作者：IoTeXFoundation，翻譯：xiaozou
最近，DePIN進入加密主流，帶來了一些問題和挑戰(zhàn)，例如去中心化、可擴展性、可驗證性、身份驗證管理和數(shù)據(jù)信任等。本文將深入探討其中一些問題，以及IoTeX核心團隊通過其產(chǎn)品W3bstream提供的幾個解決方案，W3bsteam是一種以rollup為中心的用于鏈下數(shù)據(jù)計算的可擴展架構。
1、DePIN提神劑
DePIN（去中心化物理基礎設施網(wǎng)絡）代表著基于Web2的傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重大轉變。一直以來，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)要么以云為中心，源于物理設備的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關傳遞到云端進行處理和存儲，要么以edge（邊緣）為中心，涉及到處理更靠近源的數(shù)據(jù)的邊緣服務器。這些架構雖然在物聯(lián)網(wǎng)應用中很流行，但本質(zhì)上是中心化或混合式的。然而，DePIN通過整合三大核心技術——區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)和代幣經(jīng)濟學——引入了一種創(chuàng)新方法。這種整合支持從基層開始創(chuàng)建基礎設施網(wǎng)絡和機器經(jīng)濟。DePIN的獨特之處在于它的社區(qū)驅動模式，鼓勵為共同利益構建應用程序，而不是由單個公司進行中央部署和維護。
DePIN主要有兩類：
物理資源網(wǎng)絡（PRN）：這類網(wǎng)絡專注于位置相關硬件，交付獨特的商品或服務。例如無線連接、通過特定區(qū)域傳感器獲取的地理空間情報，以及汽車服務等移動應用。
數(shù)字資源網(wǎng)絡（DRN）：DRN激勵可替代資源（如算力、存儲或帶寬）的硬件部署，支持針對諸如視頻/音頻渲染或存儲服務之類的任務進行大型網(wǎng)絡創(chuàng)建，而無需特定于位置的硬件。
DePIN生態(tài)豐富多彩，許多初創(chuàng)公司都在進行不同方面的探索，如去中心化計算、存儲、帶寬網(wǎng)絡和通信協(xié)議。無論一個項目屬于哪一類，DePIN都面臨著自身的固有挑戰(zhàn)，例如建立系統(tǒng)身份驗證、解決隱私問題，尤其是可可擴展性。
2、DePIN可擴展性挑戰(zhàn)
如前所述，可擴展性是一個關鍵挑戰(zhàn)，這是由DePIN應用程序的固有特性決定的。DePIN通常包含擁有大量設備的大型網(wǎng)絡，生成處理大量數(shù)據(jù)。同時，與區(qū)塊鏈技術的集成雖然提供了強大的信任基礎，但也帶來了自身局限性。區(qū)塊鏈以其高信任度而聞名，但受制于有限的處理能力和高昂的數(shù)據(jù)存儲。這種廣泛的網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)需求與區(qū)塊鏈有限的處理能力的對比，無疑突顯出DePIN應用程序面臨的可擴展性挑戰(zhàn)。
以太坊Rollup方法
以太坊一直采用的解決可擴展性問題的方法就是以rollup為中心的路線圖。該策略從根本上是對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)處理和交易執(zhí)行方式的重新思考。
（1）L2Rollup：以太坊提倡將大部分數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行卸載到L2Rollup網(wǎng)絡，而不是完全依賴L1（主區(qū)塊鏈）進行全部的工作。這些網(wǎng)絡與主鏈一起運行，但處理交易的方式更加有效。
（2）批處理交易：L2網(wǎng)絡從L1網(wǎng)絡收集交易并進行批量處理。通過將多筆交易批量打包，Rollup網(wǎng)絡可以比在主鏈上一個一個單獨處理交易更高效地處理交易包。
（3）證明生成和驗證：L2網(wǎng)絡在批量處理交易后生成證明。此證明是一種加密證據(jù)，用于驗證Rollup網(wǎng)絡中處理的所有交易都是有效的。然后，L1網(wǎng)絡通過智能合約驗證這一證明。這個過程確保了在L2網(wǎng)絡上處理交易的完整性。
（4）L1信任錨：盡管將數(shù)據(jù)處理卸載到L2網(wǎng)絡，但L1區(qū)塊鏈保留了其作為核心信任錨的作用。它通過驗證來自L2網(wǎng)絡的證明來實現(xiàn)這一點，從而維護了整個網(wǎng)絡的完整性和安全性。
（5）有效狀態(tài)轉換：L1網(wǎng)絡接收這些證明和相應的狀態(tài)轉換，它可以更高效地處理這批交易。這種方法減輕了L1網(wǎng)絡的負擔，使其能夠更有效地發(fā)揮信任錨的作用，同時處理更少但更關鍵的任務。
這種以rollup為中心的方法讓以太坊大大增強了可擴展性，稍加調(diào)整就可應用于DePIN。
3、W3bstream：專門針對DePIN的L2Rollup
如前所述，以rollup為中心的方法還可用來擴展DePIN應用程序。這種方法是IoTeXW3bstream背后的核心理念，IoTeX的L2網(wǎng)絡專門為擴展DePIN項目創(chuàng)建，能夠將大量的鏈下數(shù)據(jù)壓縮（聚合）成更小的、可驗證的零知識證明，以觸發(fā)鏈上交易?，F(xiàn)在讓我們來看看這種方法的主要組件：
主權智能設備：這些對于DePIN項目的數(shù)據(jù)可信度來說至關重要。這些設備部署在現(xiàn)實的物理世界中，不僅可以收集數(shù)據(jù)，還可以證明數(shù)據(jù)收集過程的可信度。
數(shù)據(jù)可用性層：數(shù)據(jù)可用性層負責臨時存儲從設備接收到的數(shù)據(jù)。它既可以是鏈上的，也可以是鏈下的，由于其短期性質(zhì)，它與永久存儲不同。
去中心化排序網(wǎng)絡（DSN）：DSN就從設備收集的數(shù)據(jù)達成共識，并將其存儲在數(shù)據(jù)可用性層。這種共識對于進行任何有意義的計算來說都是必需的。
去中心化聚合網(wǎng)絡：該網(wǎng)絡負責計算，從數(shù)據(jù)可用性層批量檢索數(shù)據(jù)，并為一個或多個設備生成聚合的零知識證明。
L1網(wǎng)絡：L1上的智能合約可以作為驗證器來驗證鏈下聚合器生成的零知識證明。通過這種方式，L1作為DePIN應用程序的信任基礎和結算層。該架構的高層流程圖如下：
下面幾節(jié)將更詳細地分析這一架構，從如何收集可信數(shù)據(jù)開始，然后解釋數(shù)據(jù)預處理和數(shù)據(jù)可用性，然后再探討聚合證明生成過程。
（1）可信數(shù)據(jù)收集
在DePIN應用程序中，可信數(shù)據(jù)收集是至關重要的，主要通過兩種方法實現(xiàn)：基于TEE（可信執(zhí)行環(huán)境）和基于零知識證明（ZKP）。
基于TEE：TEE通過在設備受保護區(qū)域隔離數(shù)據(jù)收集代碼來確保安全的數(shù)據(jù)收集。這種方法還包括遠程認證，支持設備操作外部驗證和代碼完整性。
基于ZKP：此方法使設備能夠在不泄露底層數(shù)據(jù)的情況下證明其數(shù)據(jù)收集的準確性。它會根據(jù)設備性能而有所不同，對于功能強大的設備使用板載ZKP生成，對于更加受限的設備使用遠程生成。
TEE和ZKP的結合提高了DePIN應用程序數(shù)據(jù)收集的可信度，影響了相關金融系統(tǒng)的整體效力。未來的研究將重點在于提高ZKP效率，特別是對于具有多個傳感器或復雜數(shù)據(jù)收集需求的設備。
（2）數(shù)據(jù)預處理和數(shù)據(jù)可用性
DePIN架構的第二個主要組成部分是數(shù)據(jù)預處理和確保數(shù)據(jù)可用性，由去中心化測序網(wǎng)絡支持。該網(wǎng)絡為多個DePIN項目提供服務，并解決了設備多樣性的挑戰(zhàn)，特別是通信協(xié)議方面的挑戰(zhàn)。
去中心化排序網(wǎng)絡：
功能：執(zhí)行數(shù)據(jù)預處理。數(shù)據(jù)來自不同的設備，網(wǎng)絡會對數(shù)據(jù)進行處理，以確保數(shù)據(jù)的一致性和兼容性。
驗證過程：網(wǎng)絡中的各節(jié)點通過兩步驗證數(shù)據(jù)：（1）確認數(shù)據(jù)收集過程的有效性，可以通過檢查支持TEE的設備提供的認證報告，也可以通過驗證該設備生成的證明來確認。（2）驗證設備簽名，確保數(shù)據(jù)源的真實性。
數(shù)據(jù)存儲和可用性：
預處理后：數(shù)據(jù)經(jīng)過預處理并在網(wǎng)絡內(nèi)達成共識后，將存儲在特定項目的數(shù)據(jù)可用性層。
自定義存儲解決方案：項目可以靈活選擇喜歡的數(shù)據(jù)可用性層。這是通過可配置存儲適配器實現(xiàn)的，支持將數(shù)據(jù)存儲在所選的數(shù)據(jù)可用性層中。
DePIN架構的這部分在標準化和保護來自不同設備的數(shù)據(jù)流方面起著關鍵作用，確保數(shù)據(jù)得到統(tǒng)一處理和有效存儲。
（3）數(shù)據(jù)證明聚合
DePIN架構的第三個組成部分側重于聚合證明生成，這是驗證DePIN項目計算必不可少的過程。
聚合器節(jié)點和計算池：
該網(wǎng)絡由聚合器節(jié)點構成，這些節(jié)點形成了一個鏈下計算資源池，在所有DePIN項目之間共享。這些節(jié)點基于鏈上狀態(tài)監(jiān)視器周期性地選擇一個空閑聚合器來處理特定DePIN項目的計算任務。
聚合器節(jié)點執(zhí)行任務：
所選節(jié)點從數(shù)據(jù)可用性層檢索數(shù)據(jù)，然后為DePIN項目執(zhí)行必要計算并生成證明。該證明被發(fā)送到L1智能合約進行驗證，之后節(jié)點回歸空閑狀態(tài)。
為了生成聚合證明，系統(tǒng)將利用一個分層聚合電路，該電路由以下組件構成：
數(shù)據(jù)壓縮電路：其功能類似于默克爾樹，驗證所有收集的數(shù)據(jù)都來自特定的默克爾樹根。
簽名批量驗證電路：批量校驗來自設備的數(shù)據(jù)有效性，每個設備都關聯(lián)一個簽名。
DePIN計算電路：證明DePIN項目的特定計算邏輯（例如驗證醫(yī)療保健項目中的步數(shù)或太陽能發(fā)電廠產(chǎn)生的能量）被正確執(zhí)行。
證明聚合電路：將所有證明聚合為一個證明，供L1智能合約進行最終驗證。
數(shù)據(jù)證明聚合對于確保DePIN項目計算的完整性和可驗證性來說至關重要，為驗證鏈下計算和數(shù)據(jù)處理提供了可靠有效的方法。
4、結論
總之，W3bstream通過其去中心化排序網(wǎng)絡高效地管理數(shù)據(jù)預處理，有助于DePIN的可擴展性。它支持聚合證明生成，這對于驗證跨大型網(wǎng)絡的復雜計算至關重要。通過促進鏈下計算并提供針對鏈上證明驗證的強大機制，W3bstream顯著提高了DePIN應用程序的吞吐量和效率。雖然W3bstream依賴于IoTeX區(qū)塊鏈（由于其速度、安全性和成本效益，IoTeX仍然是新興DePIN應用程序的完美選擇），但它可支持任何區(qū)塊鏈上的任何現(xiàn)有DePIN項目。它的架構（支持可擴展的安全基礎設施）使其成為更廣泛的去中心化網(wǎng)絡生態(tài)系統(tǒng)中的重要部分。
