一文速懂W3bstream：專門針對DePIN的L2 Rollup

作者：IoTeX Foundation，翻譯：金色財經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、身份驗證管理和資料信任等。本文將深入探討其中一些問題，以及IoTeX核心團隊透過其產品W3bstream提供的幾個解決方案，W3bsteam是一種以rollup為中心的用於鏈下資料計算的可擴展架構。

1、DePIN提神劑

DePIN（去中心化實體基礎設施網路）代表著基於Web2的傳統物聯網系統的重大轉變。一直以來，物聯網系統要么以雲為中心，源於物理設備的數據通過物聯網網關傳遞到雲端進行處理和存儲，要么以edge（邊緣）為中心，涉及到處理更靠近源的數據的邊緣伺服器。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透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。這種整合支援從基層開始創建基礎設施網路和機器經濟。 DePIN的獨特之處在於它的社區驅動模式，鼓勵為共同利益建立應用程序，而不是由單一公司進行中央部署和維護。

DePIN主要有兩類：

• 實體資源網路（PRN）：這類網路專注於位置相關硬件，交付獨特的商品或服務。例如無線連接、透過特定區域感測器取得的地理空間情報，以及汽車服務等行動應用。

• 數位資源網路（DRN）：DRN激勵可替代資源（如算力、儲存或頻寬）的硬體部署，支援針對諸如視訊/音訊渲染或儲存服務之類的任務進行大型網路創建，而無需特定於位置的硬體.

DePIN生態豐富多彩，許多新創公司都在進行不同方面的探索，如去中心化運算、儲存、頻寬網路和通訊協定。無論一個專案屬於哪一類，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應用程式的固有特性決定的。 DePIN通常包含擁有大量設備的大型網絡，產生處理大量資料。同時，與區塊鏈技術的整合雖然提供了強大的信任基礎，但也帶來了自身限制。區塊鏈以其高信任度而聞名，但受制於有限的處理能力和高昂的資料儲存。這種廣泛的網路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應用程式面臨的可擴展性挑戰。

以太坊Rollup方法

以太坊一直採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路中資料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資料處理和執行卸載到L2 Rollup網絡，而不是完全依賴L1（主區塊鏈）進行全部的工作。這些網路與主鏈一起運行，但處理交易的方式更有效。

（2）批次交易：L2網路從L1網路收集交易並進行大量處理。透過將多筆交易批量打包，Rollup網路可以比在主鏈上一個單獨處理交易更有效率地處理交易包。

（3）證明產生與驗證：L2網路在批次處理交易後產生證明。此證明是一種加密證據，用於驗證Rollup網路中處理的所有交易都是有效的。然後，L1網路透過智能合約驗證此證明。這個過程確保了在L2網路上處理交易的完整性。

（4）L1信任錨：儘管將資料處理卸載到L2網絡，但L1區塊鏈保留了其作為核心信任錨的作用。它透過驗證L2網路的證明來實現這一點，從而維護了整個網路的完整性和安全性。

（5）有效狀態轉換：L1網路接收這些證明和相應的狀態轉換，它可以更有效率地處理這批交易。這種方法減輕了L1網路的負擔，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充性，只要稍加調整就可應用於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於擴展DePIN應用程式。這種方法是IoTeX W3bstream背後的核心概念，IoTeX的L2網路專門為擴展DePIN專案創建，能夠將大量的鏈下資料壓縮（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：

• 主權智慧型設備：這些對於DePIN專案的資料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。

• 資料可用性層：資料可用性層負責暫時儲存從設備接收到的資料。它既可以是鏈上的，也可以是鏈下的，由於其短期性質，它與永久存儲不同。

• 去中心化排序網路（DSN）：DSN就從設備收集的資料達成共識，並將其儲存在資料可用性層中。這種共識對於進行任何有意義的計算來說都是必需的。

• 去中心化聚合網路：此網路負責計算，從數據可用性層批量檢索數據，並為一個或多個設備產生聚合的零知識證明。

• L1網路：L1上的智慧合約可以作為驗證器來驗證鏈下聚合器產生的零知識證明。透過這種方式，L1作為DePIN應用程式的信任基礎和結算層。此架構的高層流程圖如下：

以下幾節將更詳細地分析這個架構，從如何收集可信任資料開始，然後解釋資料預處理和資料可用性，然後再探討聚合證明產生過程。

（1）可信數據收集

在DePIN應用程式中，可信任資料收集是至關重要的，主要透過兩種方法實現：基於TEE（可信任執行環境）和基於零知識證明（ZKP）。

• 基於TEE：TEE透過在設備受保護區域隔離資料收集代碼來確保安全的資料收集。這種方法還包括遠端認證，支援設備操作外部驗證和程式碼完整性。

• 基於ZKP：此方法使設備能夠在不洩漏底層資料的情況下證明其資料收集的準確性。它會根據設備性能而有所不同，對於功能強大的設備使用板載ZKP生成，對於更受限的設備使用遠端生成。

TEE和ZKP的結合提高了DePIN應用程式資料收集的可信度，影響了相關金融系統的整體效力。未來的研究將重點在於提高ZKP效率，特別是對於具有多個感測器或複雜資料收集需求的設備。

（2）資料預處理和資料可用性

DePIN架構的第二個主要組成部分是資料預處理和確保資料可用性，由去中心化定序網路支援。該網路為多個DePIN專案提供服務，並解決了設備多樣性的挑戰，特別是通訊協定方面的挑戰。

去中心化排序網路：

• 功能：執行資料預處理。資料來自不同的設備，網路會對資料進行處理，以確保資料的一致性和相容性。

• 驗證過程：網路中的各節點透過兩步驟驗證資料：（1）確認資料收集過程的有效性，可以透過檢查支援TEE的設備提供的認證報告，也可以透過驗證該設備產生的證明來確認。 （2）驗證設備簽名，確保資料來源的真實性。

資料儲存和可用性：

• 預處理後：資料經過預處理並在網路內達成共識後，將儲存在特定項目的資料可用性層。

• 自訂儲存解決方案：專案可以靈活選擇喜歡的資料可用性層。這是透過可配置儲存適配器來實現的，支援將資料儲存在所選的資料可用性層中。

DePIN架構的這部分在標準化和保護來自不同設備的資料流方面起著關鍵作用，確保資料得到統一處理和有效儲存。

（3）數據證明聚合

DePIN架構的第三個組成部分著重於聚合證明生成，這是驗證DePIN專案計算必不可少的過程。

聚合器節點和計算池：

這個網路由聚合器節點構成，這些節點形成了一個鏈下運算資源池，在所有DePIN項目之間共用。這些節點基於鏈上狀態監視器週期性地選擇一個空閒聚合器來處理特定DePIN專案的計算任務。

聚合器節點執行任務：

所選節點從資料可用性層檢索數據，然後為DePIN專案執行必要計算並產生證明。該證明被送到L1智能合約進行驗證，之後節點回歸空閒狀態。

為了產生聚合證明，系統將利用一個分層聚合電路，該電路由以下元件構成：

• 資料壓縮電路：其功能類似於梅克爾樹，驗證所有收集的資料都來自特定的梅克爾樹根。

• 簽章批次驗證電路：批次校驗來自裝置的資料有效性，每個裝置都關聯一個簽章。

• DePIN計算電路：證明DePIN專案的特定計算邏輯（例如驗證醫療保健專案中的步數或太陽能發電廠產生的能量）已正確執行。

• 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。

資料證明聚合對於確保DePIN專案計算的完整性和可驗證性至關重要，為驗證鏈下計算和資料處理提供了可靠有效的方法。

4、結論

總之，W3bstream透過其去中心化排序網路有效率地管理資料預處理，有助於DePIN的可擴展性。它支援聚合證明生成，這對於驗證跨大型網路的複雜計算至關重要。透過促進鏈下運算並提供針對鏈上證明驗證的強大機制，W3bstream顯著提高了DePIN應用程式的吞吐量和效率。雖然W3bstream依賴IoTeX區塊鏈（由於其速度、安全性和成本效益，IoTeX仍然是新興DePIN應用程式的完美選擇），但它可支援任何區塊鏈上的任何現有DePIN專案。它的架構（支援可擴展的安全基礎設施）使其成為更廣泛的去中心化網路生態系統中的重要部分。