DePIN的构建模块

Currently, most DePIN projects depend on traditional Web2 architectures that activate blockchain token rewards. We now explore what a modular architecture for DePINs might look like. Building a DePIN application involves a complex tech stack, consisting of composable and modular layers.

IoTeX Team

30 Apr 2024 • 6 min read

去中心化物理基础设施网络（DePIN）正在通过将智能设备与区块链技术相结合，改变我们对基础设施的处理方式。这种结合实现了一种革命性的方式来管理和保护数字环境和物理环境。然而，DePIN 尚未建立起标准化的架构。目前，大多数 DePIN 项目都依赖于传统的 Web2 架构来激活区块链代币奖励。尽管如此，DePIN 的核心逻辑仍然是中心化的，通常局限于基于云的系统，这限制了它们实现真正去中心化的潜力。

以云为中心的物联网参考架构

要为 DePIN 设计去中心化基础设施，考察过去十年中中心化云和物联网基础设施的演变会提供有价值的见解。这些系统展示了模块化设计的优势，能够适应多样化的技术需求。典型的物联网架构包括以下几个组成部分：

智能设备：通过安装云服务提供商提供的设备 SDK、操作系统和设备凭证，各种复杂程度不一的智能设备都可以连接到云端。
连接管理服务：连接管理服务负责处理各种通信协议的复杂性，并确保智能设备与云服务之间安全的双向通信。
身份和访问管理服务：身份管理服务负责管理身份的生命周期（即创建、入网、监控、报告、维护和退网）以及智能设备与其所有者之间的关系。
设备管理服务：设备管理服务负责管理智能设备的生命周期（即配置、部署、维护和退役）。
数据存储服务：数据存储服务负责处理从智能设备收集的数据的短期和长期存储。
数据处理服务：数据处理服务根据预先配置的规则处理从智能设备收集的数据，以获得关于物理世界的洞察。尽管云计算基础设施具有高度中心化的性质，但它提供了许多非常适合构建模块化 DePIN 基础设施的组件。

模块化 DePIN 架构

现在让我们探讨一下 DePIN 的模块化架构可能是什么样子的。构建一个 DePIN 应用程序涉及一个复杂的技术栈，由可组合的模块化层构成，如下图所示：

硬件抽象层（HAL）

硬件抽象层（HAL）旨在简化各种智能设备（无论大小）的复杂性和多样性，并使它们能够安全地连接到中心化或去中心化的连接层（CL）。一个通用的、轻量级的嵌入式 SDK，支持流行的微控制器系列（例如 ESP32、Arduino、STM32）、单板计算机（例如 Raspberry Pi、ODROID、Rock Pi）以及智能手机（例如 Android、iOS），是非常理想的。

连接层(CL)

连接层(CL)可以是集中式服务(例如基于云的物联网网关),也可以是去中心化网络。该层通常支持多种通信协议(例如 HTTP(s)、WebSocket、MQTT、CoAP),并负责将从智能设备收集的数据可靠地传输到排序层(SL)。

排序层(SL)

排序层(SL)可以是集中式服务或去中心化网络,负责在将数据包存储到数据可用性层(DAL)之前对来自智能设备的数据包进行排序。SL 还在 DAL 和链下计算层(OCCL)之间进行协调,从 DAL 中检索数据集并在 OCCL 中处理它们以生成相应的有效性证明。结果和证明随后可能由 SL 中的节点发送到区块链层(BL)。

数据可用性层(DAL)

数据可用性层(DAL)可以是集中式服务或去中心化网络,按照 DePIN 项目所确定的指定期限临时存储数据。一旦该期限到期,数据可能会立即被删除或转移到长期存储层(LTSL)。根据项目的配置,DAL 还会定期将数据集(例如计算哈希值)提交到区块链层(BL),以确保数据完整性。

长期存储层(LTSL)

长期存储层(LTSL)可以是集中式服务或去中心化网络,专为长期数据保留而设计,以满足 DePIN 项目的需求。存储的数据可以通过存储 API 从 LTSL 中访问,用于各种目的(例如与第三方共享),并遵循预定义的访问策略。

链下计算层(OCCL)

链下计算层(OCCL)可以作为集中式服务或去中心化计算资源池,能够对存储在 DAL 中的数据执行项目特定的业务逻辑,并为计算生成有效性证明(例如零知识证明、基于 TEE 的证明)。这确保了对某些输入执行的特定计算是准确的,从而使结果可信并可公开验证。

区块链层(BL)

区块链层(BL)充当 DePIN 应用的信任锚,管理参与者身份、交易、设备数据和状态等功能。它还处理关键任务,例如链下计算的验证、机器网络的编排、向 DePIN 矿工分发代币奖励以及链上治理。

身份层(IL)

身份层(IL)管理 DePIN 中所有参与实体(例如智能设备、用户和服务器)的链上和链下身份(例如账户抽象(AA)钱包、去中心化标识符(DID))。链上身份(例如外部拥有账户(EOA)或 AA 钱包)允许用户管理 DePIN 资产,而链下身份(例如 DID 或 X.509 证书)则支持机器之间的安全交互。

治理层(GL)

治理层(GL)可以以链上、链下或混合方式运行,负责定义和执行 DePIN 技术栈中其他层的政策和程序。特别是,GL 使代币持有者能够就 DePIN 项目的各个方面做出决策(例如项目资金库的使用、协议升级),通常通过基于社区的投票流程进行。

结论

上述模块化基础设施提供了一个多功能且全面的架构框架,非常适合开发 DePIN 应用。这一通用蓝图旨在具有适应性,使开发者能够根据特定项目的独特需求定制架构。根据项目的范围和目标,开发者可能选择仅使用所提出层级的一个子集,或者他们可能整合多个层级以增强功能和性能。

在未来的文章中,我们将更深入地探讨该基础设施的每个模块化层级的细节。我们将探索定义每一层的具体设计考量和技术细节。通过剖析每个组件对整体系统的贡献,我们旨在更清晰地理解如何在实际应用中优化和实施这些层级。这些详细的探讨将帮助开发者和工程师做出符合其项目目标和技术需求的明智决策。请继续关注每一层的详细解析,其中充满了部署成功 DePIN 系统的见解和实用建议。

关于 IoTeX

IoTeX 是 DePIN 领域唯一将智能设备和真实世界数据连接到区块链的模块化基础设施平台。IoTeX 的中间件解决方案 W3bstream 提供对真实世界数据的计算和验证，将其上链，同时为构建者提供实现大规模应用所需的模块化和可定制性。作为 DePIN 基础设施的领先提供商，IoTeX 为用户带来来自设备以及链上/链下活动的全新奖励，将个人设备转变为共享经济体，并将“万物数据”代币化。在由 60 多名研究科学家和工程师组成的全球团队的支持下，IoTeX 结合了其兼容 EVM 的 L1 区块链、链下计算中间件和开放硬件，将数十亿智能设备、机器和传感器以及 dApp 连接在物理和数字世界之间。