作者：IoTeX?Foundation，翻譯：喜來順財經xiaozou

最近，DePIN進入加密主流，帶來了一些問題和挑戰，例如去中心化、可擴展性、可驗證性、身份驗證管理和數據信任等。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據計算的可擴展架構。

1、DePIN提神劑

DePIN（去中心化物理基礎設施網絡）代表著基于Web2的傳統物聯網系統的重大轉變。一直以來，物聯網系統要么以云為中心，源于物理設備的數據通過物聯網網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據的邊緣服務器。這些架構雖然在物聯網應用中很流行，但本質上是中心化或混合式的。然而，DePIN通過整合三大核心技術——區塊鏈、物聯網和代幣經濟學——引入了一種創新方法。這種整合支持從基層開始創建基礎設施網絡和機器經濟。DePIN的獨特之處在于它的社區驅動模式，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：

物理資源網絡（PRN）：這類網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。

數字資源網絡（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絡創建，而無需特定于位置的硬件。

DePIN生態豐富多彩，許多初創公司都在進行不同方面的探索，如去中心化計算、存儲、帶寬網絡和通信協議。無論一個項目屬于哪一類，DePIN都面臨著自身的固有挑戰，例如建立系統身份驗證、解決隱私問題，尤其是可可擴展性。

2、DePIN可擴展性挑戰

如前所述，可擴展性是一個關鍵挑戰，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絡，生成處理大量數據。同時，與區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據存儲。這種廣泛的網絡和數據需求與區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。

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塊鏈網絡中數據處理和交易執行方式的重新思考。

（1）L2?Rollup：以太坊提倡將大部分數據處理和執行卸載到L2?Rollup網絡，而不是完全依賴L1（主區塊鏈）進行全部的工作。這些網絡與主鏈一起運行，但處理交易的方式更加有效。

（2）批處理交易：L2網絡從L1網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網絡在批量處理交易后生成證明。此證明是一種加密證據，用于驗證Rollup網絡中處理的所有交易都是有效的。然后，L1網絡通過智能合約驗證這一證明。這個過程確保了在L2網絡上處理交易的完整性。

（4）L1信任錨：盡管將數據處理卸載到L2網絡，但L1區塊鏈保留了其作為核心信任錨的作用。它通過驗證來自L2網絡的證明來實現這一點，從而維護了整個網絡的完整性和安全性。

（5）有效狀態轉換：L1網絡接收這些證明和相應的狀態轉換，它可以更高效地處理這批交易。這種方法減輕了L1網絡的負擔，使其能夠更有效地發揮信任錨的作用，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，稍加調整就可應用于DePIN。

3、W3bstream：專門針對DePIN的L2?Rollup

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IoTeX?W3bstream背后的核心理念，IoTeX的L2網絡專門為擴展DePIN項目創建，能夠將大量的鏈下數據壓縮（聚合）成更小的、可驗證的零知識證明，以觸發鏈上交易。現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項目的數據可信度來說至關重要。這些設備部署在現實的物理世界中，不僅可以收集數據，還可以證明數據收集過程的可信度。

數據可用性層：數據可用性層負責臨時存儲從設備接收到的數據。它既可以是鏈上的，也可以是鏈下的，由于其短期性質，它與永久存儲不同。

去中心化排序網絡（DSN）：DSN就從設備收集的數據達成共識，并將其存儲在數據可用性層。這種共識對于進行任何有意義的計算來說都是必需的。

去中心化聚合網絡：該網絡負責計算，從數據可用性層批量檢索數據，并為一個或多個設備生成聚合的零知識證明。

L1網絡：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：

下面幾節將更詳細地分析這一架構，從如何收集可信數據開始，然后解釋數據預處理和數據可用性，然后再探討聚合證明生成過程。

（1）可信數據收集

在DePIN應用程序中，可信數據收集是至關重要的，主要通過兩種方法實現：基于TEE（可信執行環境）和基于零知識證明（ZKP）。

基于TEE：TEE通過在設備受保護區域隔離數據收集代碼來確保安全的數據收集。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據的情況下證明其數據收集的準確性。它會根據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應用程序數據收集的可信度，影響了相關金融系統的整體效力。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據收集需求的設備。

（2）數據預處理和數據可用性

DePIN架構的第二個主要組成部分是數據預處理和確保數據可用性，由去中心化測序網絡支持。該網絡為多個DePIN項目提供服務，并解決了設備多樣性的挑戰，特別是通信協議方面的挑戰。

去中心化排序網絡：

功能：執行數據預處理。數據來自不同的設備，網絡會對數據進行處理，以確保數據的一致性和兼容性。

驗證過程：網絡中的各節點通過兩步驗證數據：（1）確認數據收集過程的有效性，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，確保數據源的真實性。

數據存儲和可用性：

預處理后：數據經過預處理并在網絡內達成共識后，將存儲在特定項目的數據可用性層。

自定義存儲解決方案：項目可以靈活選擇喜歡的數據可用性層。這是通過可配置存儲適配器實現的，支持將數據存儲在所選的數據可用性層中。

DePIN架構的這部分在標準化和保護來自不同設備的數據流方面起著關鍵作用，確保數據得到統一處理和有效存儲。

（3）數據證明聚合

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。

聚合器節點和計算池：

該網絡由聚合器節點構成，這些節點形成了一個鏈下計算資源池，在所有DePIN項目之間共享。這些節點基于鏈上狀態監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。

聚合器節點執行任務：

所選節點從數據可用性層檢索數據，然后為DePIN項目執行必要計算并生成證明。該證明被發送到L1智能合約進行驗證，之后節點回歸空閑狀態。

為了生成聚合證明，系統將利用一個分層聚合電路，該電路由以下組件構成：

數據壓縮電路：其功能類似于默克爾樹，驗證所有收集的數據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據有效性，每個設備都關聯一個簽名。

DePIN計算電路：證明DePIN項目的特定計算邏輯（例如驗證醫療保健項目中的步數或太陽能發電廠產生的能量）被正確執行。

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。

數據證明聚合對于確保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據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絡高效地管理數據預處理，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），但它可支持任何區塊鏈上的任何現有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絡生態系統中的重要部分。