W3bstream: Một Layer-2 Rollup cho DePIN

Sự phát triển gần đây của không gian DePIN vào dòng chính của crypto đặt ra một số 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 dữ liệu. Bài viết dưới đây sẽ đi sâu vào một số thách thức này và các giải pháp được đề xuất bởi đội ngũ cốt lõi IoTeX thông qua một trong những sản phẩm của họ: W3bstream, một kiến trúc có thể mở rộng tập trung vào Rollup cho việc tính toán dữ liệu off-chain.

Một cái nhìn tổng quan về DePIN

Ngành DePIN (Các mạng lưới cơ sở hạ tầng vật lý phân cấp) đại diện cho một sự chuyển mình đáng kể so với các hệ thống IoT dựa trên Web2 truyền thống. Truyền thống, các hệ thống IoT đã hoặc là trung tâm đám mây, nơi dữ liệu từ các thiết bị vật lý đi qua một cổng IoT để được xử lý và lưu trữ trên đám mây, hoặc trung tâm 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 lại có tính tập trung hoặc trung gian. Tuy nhiên, DePIN giới thiệu một phương pháp 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 cơ sở hạ tầng và nền kinh tế máy móc từ cấp độ cơ sở. Điểm đặc biệt của DePIN nằm ở mô hình điều hành chủ yếu bởi cộng đồng, khuyến khích việc xây dựng các ứng dụng vì lợi ích chung, thay vì việc triển khai và bảo trì tập trung bởi một công ty duy nhất.
Có hai loại chính trong DePIN:

1. Các mạng lưới Tài nguyên Vật lý (PRNs): Những mạng lưới 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 tuệ không gian địa lý thông qua các cảm biến ở những khu vực cụ thể, và các ứng dụng di động như dịch vụ ô tô.
2. Các mạng lưới Tài nguyên Kỹ thuật số (DRNs): DRNs khuyến khích việc triển khai phần cứng cho các nguồn tài nguyên có thể hoán đổi, như sức mạnh tính toán, lưu trữ hoặc băng thông. Điều này cho phép tạo ra các mạng lớn cho các nhiệm vụ như xử lý video/audio hoặc dịch vụ lưu trữ, mà không cần phần cứng cụ thể cho từng vị trí.

Cảnh quan DePIN rất phong phú và đa dạng, với nhiều startup khám phá các khía cạnh khác nhau như tính toán phân cấp, lưu trữ, mạng lưới băng thông, và các giao thức truyền thông. Bất kể một dự án cụ thể thuộc loại nào, các DePIN đều đi kèm với những thách thức vốn có như thiết lập danh tính hệ thống, giải quyết các vấn đề riêng tư, và đặc biệt là khả năng mở rộng.

Thử thách về khả năng mở rộng DePIN

Như đã được đề cập trước đó, 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 lớn với nhiều thiết bị, tạo ra và xử lý một lượng dữ liệu khổng lồ. Đồng thời, việc tích hợp với công nghệ blockchain, trong khi cung cấp một nền tảng niềm tin vững chắc, cũng mang lại những hạn chế riêng. Các blockchain, nổi tiếng với yếu tố niềm tin cao, gặp khó khăn với khả năng xử lý hạn chế và chi phí lưu trữ dữ liệu cao. Sự tương phản giữa yêu cầu về mạng lưới và dữ liệu lớn với khả năng xử lý hạn chế của blockchain rõ ràng minh họa cho những thách thức khả năng mở rộng mà các ứng dụng DePIN phải đối mặt.

Cách tiếp cận Rollup của Ethereum

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

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

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

W3bstream: Một Layer-2 Rollup cho DePIN

Như đã đề cập trước đó, 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) một lượng lớn dữ liệu ngoài chuỗi thành các zk-proofs nhỏ hơn, có thể xác minh được để kích hoạt các giao dịch trên chuỗi. Bây giờ hãy cùng xem xét các thành phần chính của cách tiếp cận này:

1. Các Thiết Bị Thông Minh Độc Lập: Đây là yếu tố quan trọng đối với độ tin cậy dữ liệu trong các dự án DePIN. Được triển khai trong thế giới vật lý, những 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 Tồn Tại 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 liên tục do bản chất ngắn hạn của nó.
3. Mạng Bộ Sắp Xếp Phi Tập Trung (DSN): DSN đạt được sự đồng thuận về dữ liệu thu thập từ các thiết bị và lưu trữ nó trong tầng tồn tại dữ liệu. Sự đồng thuận này cần thiết để thực hiện bất kỳ phép toán có ý nghĩa nào.
4. Mạng Tập Hợp Phi Tập Trung: Có trách nhiệm với phép toán, mạng này lấy dữ liệu theo lô từ tầng tồn tại dữ liệu và tạo ra các zk-proofs tổng hợp cho một hoặc nhiều thiết bị.
5. Mạng Layer-1: Hợp đồng thông minh trên một Layer-1 có thể được sử dụng như những người xác minh để xác minh các zk-proofs được tạo ra bởi các bộ tổng hợp ngoài chuỗi. Bằng cách này, Layer-1 phục vụ như là nền tảng tin cậy và lớp thanh toán cho các ứng dụng DePIN.Dòng chảy cấp cao của kiến trúc như vậy như sau:

Các phần bên dưới phân tích kiến trúc này chi tiết hơn, bắt đầu từ cách thu thập dữ liệu tin cậy, sau đó giải thích về tiền xử lý dữ liệu và tồn tại dữ liệu rồi nói về quá trình tạo ra chứng nhận tổng hợp.

Thu Thập Dữ Liệu Tin Cậy

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

1. Cách Tiếp Cận Dựa Trên TEE: TEE đảm bảo thu thập dữ liệu an toàn bằng cách cô lập 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 hoạt động và tính toàn vẹn của mã của thiết bị.
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 nền tảng. Nó khác nhau dựa trên khả năng của thiết bị, với việc tạo ZKP trên bo mạch cho các thiết bị mạnh và tạo từ xa cho những thiết bị hạn chế hơn.

Kết hợp TEE và ZKP tăng cường độ tin cậy của 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 của 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 Tồn Tại Dữ Liệu

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

Mạng Bộ Sắp Xếp Phi Tập Trung:

• Chức Năng: Thực hiện tiền xử lý dữ liệu. Khi dữ liệu đến từ nhiều thiết bị khác nhau, mạng này xử lý nó để đảm bảo tính đồng nhất và tính tương thích.
• Quá Trình Xác Minh:
  Mỗi nút trong mạng xác minh dữ liệu trong hai bước:
  1) Xác nhận tính hợp lệ của quá trình thu thập dữ liệu, bằng cách kiểm tra báo cáo chứng thực từ các thiết bị được trang bị 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 Tồn Tại Dữ Liệu:

• Sau Khi Tiền Xử Lý: Sau khi dữ liệu được tiền xử lý và đạt được sự đồng thuận trong mạng, nó được lưu trữ trong một tầng tồn tại dữ liệu cụ thể cho dự án.
• Giải Pháp Lưu Trữ Tùy Chỉnh: Các dự án có sự linh hoạt để chọn tầng tồn tại dữ liệu mà họ ưa thích. Điều này được thực hiện thông qua các bộ điều chỉnh lưu trữ có thể cấu hình, cho phép dữ liệu được lưu trữ trong tầng tồn tại dữ liệu đã chọn.

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

Tập hợp Chứng cứ Dữ liệu

Thành phần thứ ba của kiến trúc DePIN tập trung vào việc tạo ra chứng cứ tổng hợp, một quá trình thiết yếu để xác thực các phép toán 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 ngoại chuỗi, được chia sẻ giữa tất cả các dự án DePIN.
• Các nút này định kỳ chọn một nút tập hợp nhàn rỗi, dựa trên một bộ theo dõi trạng thái trên chuỗi, để xử lý các nhiệm vụ tính toán cho một dự án DePIN cụ thể.

Thực hiện Nhiệm vụ bởi Các Nút Tập hợp:

• Nút được chọn lấy dữ liệu từ lớp khả năng sẵn có của dữ liệu.
• Sau đó, nó thực hiện các phép toán cần thiết cho dự án DePIN và tạo ra một chứng cứ.
• Chứng cứ này được gửi đến một hợp đồng thông minh Layer 1 để xác thực, sau đó nút quay lại trạng thái nhàn rỗi.

Để tạo ra chứng cứ tổng hợp này, hệ thống sẽ tận dụng một mạch tổng hợp theo lớp, gồm các thành phần sau:

• Mạch Nén Dữ liệu: Hoạt động như một cây Merkle, xác thực rằng tất cả dữ liệu đã thu thập xuất phát từ một gốc cây Merkle cụ thể.
• Mạch Xác thực Chữ ký Theo Lô: Xác thực tính hợp lệ của dữ liệu từ các thiết bị theo lô, mỗi cái có liên kết 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 minh số bước trong một dự án y tế, hoặc năng lượng sản xuất trong một nhà máy năng lượng mặt trời, được thực hiện chính xác.
• Mạch Tập hợp Chứng cứ: Tập hợp tất cả các chứng cứ thành một chứng cứ duy nhất để xác thực cuối cùng bởi hợp đồng thông minh Layer 1.

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

Kết luận

Cuối cùng, W3bstream đóng góp vào khả năng mở rộng của DePIN bằng cách quản lý hiệu quả việc xử lý dữ liệu trước qua mạng trình tự phân cấp của nó. Nó hỗ trợ việc tạo ra chứng cứ tổng hợp, điều này là cần thiết để xác thực các phép toán phức tạp trên các mạng lớn. Bằng cách tạo điều kiện cho các phép toán ngoại chuỗi và cung cấp một cơ chế mạnh mẽ cho việc xác thực chứng cứ trên chuỗi, W3bstream nâng cao đáng kể thông lượng và hiệu quả của các ứng dụng DePIN. Trong khi việc phối hợp của W3bstream phụ thuộc vào blockchain IoTeX, mà vẫn là lựa chọn hoàn hảo cho các ứng dụng DePIN mới do tốc độ, bảo mật và hiệu quả chi phí của nó, W3bstream có thể hỗ trợ bất kỳ dự án DePIN hiện có nào trên bất kỳ blockchain nào. Kiến trúc của nó cho phép một cơ sở hạ tầng có thể mở rộng và an toàn, khiến nó trở thành một thành phần thiết yếu trong hệ sinh thái mạng phân cấp rộng lớn hơn.

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 xem bài nghiên cứu đầy đủ tại đây.

Tìm hiểu thêm về W3bstream và tất cả các công cụ mà đội ngũ IoTeX cung cấp cho các nhà phát triển và người sáng lập DePIN. Bạn mới với DePIN? Tìm mọi thứ về bối cảnh DePIN trên DePINscan do IoTeX cung cấp.