạn như sức mạnh tính toán, lưu trữ hoặc băng thông. Điều này cho phép tạo ra các mạng lưới lớn cho các nhiệm vụ như xử lý video/audio hoặc dịch vụ lưu trữ, mà không cần phần cứng phụ thuộc vào vị trí.

Cảnh quan DePIN rất phong phú và đa dạng, với nhiều công ty khởi nghiệp khám phá các khía cạnh khác nhau như tính toán phân tán, lưu trữ, mạng băng thông và giao thức truyền thông. Bất kể loại hình nào mà một dự án nhất định thuộc về, các DePIN đều có những thách thức vốn có như thiết lập danh tính hệ thống, giải quyết các vấn đề về quyền riêng tư và đặc biệt là, khả năng mở rộng.

Thách thức Về khả năng Mở rộng của DePIN

Như đã nói ở trên, khả năng mở rộng xuất hiện như một thách thức quan trọng, được thúc đẩy bởi các đặc điểm vốn có của các ứng dụng DePIN. Các DePIN thường bao gồm các mạng lưới quy mô lớn với nhiều thiết bị, tạo ra và xử lý một lượng lớn dữ liệu. Đồng thời, việc tích hợp với công nghệ blockchain, trong khi cung cấp một nền tảng niềm tin vững chắc, lại mang đến một bộ giới hạn riêng. Các blockchain, nổi tiếng với yếu tố niềm tin cao, chịu đựng từ khả năng xử lý hạn chế và chi phí lưu trữ dữ liệu cao. Sự đối lập giữa các yêu cầu rộng lớn về mạng và dữ liệu so với khả năng xử lý hạn chế của các blockchain rõ ràng minh họa cho các thách thức về khả năng mở rộng mà các ứng dụng DePIN gặp phải.

Cách tiếp cận Rollup của Ethereum

Cách tiếp cận mà Ethereum đã áp dụng để giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng là thông qua một lộ trình tập trung vào Rollup. Chiến lược này về cơ bản suy nghĩ lại cách xử lý dữ liệu và thực thi giao dịch trong một mạng lưới blockchain.

1. Rollups Layer 2: Thay vì chỉ dựa vào Layer 1 (chuỗi chính) cho tất cả các xử lý và thực thi dữ liệu, Ethereum đề xuất chuyển nhiều công việc này sang các mạng Rollup Layer-2. Các mạng này hoạt động song song với chuỗi chính nhưng xử lý các giao dịch theo một cách hiệu quả hơn.
2. Xử lý Giao dịch theo Đợt: Các mạng Layer 2 thu thập các giao dịch từ mạng Layer 1 và xử lý chúng theo các đợt. Bằng cách tổng hợp nhiều giao dịch, các mạng Rollup có thể xử lý chúng hiệu quả hơn so với việc xử lý riêng lẻ trên chuỗi chính.
3. Thế hệ và Xác thực Bằng Chứng: Sau khi xử lý các giao dịch trong một đợt, các mạng Layer 2 tạo ra một bằng chứng. Bằng chứng này là một bằng chứng mật mã xác minh tất cả các giao dịch được xử lý trong một mạng Rollup là hợp lệ. Mạng Layer 1, thông qua một hợp đồng thông minh, sau đó xác thực bằng chứng này. Quy trình này đảm bảo tính toàn vẹn của các giao dịch được xử lý trên các mạng Layer 2.
4. Layer 1 như Một Đầu mối Niềm tin: Mặc dù chuyển tải xử lý dữ liệu sang một mạng Layer 2, blockchain Layer 1 vẫn giữ vai trò là đầu mối niềm tin cốt lõi. Nó đạt được điều này bằng cách xác thực các bằng chứng từ mạng Layer 2, từ đó duy trì tính toàn vẹn và bảo mật của toàn bộ mạng.
5. Chuyển đổi Trạng thái Hiệu quả: Với mạng Layer 1 chấp nhận các bằng chứng này và các chuyển đổi trạng thái kết quả, nó có thể xử lý đợt giao dịch hiệu quả hơn. Cách tiếp cận này giảm bớt gánh nặng trên mạng Layer 1, cho phép nó hoạt động hiệu quả hơn như một đầu mối niềm tin trong khi xử lý ít nhưng quan trọng hơn các nhiệm vụ.

   Cách tiếp cận tập trung vào Rollup này cho phép Ethereum nâng cao khả năng mở rộng một cách đáng kể, và nó có thể được điều chỉnh để phù hợp với DePIN, với một số sửa đổi nhất định.

   W3bstream: Một Layer-2 Rollup cho DePINs

   Như đã đề cập trước đó, một cách tiếp cận tập trung vào Rollup cũng có thể được sử dụng để mở rộng các ứng dụng DePIN. Cách tiếp cận này là triết lý cốt lõi đứng sau W3bstream của IoTeX, mạng Layer-2 của IoTeX được thiết kế đặc biệt để mở rộng các dự án DePIN, có khả năng nén (tổng hợp) lượng lớn dữ liệu ngoại tuyến thành các chứng minh zk có thể xác minh với kích thước nhỏ hơn để kích hoạt các giao dịch trên chuỗi. Hãy cùng xem các thành phần chính của cách tiếp cận như vậy:

   1. Các Thiết Bị Thông Minh Độc Lập: Đây là rất quan trọng cho độ tin cậy của dữ liệu trong các dự án DePIN. Được triển khai trong thế giới vật lý, các thiết bị này không chỉ thu thập dữ liệu mà còn chứng thực độ tin cậy của quá trình thu thập dữ liệu.
   2. Tầng Sẵn Có Dữ Liệu: Tầng này có trách nhiệm lưu trữ tạm thời dữ liệu nhận được từ các thiết bị. Nó có thể là trên chuỗi hoặc ngoài chuỗi và khác với lưu trữ lâu dài do tính chất ngắn hạn của nó.
   3. Mạng Sắp Xếp Phi Tập Trung (DSN): DSN đạt được sự đồng thuận về dữ liệu được thu thập từ các thiết bị và lưu trữ nó trong tầng sẵn có dữ liệu. Sự đồng thuận này là cần thiết để thực hiện bất kỳ phép tính có ý nghĩa nào.
   4. Mạng Tổng Hợp Phi Tập Trung: Chịu trách nhiệm về phép tính, mạng này lấy dữ liệu theo lô từ tầng sẵn có dữ liệu và tạo ra các chứng minh zk tổng hợp cho một hoặc nhiều thiết bị.
   5. Mạng Layer-1: Các hợp đồng thông minh trên một Layer-1 có thể được sử dụng làm người xác thực để xác minh các chứng minh zk được tạo ra bởi các tổng hợp ngoài chuỗi. Bằng cách này, Layer-1 phục vụ như nền tảng tin cậy và tầng thanh toán cho các ứng dụng DePIN. Dòng chảy tổng quát của kiến trúc như vậy như sau:

   

   Các phần bên dưới sẽ phân tích kiến trúc này một cách chi tiết hơn, bắt đầu từ cách thu thập dữ liệu tin cậy, sau đó giải thích về quá trình tiền xử lý dữ liệu và sẵn có dữ liệu để sau đó nói về quá trình tạo chứng minh tổng hợp.

   Thu Thập Dữ Liệu Tin Cậy

   Trong các ứng dụng DePIN, việc thu thập dữ liệu tin cậy là rất quan trọng và chủ yếu được đạt được qua hai cách tiếp cận: TEE (Môi Trường Thực Thi Đáng Tin Cậy) và chứng minh không biết (ZKP).

   1. Cách Tiếp Cận Dựa Trên TEE: TEE đảm bảo thu thập dữ liệu an toàn bằng cách cách ly mã thu thập dữ liệu trong một khu vực được bảo vệ của thiết bị. Nó cũng bao gồm chứng thực từ xa, cho phép xác minh bên ngoài về hoạt động của thiết bị và tính toàn vẹn của mã.
   2. Cách Tiếp Cận Dựa Trên ZKP: Phương pháp này cho phép các thiết bị chứng minh độ chính xác của việc thu thập dữ liệu mà không tiết lộ dữ liệu cơ bản. Nó thay đổi dựa trên khả năng của thiết bị, với việc tạo ZKP trên bo mạch cho các thiết bị mạnh mẽ và tạo từ xa cho các thiết bị hạn chế hơn.

   Kết hợp TEE và ZKP cải thiện độ tin cậy trong việc thu thập dữ liệu trong các ứng dụng DePIN, ảnh hưởng đến hiệu quả tổng thể của các hệ thống tài chính liên quan. Nghiên cứu trong tương lai nhằm cải thiện hiệu quả ZKP, đặc biệt cho các thiết bị có nhiều cảm biến hoặc nhu cầu thu thập dữ liệu phức tạp.

   Tiền Xử Lý Dữ Liệu và Sẵn Có Dữ Liệu

   Thành phần chính thứ hai trong kiến trúc DePIN liên quan đến việc tiền xử lý dữ liệu và đảm bảo tính sẵn có của dữ liệu, được hỗ trợ bởi một mạng sắp xếp phi tập trung. Mạng này phục vụ nhiều dự án DePIN và giải quyết thách thức về sự đa dạng của thiết bị, đặc biệt là trong các giao thức giao tiếp.

   Mạng Sắp Xếp Phi Tập Trung:

   • Chức Năng: Thực hiện tiền xử lý dữ liệu. Khi dữ liệu đến từ các thiết bị khác nhau, mạng xử lý nó để đảm bảo tính đồng nhất và tương thích.
   • Quá Trình Xác Minh:
     Mỗi nút trong mạng xác minh dữ liệu theo hai bước:
     1) Xác nhận tính hợp lệ của quá trình thu thập dữ liệu, hoặc bằng cách kiểm tra báo cáo chứng thực từ các thiết bị kích hoạt TEE hoặc bằng cách xác minh chứng minh được tạo ra bởi thiết bị.
     2) Xác thực chữ ký của thiết bị để đảm bảo tính xác thực của nguồn dữ liệu.

   Lưu Trữ và Sẵn Có Dữ Liệu:

   • Post-Preprocessing: Sau khi dữ liệu được tiền xử lý và đạt được sự đồng thuận trong mạng, nó được lưu trữ trong một tầng sẵn có dữ liệu cụ thể của dự án.
   • Giải Pháp Lưu Trữ Tuỳ Chỉnh: Các dự án có thể linh hoạt chọn lựa tầng sẵn có dữ liệu mà họ ưa thích. Điều này được thực hiện thông qua các bộ điều hợp lưu trữ cấu hình được, cho phép dữ liệu được lưu trữ trong tầng sẵn có dữ liệu đã chọn.

   Thành phần này của kiến trúc DePIN đóng một vai trò quan trọng trong việc chuẩn hóa và bảo mật dòng dữ liệu từ các thiết bị đa dạng, đảm bảo rằng nó được xử lý đồng nhất và lưu trữ một cách hiệu quả.

   Tập hợp Chứng minh Dữ liệu

   Thành phần thứ ba của kiến trúc DePIN tập trung vào việc tạo ra chứng minh tổng hợp, một quá trình thiết yếu để xác thực các phép tính trong các dự án DePIN.

   Các Nút Tập Hợp và Hồ Bơi Tính Toán:

   • Mạng lưới bao gồm các nút tập hợp tạo thành một hồ bơi tài nguyên tính toán ngoài chuỗi, được chia sẻ giữa tất cả các dự án DePIN.
   • Những nút này sẽ định kỳ chọn một nút tập hợp nhàn rỗi, dựa trên một hệ thống giám sát trạng thái trong chuỗi, để xử lý các nhiệm vụ tính toán cho một dự án DePIN cụ thể.

   Thực Thi Nhiệm Vụ bởi Các Nút Tập Hợp:

   • Nút được chọn sẽ thu thập dữ liệu từ lớp khả năng có dữ liệu.
   • Sau đó, nó thực hiện các phép tính cần thiết cho dự án DePIN và tạo ra một chứng minh.
   • Chứng minh này sẽ được gửi tới một hợp đồng thông minh Layer 1 để xác thực, sau đó nút sẽ trở lại trạng thái nhàn rỗi.

   Để chứng minh tổng hợp này được tạo ra, hệ thống sẽ tận dụng một mạch tập hợp đa lớp, bao gồm các thành phần sau:

   

   • Mạch Nén Dữ Liệu: Hoạt động như một cây Merkle, chứng thực rằng tất cả dữ liệu được thu thập có nguồn gốc từ một gốc cây Merkle cụ thể.
   • Mạch Xác Thực Nhóm Chữ Ký: Xác thực tính hợp lệ của dữ liệu từ các thiết bị theo nhóm, mỗi nhóm gắn với một chữ ký.
   • Mạch Tính Toán DePIN: Chứng minh rằng logic tính toán cụ thể cho một dự án DePIN, chẳng hạn như xác thực số bước trong một dự án chăm sóc sức khỏe, hoặc năng lượng sản xuất trong một nhà máy năng lượng mặt trời, được thực hiện đúng cách.
   • Mạch Tập Hợp Chứng Minh: Tập hợp tất cả các chứng minh thành một chứng minh duy nhất để xác thực cuối cùng bởi hợp đồng thông minh Layer 1.

   Tập hợp chứng minh dữ liệu rất quan trọng trong việc đảm bảo tính toàn vẹn và khả năng xác minh của các phép tính trong các dự án DePIN, cung cấp một phương pháp tin cậy và hiệu quả để xác thực các phép tính và xử lý dữ liệu ngoài chuỗi.
   

   Kết Luận

   Tóm lại, W3bstream đóng góp vào khả năng mở rộng của DePIN bằng cách quản lý một cách hiệu quả quá trình tiền xử lý dữ liệu thông qua mạng trình tự phân quyền của nó. Nó hỗ trợ việc tạo ra chứng minh tổng hợp, điều này là cần thiết cho việc xác thực các phép tính phức tạp trên các mạng quy mô lớn. Bằng cách tạo điều kiện cho các phép tính ngoài chuỗi và cung cấp một cơ chế vững chắc cho việc xác minh chứng minh trên chuỗi, W3bstream nâng cao đáng kể thông lượng và hiệu quả của các ứng dụng DePIN. Trong khi sự phối hợp của W3bstream phụ thuộc vào blockchain IoTeX, vẫn là lựa chọn hoàn hảo cho các ứng dụng DePIN mới do tốc độ, an ninh và chi phí hiệu quả của nó, W3bstream có thể hỗ trợ bất kỳ dự án DePIN nào hiện có trên bất kỳ blockchain nào. Kiến trúc của nó cho phép một cơ sở hạ tầng có thể mở rộng và an toàn, làm cho nó trở thành một thành phần thiết yếu trong hệ sinh thái rộng lớn hơn của các mạng phi tập trung.

   Bài viết này dựa trên công trình nghiên cứu của người đứng đầu nghiên cứu của IoTeX, GS. Xinxin Fan và Lei Xiu từ Đại học Kent State. Để biết thêm thông tin, vui lòng kiểm tra nghiên cứu đầy đủ tại đây.

   Học thêm về W3bstream và tất cả các công cụ mà đội ngũ IoTeX đang cung cấp cho các nhà phát triển và người sáng lập DePIN. Mới đến DePIN? Tìm mọi thứ về bối cảnh DePIN trên DePINscan được hỗ trợ bởi IoTeX.