原文标题：《탈중앙화 검증 in DePIN》

저자：Raullen Chai, Andrew Law, IoTeX Foundation

편집：심조 TechFlow

탈중앙화 물리 인프라 네트워크(DePIN)는 우리가 현실 세계 시스템을 계획하고 조직하는 방식의 혁신적인 업그레이드를 나타냅니다. 이는 에너지, 교통, 통신 등 다양한 분야에 걸쳐 있습니다. 블록체인, 암호화폐 및 스마트 계약을 스마트 장치와 결합함으로써, DePIN은 탈중앙화되고 P2P 방식으로 물리적 인프라를 조정할 수 있는 능력을 제공합니다. a16z의 Guy Woullet가 지적한 바와 같이, DePIN의 성공의 핵심은 중앙 집중식 관리 없이 지리적으로 분산된 서비스 노드에 대한 신뢰할 수 있는 검증을 보장하는 것입니다. 본문에서는 DePIN 내의 탈중앙화 검증 문제를 깊이 탐구하고, 기존 솔루션을 비판적으로 분석하며, 안전성과 탈중앙화를 해치지 않으면서 확장성을 보장하는 혁신적인 방법을 제안합니다.

DePIN의 부상

DePIN은 블록체인과 스마트 계약의 힘을 활용하여 물리적 인프라에 뿌리를 둔 서비스에 대한 개방형 시장을 구축합니다. 에너지를 기반으로 한 DePIN을 상상해 보십시오: 태양광 패널이 장착된 가정은 잠재적으로 전력을 생산하고 남는 전력을 이웃에게 공급할 수 있습니다. 블록체인의 촉진과 스마트 계약의 실행을 통해 이러한 에너지 거래는 자동으로 기록되고 정산될 수 있습니다. 이 과정의 핵심은 IoT 장치, 예를 들어 배터리 및 기타 마이크로 그리드에 연결된 하드웨어로, 이를 통해 가정이 전력 회사를 중개인으로 두지 않고 신뢰할 수 있는 직접 P2P 방식으로 에너지를 분배할 수 있게 됩니다.

이러한 탈중앙화 물리 인프라 네트워크는 2023년 다양한 산업에서 점점 더 많은 주목을 받고 있습니다. 중앙 집중식 수문장을 주변화함으로써, DePIN은 효율성을 높이고, 비용을 절감하며, 접근성을 확대하고, 개인에게 더 큰 자율성을 부여할 것으로 기대됩니다.

DePIN의 구조

탈중앙화 물리 인프라는 하드웨어, 연결성, 미들웨어, 블록체인 기반 스마트 계약 및 네트워크 또는 모바일 애플리케이션을 통합하는 복잡한 기술 스택에 의존합니다.

전형적인 DePIN 네트워크(예: DIMO, Helium, WiFimap 또는 GeoDnet)를 확대해 보면, 일반적으로 세 가지 역할이 있습니다:

• 서비스 노드: WiFi/5G, 환경 데이터 수집 및 에너지 생산과 같은 서비스를 제공하는 서버 또는 장치의 집합입니다.

• 미들웨어: 서비스 노드가 정상적으로 작동하는지 검증하는 데 주로 전념하는 계층입니다. 이는 서비스 노드에서 스마트 계약으로의 실제 세계 활동 및 사건의 정확한 표현과 보고를 보장하며, 이는 DePIN 토큰의 작동 방식과 밀접하게 관련될 수 있습니다.

• 최종 사용자: 서비스 노드 또는 장치가 제공하는 공공 시설을 실제로 사용하는 일상적인 개인 또는 기업 커뮤니티입니다. 이 중 미들웨어는 특정 지표를 추적하여 노드에서 제공하는 서비스 또는 공공 시설의 품질을 측정하는 역할을 하며, 이러한 지표가 부족할 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

1. 자기 거래: 참여자는 자신이 소유한 인프라를 사용하여 서비스를 얻어 네트워크를 활용함으로써 수수료와 보상을 축적할 수 있습니다. 예를 들어, 에너지 실체는 자신의 저장소에서 에너지를 구매하는 것을 시뮬레이션할 수 있습니다. 충분한 보조금이나 초기 블록 보상을 고려할 때, 자기 거래는 매우 수익성이 높아질 수 있습니다.

2. 게으른 제공자: 인프라 제공자는 서비스를 제공하겠다고 약속할 수 있지만, 약속을 이행하지 않거나 품질이 낮은 서비스를 제공할 수 있습니다. 엄격한 검증 시스템이 부족하면 사용자는 불만을 제기할 곳이 없습니다.

3. 악의적인 제공자: 앞의 두 가지 경우에 비해 드물지만, 악의적인 실체가 인프라를 조작하여 사용자에게 제공자의 재정적 이익과 일치하는 허위 센서 데이터를 수용하도록 유도할 가능성이 있습니다. 이러한 행동이 통제되지 않으면 DePIN의 경제적 인센티브가 파괴될 수 있습니다. 신뢰와 네트워크 효율성이 저하되어 "공유지의 비극"이 발생하고, 제공자는 자신의 이익을 추구하거나 권력이 중앙 집중화될 수 있습니다. 두 경우 모두 탈중앙화된 P2P 기반 인프라의 목표가 훼손됩니다.

검증 미들웨어

이러한 미들웨어를 설계하고 구축하는 것은 매우 복잡합니다. 다양한 관점에서 살펴보겠습니다.

관점 A: 실행 가능한 검증 기술

다음 두 가지가 동시에 충족되면 DePIN 내의 검증이 성공적이라고 간주됩니다:

1. 측정의 진실성과 완전성: 서비스 노드 또는 장치에서 오는 측정값은 그들의 작업 상태를 나타내며(예: WiFi 연결 제공 또는 환경 데이터 수집과 같은 서비스 제공), 반드시 진실하고 변조되지 않아야 합니다.

2. 온체인 계산의 신뢰성: 일반적으로 측정값은 검증 목적으로 직접 사용할 수 없습니다. 이를 처리하기 위해 일정량의 온체인 계산이 필요하며, 이는 신뢰할 수 있어야 합니다. 즉, 조작할 수 없어야 합니다.

에너지를 중심으로 한 DePIN의 예를 들면, 스마트 계약은 스마트 전력계가 태양광 발전량을 정확하게 측정했다고 믿어야 하며, 미들웨어는 이 스마트 전력계에서 오는 6시간 측정값을 검증해야 체인에서 암호화폐 지불을 시작할 수 있습니다.

이 두 가지를 달성하기 위해 현재 실행 가능한 기술을 나열할 수 있습니다:

관점 B: 탈중앙화 방식으로 검증 기술 패키징

실행 가능한 검증 기술을 충분히 이해한 후, 이를 탈중앙화 방식으로 프로토콜로 패키징하는 방법을 고려해야 합니다. 다음은 몇 가지 아이디어입니다:

• 하드웨어 계층은 최소화해야 하며(광범위한 접근성과 탈중앙화를 보장하기 위해) 많은 기능이 미들웨어에 통합되어야 하며, 이는 스택의 다른 영역에서 중앙 집중화 위험을 피하는 데 도움이 됩니다. 이는 유명한 "두꺼운 프로토콜"과 유사하며, 우리는 하드웨어 계층이 얇고 미들웨어가 두꺼운 것을 원합니다.

• 미들웨어의 작동 방식은 다음과 같은 공공 블록체인과 유사합니다:

• 익명성과 중립성을 허용합니다(오픈 소스, 커뮤니티 운영)

• 신뢰가 필요 없고 투명하며, 높은 보안을 제공하고, 금융적 동기에 의해 촉발된 복잡한 공격에 저항할 수 있습니다.

• 다양한 시나리오에 대해 다양한 유형의 검증을 수행할 수 있으며, 따라서 내장된 프로그래머블성이 필요합니다(스마트 계약을 생각해 보십시오).

• 필요할 때 하드웨어 또는 애플리케이션 계층에서 필요한 기능을 유지할 수 있어야 합니다.

관점 C: 검증 방식

다양한 시나리오에서 서비스 노드의 작동 방식은 다릅니다. 예를 들어, 파일 저장의 경우 서비스 노드는 항상 작동하고(약속된 내용을 저장) 샘플링 검사를 받을 수 있지만, DIMO(자동차 데이터 수집)의 경우 서비스 노드(자동차에 설치된 장치)는 10분마다 측정값을 업로드하므로 모든 측정값을 검증할 수 있습니다. 따라서 미들웨어는 다양한 DePIN 애플리케이션에 맞게 다양한 검증 모드를 가지고 있습니다:

• 데이터 프로세서: 가장 일반적인 모드로, 서비스 노드 또는 장치는 기본적으로 모든 측정값을 미들웨어에 전송하며, 미들웨어는 이를 검증하고 처리하여 스마트 계약의 증명을 생성합니다.

• 능동적 통합기: 미들웨어 프로토콜은 일부 서비스 노드를 능동적으로 선택하여 질의합니다(주의: 미들웨어 프로토콜이 충분히 강력하면 모든 서비스 노드를 "샘플링"할 수 있습니다). 노드의 응답을 받은 후, 데이터 프로세서 모드로 전환됩니다. Filecoin에서 사용하는 무작위 샘플링 방법이 이 범주에 속합니다.

• 수동 관찰자: 가장 드문 방식으로, 미들웨어는 서비스 중인 노드를 조용히 관찰하고 그들이 예상한 대로 행동하고 있는지(하지 않고 있는지) 증거를 찾으려고 합니다(어두운 숲 이론을 참조하십시오).

W3bstream을 DePIN 검증 미들웨어로 구축하기

위의 모든 관점을 종합하여, 우리는 유효성 증명 기반 접근 방식을 지지하며, 탈중앙화되고 공유되며 중립적인 온체인 검증 프로토콜(사물인터넷 네트워크의 일부로서)을 DePIN 네트워크에 제공하는 것을 구상합니다. 이 프로토콜은 많은 소규모 DePIN 네트워크에서 오는 측정값을 집계하고 스마트 계약에 유효성 증명을 제공합니다(예: 현재 사용 중인 SNARK 증명).

더 넓은 차원에서 W3bstream은 커뮤니티 운영의 샤딩 네트워크로, 다양한 DePIN 프로젝트가 그들의 검증 "공식"을 이 플랫폼에 배포(및 후속 업데이트)할 수 있도록 합니다. 이러한 "공식"은 Rust, Golang, C++ 등의 언어로 작성될 수 있으며, 곧 더 많은 언어를 지원할 예정입니다. 이들은 일반적으로 다음과 같이 나타납니다:

제로 지식 증명은 일반적으로 성능의 균형을 요구하며, 여기에는 더 긴 증명 생성 시간과 더 많은 계산 자원이 포함되어 특정 실제 응용 프로그램의 확장성을 저해합니다. 우리는 zk-SNARKs를 기반으로 내부 최적화를 수행하여(배치 포함) 이러한 성능 문제를 해결하고, 제로 지식 프로토콜의 핵심 이점을 유지하면서 더 빠른 증명 생성을 목표로 하고 있습니다.

탈중앙화 물리 인프라는 우리 세계의 여러 측면을 재구성하는 중입니다. 그러나 그 잠재력을 최대한 발휘하기 위해서는 탈중앙화 검증의 도전을 해결하고 이러한 네트워크의 신성함과 불가침성을 보장하는 것이 중요합니다. 우리는 블록체인, 암호학, 사물인터넷, 보안/프라이버시 및 경제학 등 다양한 분야의 최고의 연구자 및 엔지니어와의 교류를 기대하며, 이 공동의 비전을 함께 실현해 나가기를 바랍니다.