作者：IoTeXFoundation，翻譯：xiaozou

最近，DePIN進(jìn)入加密主流，帶來了一些問題和挑戰(zhàn)，例如去中心化、可擴(kuò)展性、可驗(yàn)證性、身份驗(yàn)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(tuán)隊(duì)通過其產(chǎn)品W3bstream提供的幾個(gè)解決方案，W3bsteam是一種以rollup為中心的用于鏈下數(shù)據(jù)計(jì)算的可擴(kuò)展架構(gòu)。

1、DePIN提神劑

DePIN（去中心化物理基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)）代表著基于Web2的傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重大轉(zhuǎn)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(shè)備的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)傳遞到云端進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，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(wù)器。這些架構(gòu)雖然在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(shù)——區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)和代幣經(jīng)濟(jì)學(xué)——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(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器經(jīng)濟(jì)。DePIN的獨(dú)特之處在于它的社區(qū)驅(qū)動(dòng)模式，鼓勵(lì)為共同利益構(gòu)建應(yīng)用程序，而不是由單個(gè)公司進(jìn)行中央部署和維護(hù)。

DePIN主要有兩類：

• 物理資源網(wǎng)絡(luò)（PRN）：這類網(wǎng)絡(luò)專注于位置相關(guān)硬件，交付獨(dú)特的商品或服務(wù)。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(bào)，以及汽車服務(wù)等移動(dòng)應(yīng)用。

• 數(shù)字資源網(wǎng)絡(luò)（DRN）：DRN激勵(lì)可替代資源（如算力、存儲(chǔ)或帶寬）的硬件部署，支持針對(duì)諸如視頻/音頻渲染或存儲(chǔ)服務(wù)之類的任務(wù)進(jìn)行大型網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行不同方面的探索，如去中心化計(jì)算、存儲(chǔ)、帶寬網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議。無論一個(gè)項(xiàng)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(yàn)證、解決隱私問題，尤其是可可擴(kuò)展性。

2、DePIN可擴(kuò)展性挑戰(zhàn)

如前所述，可擴(kuò)展性是一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，這是由DePIN應(yīng)用程序的固有特性決定的。DePIN通常包含擁有大量設(shè)備的大型網(wǎng)絡(luò)，生成處理大量數(shù)據(jù)。同時(shí)，與區(qū)塊鏈技術(shù)的集成雖然提供了強(qiáng)大的信任基礎(chǔ)，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(chǔ)。這種廣泛的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)需求與區(qū)塊鏈有限的處理能力的對(duì)比，無疑突顯出DePIN應(yīng)用程序面臨的可擴(kuò)展性挑戰(zhàn)。

以太坊Rollup方法

以太坊一直采用的解決可擴(kuò)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(duì)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)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?jǐn)?shù)據(jù)處理和執(zhí)行卸載到L2Rollup網(wǎng)絡(luò)，而不是完全依賴L1（主區(qū)塊鏈）進(jìn)行全部的工作。這些網(wǎng)絡(luò)與主鏈一起運(yùn)行，但處理交易的方式更加有效。

（2）批處理交易：L2網(wǎng)絡(luò)從L1網(wǎng)絡(luò)收集交易并進(jìn)行批量處理。通過將多筆交易批量打包，Rollup網(wǎng)絡(luò)可以比在主鏈上一個(gè)一個(gè)單獨(dú)處理交易更高效地處理交易包。

（3）證明生成和驗(yàn)證：L2網(wǎng)絡(luò)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(yàn)證Rollup網(wǎng)絡(luò)中處理的所有交易都是有效的。然后，L1網(wǎng)絡(luò)通過智能合約驗(yàn)證這一證明。這個(gè)過程確保了在L2網(wǎng)絡(luò)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(luò)，但L1區(qū)塊鏈保留了其作為核心信任錨的作用。它通過驗(yàn)證來自L2網(wǎng)絡(luò)的證明來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，從而維護(hù)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的完整性和安全性。

（5）有效狀態(tài)轉(zhuǎn)換：L1網(wǎng)絡(luò)接收這些證明和相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)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(luò)的負(fù)擔(dān)，使其能夠更有效地發(fā)揮信任錨的作用，同時(shí)處理更少但更關(guān)鍵的任務(wù)。

這種以rollup為中心的方法讓以太坊大大增強(qiáng)了可擴(kuò)展性，稍加調(diào)整就可應(yīng)用于DePIN。

3、W3bstream：專門針對(duì)DePIN的L2Rollup

如前所述，以rollup為中心的方法還可用來擴(kuò)展DePIN應(yīng)用程序。這種方法是IoTeXW3bstream背后的核心理念，IoTeX的L2網(wǎng)絡(luò)專門為擴(kuò)展DePIN項(xiàng)目創(chuàng)建，能夠?qū)⒋罅康逆溝聰?shù)據(jù)壓縮（聚合）成更小的、可驗(yàn)證的零知識(shí)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(quán)智能設(shè)備：這些對(duì)于DePIN項(xiàng)目的數(shù)據(jù)可信度來說至關(guān)重要。這些設(shè)備部署在現(xiàn)實(shí)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(fù)責(zé)臨時(shí)存儲(chǔ)從設(shè)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(chǔ)不同。

• 去中心化排序網(wǎng)絡(luò)（DSN）：DSN就從設(shè)備收集的數(shù)據(jù)達(dá)成共識(shí)，并將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)可用性層。這種共識(shí)對(duì)于進(jìn)行任何有意義的計(jì)算來說都是必需的。

• 去中心化聚合網(wǎng)絡(luò)：該網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)計(jì)算，從數(shù)據(jù)可用性層批量檢索數(shù)據(jù)，并為一個(gè)或多個(gè)設(shè)備生成聚合的零知識(shí)證明。

• L1網(wǎng)絡(luò)：L1上的智能合約可以作為驗(yàn)證器來驗(yàn)證鏈下聚合器生成的零知識(shí)證明。通過這種方式，L1作為DePIN應(yīng)用程序的信任基礎(chǔ)和結(jié)算層。該架構(gòu)的高層流程圖如下：

下面幾節(jié)將更詳細(xì)地分析這一架構(gòu)，從如何收集可信數(shù)據(jù)開始，然后解釋數(shù)據(jù)預(yù)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(yīng)用程序中，可信數(shù)據(jù)收集是至關(guān)重要的，主要通過兩種方法實(shí)現(xiàn)：基于TEE（可信執(zhí)行環(huán)境）和基于零知識(shí)證明（ZKP）。

• 基于TEE：TEE通過在設(shè)備受保護(hù)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(yuǎn)程認(rèn)證，支持設(shè)備操作外部驗(yàn)證和代碼完整性。

• 基于ZKP：此方法使設(shè)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(zhǔn)確性。它會(huì)根據(jù)設(shè)備性能而有所不同，對(duì)于功能強(qiáng)大的設(shè)備使用板載ZKP生成，對(duì)于更加受限的設(shè)備使用遠(yuǎn)程生成。

TEE和ZKP的結(jié)合提高了DePIN應(yīng)用程序數(shù)據(jù)收集的可信度，影響了相關(guān)金融系統(tǒng)的整體效力。未來的研究將重點(diǎn)在于提高ZKP效率，特別是對(duì)于具有多個(gè)傳感器或復(fù)雜數(shù)據(jù)收集需求的設(shè)備。

（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)可用性

DePIN架構(gòu)的第二個(gè)主要組成部分是數(shù)據(jù)預(yù)處理和確保數(shù)據(jù)可用性，由去中心化測(cè)序網(wǎng)絡(luò)支持。該網(wǎng)絡(luò)為多個(gè)DePIN項(xiàng)目提供服務(wù)，并解決了設(shè)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(luò)：

• 功能：執(zhí)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。數(shù)據(jù)來自不同的設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以確保數(shù)據(jù)的一致性和兼容性。

• 驗(yàn)證過程：網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)通過兩步驗(yàn)證數(shù)據(jù)：（1）確認(rèn)數(shù)據(jù)收集過程的有效性，可以通過檢查支持TEE的設(shè)備提供的認(rèn)證報(bào)告，也可以通過驗(yàn)證該設(shè)備生成的證明來確認(rèn)。（2）驗(yàn)證設(shè)備簽名，確保數(shù)據(jù)源的真實(shí)性。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和可用性：

• 預(yù)處理后：數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理并在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)達(dá)成共識(shí)后，將存儲(chǔ)在特定項(xiàng)目的數(shù)據(jù)可用性層。

• 自定義存儲(chǔ)解決方案：項(xiàng)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(chǔ)適配器實(shí)現(xiàn)的，支持將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在所選的數(shù)據(jù)可用性層中。

DePIN架構(gòu)的這部分在標(biāo)準(zhǔn)化和保護(hù)來自不同設(shè)備的數(shù)據(jù)流方面起著關(guān)鍵作用，確保數(shù)據(jù)得到統(tǒng)一處理和有效存儲(chǔ)。

（3）數(shù)據(jù)證明聚合

DePIN架構(gòu)的第三個(gè)組成部分側(cè)重于聚合證明生成，這是驗(yàn)證DePIN項(xiàng)目計(jì)算必不可少的過程。

聚合器節(jié)點(diǎn)和計(jì)算池：

該網(wǎng)絡(luò)由聚合器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，這些節(jié)點(diǎn)形成了一個(gè)鏈下計(jì)算資源池，在所有DePIN項(xiàng)目之間共享。這些節(jié)點(diǎn)基于鏈上狀態(tài)監(jiān)視器周期性地選擇一個(gè)空閑聚合器來處理特定DePIN項(xiàng)目的計(jì)算任務(wù)。

聚合器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行任務(wù)：

所選節(jié)點(diǎn)從數(shù)據(jù)可用性層檢索數(shù)據(jù)，然后為DePIN項(xiàng)目執(zhí)行必要計(jì)算并生成證明。該證明被發(fā)送到L1智能合約進(jìn)行驗(yàn)證，之后節(jié)點(diǎn)回歸空閑狀態(tài)。

為了生成聚合證明，系統(tǒng)將利用一個(gè)分層聚合電路，該電路由以下組件構(gòu)成：

• 數(shù)據(jù)壓縮電路：其功能類似于默克爾樹，驗(yàn)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(yàn)證電路：批量校驗(yàn)來自設(shè)備的數(shù)據(jù)有效性，每個(gè)設(shè)備都關(guān)聯(lián)一個(gè)簽名。

• DePIN計(jì)算電路：證明DePIN項(xiàng)目的特定計(jì)算邏輯（例如驗(yàn)證醫(yī)療保健項(xiàng)目中的步數(shù)或太陽(yáng)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(gè)證明，供L1智能合約進(jìn)行最終驗(yàn)證。

數(shù)據(jù)證明聚合對(duì)于確保DePIN項(xiàng)目計(jì)算的完整性和可驗(yàn)證性來說至關(guān)重要，為驗(yàn)證鏈下計(jì)算和數(shù)據(jù)處理提供了可靠有效的方法。

4、結(jié)論

總之，W3bstream通過其去中心化排序網(wǎng)絡(luò)高效地管理數(shù)據(jù)預(yù)處理，有助于DePIN的可擴(kuò)展性。它支持聚合證明生成，這對(duì)于驗(yàn)證跨大型網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜計(jì)算至關(guān)重要。通過促進(jìn)鏈下計(jì)算并提供針對(duì)鏈上證明驗(yàn)證的強(qiáng)大機(jī)制，W3bstream顯著提高了DePIN應(yīng)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(yīng)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(xiàng)目。它的架構(gòu)（支持可擴(kuò)展的安全基礎(chǔ)設(shè)施）使其成為更廣泛的去中心化網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)中的重要部分。