原文標題：《Decentralized Verification in DePIN》

作者：Raullen Chai、Andrew Law，IoTeX Foundation

編譯：深潮 TechFlow

去中心化物理基礎設施網絡（DePIN）代表了我們對現實世界系統的規劃和組織方式的轉型升級。它跨越能源、交通、電信等領域。通過將區塊鏈、加密貨幣和智能合約與智能設備相結合，DePIN 提供了以去中心化和點對點的方式協調物理基礎設施的能力。正如 a16z 的 Guy Woullet 指出的，DePIN 的成功關鍵在於解決一個核心挑戰：在不需要中心化管理的情況下，確保對地理分散的服務節點進行可信驗證。本文深入探討 DePIN 中的去中心化驗證問題，批判性分析現有解決方案，並提出在不影響安全性和去中心化的情況下保證可擴展性的創新途徑。

DePIN 的崛起

DePIN 利用區塊鏈和智能合約的力量，為植根於物理基礎設施的服務構建開放的市場。想像一個基於能源的 DePIN：配備了太陽能電池板的家庭可以潛在地生產電力，並將剩餘電力輸送給鄰居。在區塊鏈的促進和智能合約的執行下，這些能源交易可以自動記錄和結算。這個過程的核心是物聯網設備，例如電池和其他微電網連接的硬體，這使得家庭以可信賴的直接點對點方式分發能源成為可能，無需電力公司作為中間人。

這些去中心化的物理基礎設施網絡在 2023 年的各個行業獲得越來越多的關注。通過邊緣化中心化的守門人，DePIN 有望提高效率、降低成本、擴大可及性並賦予個人更大的主動權。

DePIN 的結構

去中心化的物理基礎設施依靠一個複雜的技術棧，將硬體、連接性、中間件、基於區塊鏈的智能合約和網絡或移動應用程序融合在一起。

放大一個典型的 DePIN 網絡（比如 DIMO 或 Helium 或 WiFimap 或 GeoDnet），它們通常有三個角色：

• 服務節點：一組提供服務或公用事業的伺服器或設備，例如 WiFi/5G，環境數據收集和能源生產。

• 中間件：一層主要致力於驗證服務節點是否正常工作。它確保從服務節點到智能合約的真實世界活動和事件的準確表達和報告，這可能與 DePIN 代幣的工作方式緊密相關。

• 終端用戶：實際使用服務節點或設備提供的公用設施的日常人士或企業社區。其中，中間件負責通過跟蹤某些指標來衡量來自節點的服務或公用事業質量，如果缺少這些指標，可能會導致：

1. 自我交易：參與者可能通過使用他們擁有的基礎設施獲得服務來利用網絡，從而累積費用和獎勵。例如，一個能源實體可以模擬從自己的儲備中購買能源。考慮到充足的補貼或初始區塊獎勵，自我交易變得非常具有收益性。

2. 懶惰的提供商：基礎設施提供商可能承諾提供服務，但要麼不履行承諾，要麼提供質量低下的服務。如果缺乏嚴格的驗證系統，用戶無處訴苦。

3. 惡意提供商：雖然與前兩種相比較少見，但存在惡意實體操縱基礎設施的可能性，誘使用戶接受與提供商的財務利益一致的虛假傳感器數據。如果不加以控制，這些行為可能破壞 DePIN 的經濟激勵。信任和網絡效率下降，導致"公地悲劇"，提供商尋求自身利益，或者導致權力中心化。在這兩種情況下，去中心化的以點對點為驅動的基礎設施的目標都受到破壞。

驗證中間件

設計和架構這樣一個中間件是非常複雜的。讓我們從不同的角度來看它。

角度 A：可行的驗證技術

如果同時實現了以下兩點，則認為 DePIN 中的驗證是成功的：

1. 測量的真實性和完整性：來自服務節點或設備的測量值代表了它們的工作狀態（例如，它們已經提供了某種服務，如提供 WiFi 連接或收集環境數據），並且必須是真實和未篡改的。

2. 鏈下計算的可信賴性：通常，測量值不能直接用於驗證目的。需要進行一定量的鏈下計算來處理它們，這需要是可信賴的，例如不能作弊。

以一個側重能源的 DePIN 為例：智能合約必須相信智能電表正確測量了太陽能發電量，並且中間件驗證了可能來自這個智能電表的 6 小時測量值，才能在鏈上啟動加密貨幣支付。

為了實現這兩點，我們可以列出目前可行的技術，如下所示：

角度 B：以去中心化的方式打包驗證技術

在足夠了解可行的驗證技術之後，我們需要考慮如何以去中心化的方式將其打包成協議。這裡有一些想法：

• 硬體層需要最小化（以確保廣泛的可及性和去中心化）並且許多功能應該融入中間件，以幫助避免堆棧其他領域的中心化風險。這類似於著名的"胖協議"，我們希望硬體層是瘦的，而中間件是胖的。

• 中間件的運行方式與公共區塊鏈在以下方面類似

• 允許匿名且中立（開源，社區運營）

• 透明且無需信任，提供高安全性，能夠抵禦由金融動機驅動的複雜攻擊

• 能夠為不同場景執行各種類型的驗證，因此需要內置可編程性（想想智能合約）

• 在需要時能夠保留來自硬體或應用層的必要功能。

角度 C：驗證方式

在不同的場景下，服務節點的工作方式不同。例如，就文件存儲而言，服務節點一直在工作（存儲所承諾的內容），所以可以對它們進行抽樣檢查，而就 DIMO（汽車數據收集）而言，一個服務節點（安裝在汽車上的設備）每 10 分鐘上傳一次測量值，所以可以對所有測量值進行驗證。因此，中間件具有不同的驗證模式，以適應不同的 DePIN 應用：

• 數據處理器：這是最常見的模式，服務節點或設備基本上將所有測量值發送給中間件，由中間件進行驗證和處理以生成智能合約的證明。

• 主動集成器：中間件協議主動選擇一部分服務節點進行質詢（注意，如果中間件協議足夠強大，它可以"抽樣"所有服務節點）。在獲取節點的響應後，它進入數據處理器模式。Filecoin 所使用的隨機抽樣方法屬於這一類。

• 被動觀察者：這是最不常見的一種方式，中間件只是靜靜地觀察服務中的節點，並試圖找到證據表明它們是否正在（不）做預期的事情（參考黑暗森林理論）。

構建 W3bstream 作為 DePIN 驗證的中間件

綜合上述所有視角，我們提倡基於有效性證明的方法，並設想一個去中心化、共享和中立的鏈下驗證協議（作為物聯網網絡的一部分）為 DePIN 網絡服務。該協議匯總來自大量較小 DePIN 網絡的測量值，並為智能合約提供有效性證明（例如，我們目前使用 SNARK 證明）。

從更廣泛的層面來看，W3bstream 是一個社區運營的分片網絡，它方便各種 DePIN 項目將其驗證"公式"部署（及後續更新）到該平台。這些"公式"可以用 Rust、Golang、C++等語言編寫，不久將支持更多語言。它們通常如下所示：

零知識證明通常伴隨著性能權衡，包括更長的證明生成時間和更多的計算資源，這使其對某些實際應用的可擴展性較差。我們在 zk-SNARKs 的基礎上進行了內部優化（包括批處理），以解決這些性能問題，目標是提供更快的證明生成同時保留零知識協議的核心優勢。

去中心化物理基礎設施正處於重塑我們世界的多個層面。然而，發揮其全部潛力的關鍵在於解決去中心化驗證的挑戰，確保這些網絡的神聖性和不可侵犯性。我們期待與區塊鏈、密碼學、物聯網、安全/隱私和經濟學等領域的頂級研究人員和工程師交流，一起實現這個共同的願景。