W3bstream: Một Layer-2 Rollup dành cho DePIN

IoTeX Team

03 Jan 2024 • 7 min read

Sự phát triển vượt bậc gần đây của không gian DePIN vào dòng chảy chính của tiền mã hóa đặt ra một số câu hỏi và thách thức, chẳng hạn như phi tập trung hóa, 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 nòng cốt IoTeX thông qua một trong những sản phẩm của mình: W3bstream, một kiến trúc có khả năng mở rộng lấy Rollup làm trung tâm cho việc tính toán dữ liệu ngoài chuỗi.

Ôn Lại Kiến Thức Về DePIN

Lĩnh vực DePIN (Mạng Lưới Cơ Sở Hạ Tầng Vật Lý Phi Tập Trung) đại diện cho một sự thay đổi đáng kể so với các hệ thống IoT truyền thống dựa trên Web2. Theo truyền thống, các hệ thống IoT hoặc là lấy đám mây làm trung tâm, trong đó dữ liệu từ các thiết bị vật lý đi qua một cổng IoT đến đám mây để xử lý và lưu trữ, hoặc lấy biên (edge) làm trung tâm, liên quan đến các máy chủ biên xử lý dữ liệu gần nguồn hơn. Những kiến trúc này, dù phổ biến trong các ứng dụng IoT, về bản chất mang tính tập trung hoặc lai. Tuy nhiên, DePIN 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 cơ sở hạ tầng và nền kinh tế máy móc từ cấp cơ sở. Điểm khác biệt của DePIN nằm ở mô hình do cộng đồng dẫn dắt, khuyến khích việc xây dựng các ứng dụng vì lợi ích chung, thay vì triển khai và duy trì tập trung bởi một công ty duy nhất.
Có hai danh mục chính trong DePIN:

Mạng Lưới Tài Nguyên Vật Lý (PRNs): Các mạng lưới này tập trung vào phần cứng phụ thuộc vị trí để cung cấp hàng hóa hoặc dịch vụ độc đáo. Ví dụ bao gồm kết nối không dây, thông tin địa không gian thông qua các cảm biến tại các khu vực cụ thể, và các ứng dụng di động như dịch vụ ô tô.
Mạng Lưới Tài Nguyên Kỹ Thuật Số (DRNs): DRNs khuyến khích việc triển khai phần cứng cho các tài nguyên có thể thay thế lẫn nhau, chẳng hạn như sức mạnh tính toán, lưu trữ hoặc băng thông. Điều này cho phép tạo ra các mạng lưới lớn cho các tác vụ như kết xuất video/âm thanh hoặc dịch vụ lưu trữ, mà không cần phần cứng theo vị trí cụ thể.

Bối cảnh DePIN rất phong phú và đa dạng, với vô số công ty khởi nghiệp khám phá các khía cạnh khác nhau như điện toán phi tập trung, lưu trữ, mạng lưới băng thông và giao thức truyền thông. Bất kể một dự án nhất định thuộc danh mục nào, DePIN đều đi kèm với những thách thức vốn có như thiết lập danh tính hệ thống, giải quyết các vấn đề về quyền riêng tư, và đáng chú ý nhất là khả năng mở rộng.

Thách Thức Về Khả Năng Mở Rộng Của DePIN

Như đã đề cập trước đó, khả năng mở rộng nổi lên như một thách thức quan trọng, xuất phát từ các đặc điểm vốn có của các ứng dụng DePIN. DePIN thường bao gồm các mạng lưới quy mô lớn với vô số thiết bị, tạo ra và xử lý một lượng dữ liệu khổng lồ. Đồng thời, việc tích hợp với công nghệ blockchain, dù cung cấp một nền tảng niềm tin vững chắc, lại mang theo những hạn chế riêng. Blockchain, nổi tiếng với yếu tố tin cậy cao, lại gặp phải khả năng xử lý hạn chế và chi phí lưu trữ dữ liệu tốn kém. Sự đối lập này giữa yêu cầu về mạng lưới và dữ liệu rộng lớn với khả năng xử lý hạn chế của blockchain minh họa rõ ràng những thách thức về khả năng mở rộng mà các ứng dụng DePIN phải đối mặt.

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 lấy Rollup làm trung tâm. Chiến lược này về cơ bản đã suy nghĩ lại cách thức xử lý dữ liệu và thực thi giao dịch được xử lý trong một mạng lưới blockchain.

Rollup Lớp 2: Thay vì chỉ dựa vào Lớp 1 (blockchain chính) cho tất cả việc xử lý dữ liệu và thực thi, Ethereum đề xuất chuyển phần lớn công việc này sang các mạng lưới Rollup Lớp 2. Các mạng lưới này hoạt động song song với blockchain chính nhưng xử lý giao dịch theo cách hiệu quả hơn.
Xử Lý Giao Dịch Theo Lô: Các mạng lưới Lớp 2 thu thập giao dịch từ mạng lưới Lớp 1 và xử lý chúng theo từng lô. Bằng cách tổng hợp nhiều giao dịch, các mạng lưới Rollup có thể xử lý chúng hiệu quả hơn so với việc xử lý riêng lẻ trên blockchain chính.
Tạo Và Xác Thực Bằng Chứng: Sau khi xử lý các giao dịch theo lô, các mạng lưới Lớp 2 tạo ra một bằng chứng. Bằng chứng này là bằng chứng mật mã học xác minh rằng tất cả các giao dịch được xử lý trong một mạng lưới Rollup đều hợp lệ. Mạng lưới Lớp 1, thông qua một hợp đồng thông minh, sau đó xác thực bằng chứng này. Quá trình này đảm bảo tính toàn vẹn của các giao dịch được xử lý trên các mạng lưới Lớp 2.
Lớp 1 Là Điểm Neo Niềm Tin: Mặc dù chuyển việc xử lý dữ liệu sang mạng lưới Lớp 2, blockchain Lớp 1 vẫn giữ vai trò là điểm neo niềm tin cốt lõi. Nó đạt được điều này bằng cách xác thực các bằng chứng từ mạng lưới Lớp 2, từ đó duy trì tính toàn vẹn và bảo mật tổng thể của mạng lưới.
Chuyển Đổi Trạng Thái Hiệu Quả: Với việc mạng lưới Lớp 1 chấp nhận các bằng chứng này và các chuyển đổi trạng thái kết quả, nó có thể xử lý lô giao dịch hiệu quả hơn. Cách tiếp cận này giảm bớt gánh nặng cho mạng lưới Lớp 1, cho phép nó hoạt động hiệu quả hơn với vai trò là điểm neo niềm tin trong khi xử lý ít tác vụ hơn nhưng quan trọng hơn.

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

W3bstream: Một Rollup Lớp-2 cho DePIN

Như đã đề cập trước đó, cách tiếp cận lấy Rollup làm trung tâm cũng có thể được sử dụng để mở rộng các ứng dụng DePIN. Cách tiếp cận này là triết lý cốt lõi đằng sau W3bstream của IoTeX, mạng Lớp-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 ngoài chuỗi thành các bằng chứng zk-proof có thể xác minh nhỏ hơn nhiều để kích hoạt các giao dịch trên chuỗi. Giờ hãy cùng xem xét các thành phần chính của cách tiếp cận này:

Thiết Bị Thông Minh Có Chủ Quyền (Sovereign Smart Devices): Đây là yếu tố then chốt đối với 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 xác thực độ tin cậy của quá trình thu thập dữ liệu.
Lớp Khả Dụng Dữ Liệu (Data Availability Layer): Lớp này chịu trách nhiệm lưu trữ tạm thời dữ liệu nhận được từ các thiết bị. Nó có thể ở trên chuỗi hoặc ngoài chuỗi và khác với lưu trữ bền vững do tính chất ngắn hạn của nó.
Mạng Trình Sắp Xếp Phi Tập Trung (Decentralized Sequencer Network - DSN): DSN đạt được sự đồng thuận về dữ liệu thu thập từ các thiết bị và lưu trữ nó trong lớp khả dụng dữ liệu. Sự đồng thuận này là cần thiết để thực hiện bất kỳ tính toán có ý nghĩa nào.
Mạng Tổng Hợp Phi Tập Trung (Decentralized Aggregator Network): Chịu trách nhiệm về tính toán, mạng này truy xuất dữ liệu theo từng đợt từ lớp khả dụng dữ liệu và tạo ra các bằng chứng zk-proof tổng hợp cho một hoặc nhiều thiết bị.
Mạng Lớp-1: Các hợp đồng thông minh trên Lớp-1 có thể được sử dụng làm trình xác minh để xác minh các bằng chứng zk-proof được tạo ra bởi các trình tổng hợp ngoài chuỗi. Theo cách này, Lớp-1 đóng vai trò là nền tảng tin cậy và lớp thanh toán cho các ứng dụng DePIN. Luồng hoạt động tổng quan của kiến trúc này như sau:

Các phần dưới đây sẽ phân tích kiến trúc này chi tiết hơn, bắt đầu từ cách thu thập dữ liệu đáng tin cậy, sau đó giải thích quá trình tiền xử lý dữ liệu và khả dụng dữ liệu để tiếp đó nói về quá trình tạo bằng chứng tổng hợp.

Thu Thập Dữ Liệu Đáng Tin Cậy

Trong các ứng dụng DePIN, việc thu thập dữ liệu đáng tin cậy là yếu tố then chốt và chủ yếu được thực hiện thông qua hai cách tiếp cận: dựa trên TEE (Môi Trường Thực Thi Đáng Tin Cậy) và dựa trên bằng chứng không tiết lộ thông tin (ZKP).

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 về hoạt động của thiết bị và tính toàn vẹn của mã.
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 gốc. Nó thay đổi tùy theo khả năng của thiết bị, với việc tạo ZKP trên thiết bị đối với các thiết bị mạnh, và tạo từ xa đối với các thiết bị hạn chế hơn.

Việc kết hợp TEE và ZKP nâng cao 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 mục đích cải thiện hiệu quả của ZKP, đặc biệt là đối với các thiết bị có nhiều cảm biến hoặc nhu cầu thu thập dữ liệu phức tạp.

Tiền Xử Lý Dữ Liệu và Khả Dụng Dữ Liệu

Thành phần chính thứ hai trong kiến trúc DePIN liên quan đến việc tiền xử lý dữ liệu và đảm bảo khả dụng dữ liệu, được hỗ trợ bởi một mạng trình 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 truyền thông.

Mạng Trình 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 sẽ xử lý nó để đảm bảo tính đồng nhất và khả năng tương thích.
Quy Trình Xác Minh:
Mỗi nút trong mạng xác minh dữ liệu qua 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 hỗ trợ TEE hoặc bằng cách xác minh bằng chứng 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 Khả Dụng Dữ Liệu:

Sau Tiền Xử Lý: Sau khi dữ liệu được tiền xử lý và đạt được sự đồng thuận trong mạng, nó được lưu trữ trong lớp khả dụng dữ liệu dành riêng cho từng dự án.
Giải Pháp Lưu Trữ Có Thể Tùy Chỉnh: Các dự án có sự linh hoạt để lựa chọn lớp khả dụng dữ liệu ưa thích của mình. Điều này được thực hiện thông qua các bộ điều hợp lưu trữ có thể cấu hình, cho phép dữ liệu được lưu trữ trong lớp khả dụng dữ liệu đã chọn.

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

Tổng Hợp Bằng Chứng Dữ Liệu

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

Các Node Tổng Hợp và Nhóm Tính Toán:

Mạng lưới bao gồm các node tổng hợp tạo thành một nhóm tài nguyên tính toán off-chain, được chia sẻ giữa tất cả các dự án DePIN.
Các node này định kỳ chọn ra một node tổng hợp đang rảnh, dựa trên một bộ giám sát trạng thái on-chain, để xử lý các tác vụ tính toán cho một dự án DePIN cụ thể.

Thực Thi Tác Vụ Bởi Các Node Tổng Hợp:

Node được chọn sẽ truy xuất dữ liệu từ lớp khả dụng dữ liệu.
Sau đó, node thực hiện các phép tính cần thiết cho dự án DePIN và tạo ra một bằng chứng.
Bằng chứng này được gửi đến một hợp đồng thông minh Layer 1 để xác minh, sau đó node trở lại trạng thái rảnh.

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

Mạch Nén Dữ Liệu: Hoạt động giống như một cây Merkle, xác thực rằng tất cả dữ liệu thu thập được đều xuất phát từ một gốc cây Merkle cụ thể.
Mạch Xác Minh Chữ Ký Theo Lô: Xác minh tính hợp lệ của dữ liệu từ các thiết bị theo lô, mỗi dữ liệu đi kèm 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 chân trong một dự án chăm sóc sức khỏe, hoặc năng lượng được tạo ra tại một nhà máy điện mặt trời, được thực thi chính xác.
Mạch Tổng Hợp Bằng Chứng: Tổng hợp tất cả các bằng chứng thành một bằng chứng duy nhất để xác thực cuối cùng bởi hợp đồng thông minh Layer 1.

Việc tổng hợp bằng chứng dữ liệu đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo tính toàn vẹn và khả năng kiểm chứng của các phép tính trong các dự án DePIN, cung cấp một phương pháp đáng tin cậy và hiệu quả để xác thực các phép tính off-chain và xử lý dữ liệu.

Kết Luận

Tóm lại, W3bstream góp phần vào khả năng mở rộng của DePIN bằng cách quản lý hiệu quả việc tiền xử lý dữ liệu thông qua mạng lưới sequencer phi tập trung của mình. Nó hỗ trợ việc tạo bằng chứng tổng hợp, điều thiết yếu để xác thực các phép tính phức tạp trên các mạng lưới quy mô lớn. Bằng cách tạo điều kiện cho các phép tính off-chain và cung cấp một cơ chế vững chắc để xác minh bằng chứng on-chain, W3bstream nâng cao đáng kể thông lượng và hiệu quả của các ứng dụng DePIN. Trong khi việc điều phối W3bstream phụ thuộc vào blockchain IoTeX, vốn vẫn là lựa chọn hoàn hảo cho các ứng dụng DePIN mới nhờ tốc độ, bảo mật và hiệu quả chi phí, W3bstream có thể hỗ trợ bất kỳ dự án DePIN hiện có nào trên bất kỳ blockchain nào. Kiến trúc của nó cho phép xây dựng một cơ sở hạ tầng có khả năng mở rộng và bảo mật, khiến nó trở thành một thành phần thiết yếu trong hệ sinh thái rộng lớn hơn của các mạng lưới phi tập trung.

Bài viết này dựa trên công trình nghiên cứu của Trưởng phòng Nghiên cứu của IoTeX, Giáo sư Xinxin Fan và Lei Xiu từ Đại học Kent State. Để biết thêm thông tin, hãy xem toàn bộ bài nghiên cứu tại đây.

Tìm hiểu thêm về W3bstream và tất cả các công cụ mà đội ngũ IoTeX đang cung cấp cho các nhà xây dựng và sáng lập DePIN. Chưa quen với DePIN? Tìm hiểu mọi thứ về bối cảnh DePIN trên DePINscan được vận hành bởi IoTeX.