W3bstreamの概要：DePIN専用L2ロールアップ

Author: IoTeX Foundation, Translated by Golden Finance xiaozou

最近、DePINが暗号のメインストリームに参入したことで、分散化、スケーラビリティ、検証可能性、認証管理、データの信頼性など、多くの問題や課題がもたらされました。この記事では、これらの問題のいくつかと、IoTeXコアチームがオフチェーンデータ計算のためのロールアップ中心のスケーラブルなアーキテクチャであるW3bstreamという製品を通じて提供したソリューションのいくつかを紹介します。

1.DePIN Refresher

DePIN (Decentralised Physical Infrastructure Networks) は、Web2.IoTに基づく従来のIoTシステムからの大きな転換を意味します。IoTシステムは、物理デバイスから発信されたデータがIoTゲートウェイを経由してクラウドに送られ、処理と保存が行われるクラウド中心型か、よりソースに近いところでデータを処理するエッジ（端）サーバーを含むエッジ（端）中心型のいずれかであった。これらのアーキテクチャは、IoTアプリケーションでは一般的だが、本質的に集中型かハイブリッド型である。しかしDePINは、ブロックチェーン、IoT、トークンエコノミクスという3つのコア技術を統合することで、革新的なアプローチを導入している。DePINは、一企業による中央集権的な展開や保守ではなく、共通の利益のためのアプリの構築を奨励する、コミュニティ主導のモデルにおいてユニークである。

DePINには主に2つのタイプがあります：

• Physical Resource Networks (PRNs)：独自の商品やサービスを提供する場所に関連したハードウェアに焦点を当てています。たとえば、ワイヤレス接続、エリア固有のセンサーによる地理空間インテリジェンス、自動車サービスなどのモバイル・アプリケーションなどがあります。

• デジタル・リソース・ネットワーク（DRN）：DRNは、ビデオ/オーディオ・レンダリングやストレージ・サービスなどのタスクのための大規模なネットワーク作成をサポートするために、（演算、ストレージ、帯域幅などの）可算リソースを持つハードウェアのデプロイメントにインセンティブを与えます。

DePINのエコシステムは豊かで多様性に富んでおり、多くの新興企業が分散コンピューティング、ストレージ、帯域幅ネットワーク、通信プロトコルなどのさまざまな側面を探求しています。プロジェクトがどのカテゴリーに属するかにかかわらず、DePINは、システム認証の確立、プライバシー懸念への対処、特にスケーラビリティなど、固有の課題に直面しています。

2.DePINのスケーラビリティの課題

前述のように、スケーラビリティは重要な課題であり、これはDePINアプリケーションの固有の性質によって決まります。DePINは通常、大量のデータを生成し処理する、多数のデバイスを持つ大規模なネットワークを包含する。同時に、ブロックチェーン技術との統合は、強固な信頼の基盤を提供する一方で、それ自体の限界をもたらす。ブロックチェーンはその高い信頼性で知られているが、限られた処理能力と高価なデータストレージに制約されている。広範なネットワークとデータの要件とブロックチェーンの限られた処理能力との間のこのコントラストは、確かにDePINアプリケーションが直面するスケーラビリティの課題を浮き彫りにしています。

イーサネットのロールアップ・アプローチ

イーサネットが採用してきたスケーラビリティ問題を解決するアプローチは、ロールアップ中心のロードマップです。この戦略は、ブロックチェーン・ネットワークにおけるデータの処理方法とトランザクションの実行方法を根本的に見直すものです。

(1) L2 ロールアップ：イーサリアムは、データ処理と実行の大部分をL1（メインブロックチェーン）だけに頼るのではなく、L2 ロールアップネットワークにオフロードすることを提唱しています。これらのネットワークはメインチェーンと並行して稼働するが、より効率的な方法でトランザクションを処理する。

(2)バッチトランザクション処理：L2ネットワークはL1ネットワークからトランザクションを集め、一括して処理する。複数のトランザクションをバッチ処理することで、Rollupネットワークはメインチェーン上でトランザクションを1つ1つ処理するよりも効率的にパケットを処理することができる。

（3）証明の生成と検証：L2ネットワークは、トランザクションを一括処理した後に証明を生成する。この証明は、Rollupネットワークで処理されたすべてのトランザクションが有効であることを検証するために使用される暗号学的証拠である。次にL1ネットワークはスマートコントラクトを通じてこの証明を検証する。このプロセスにより、L2ネットワークで処理されるトランザクションの完全性が保証される。

（4）L1トラストアンカー：データ処理をL2ネットワークにオフロードしているにもかかわらず、L1ブロックチェーンは中核的なトラストアンカーとしての役割を維持している。L2ネットワークからの証明を検証することで、ネットワーク全体の完全性とセキュリティを維持します。

(5)効果的な状態遷移：L1ネットワークはこれらの証明と対応する状態遷移を受け取り、トランザクションのバッチをより効率的に処理できる。このアプローチはL1ネットワークの負担を軽減し、トラストアンカーとしてより効果的に機能しながら、より少ないが重要なタスクを処理することを可能にする。

このロールアップ中心のアプローチにより、イーサは著しくスケーラブルになり、いくつかの調整を加えることでDePINに適用することができます。L2 Rollup

前述のように、ロールアップ中心のアプローチは、DePINアプリケーションを拡張するためにも使用できます。このアプローチは、DePINプロジェクトを拡張するために特別に作成されたIoTeXのL2ネットワークであるIoTeX W3bstreamの背後にあるコアアイデアであり、大量のオフチェーンデータを、オンチェーントランザクションをトリガーするための、より小さく検証可能なゼロ知識証明に圧縮（集約）する機能を備えています。

• ソブリン・スマートデバイス：これらはDePINプロジェクトにとって非常に重要です。データの信頼性が重要です。実際の物理的な世界に配備されたこれらのデバイスは、データを収集するだけでなく、データ収集プロセスの信頼性を実証します。

• データ可用性レイヤー：データ可用性レイヤーは、デバイスから受信したデータの一時的な保存を担当します。これはオンチェーンでもオフチェーンでも可能であり、その短期的な性質から永久ストレージとは異なります。

• 分散型ソートネットワーク（DSN）：DSNは、デバイスから収集されたデータのコンセンサスに達し、データ利用可能層に保存します。このコンセンサスは、意味のある計算を実行するために必要です。

• 分散型集約ネットワーク：このネットワークは計算を担当し、データ可用性レイヤーから一括してデータを取得し、1つまたは複数のデバイスに対して集約されたゼロ知識証明を生成します。

• L1ネットワーク：L1上のスマートコントラクトは、チェーンの下のアグリゲーターによって生成されたゼロ知識証明を検証するバリデーターとして機能することができます。このように、L1はDePINアプリケーションの信頼ベースおよび決済レイヤーとして機能する。

以下のセクションでは、信頼できるデータの収集方法から始まり、データの前処理とデータの可用性を説明し、集約された証明生成プロセスを見る前に、アーキテクチャをより詳細に分析します。

(1)信頼されるデータ収集

信頼されるデータ収集はDePINアプリケーションにおいて重要であり、主に2つの方法で達成されます。Trusted Execution Environment)に基づく方法と、Zero Knowledge Proof (ZKP)に基づく方法です。

• TEEベース: TEEは、データ収集コードをデバイスの保護された領域に分離することで、安全なデータ収集を保証します。を収集します。このアプローチには、デバイスの動作とコードの整合性の外部検証をサポートするリモート認証も含まれます。

• ZKPベース: このアプローチは、基礎となるデータを明らかにすることなく、デバイスがデータ収集の正確性を証明できるようにします。デバイスの性能によって異なり、強力なデバイスにはオンボードのZKP生成を使用し、より制約の多いデバイスにはリモート生成を使用します。

TEEとZKPの組み合わせは、DePINアプリのデータ収集の信頼性を向上させ、問題の金融システムの全体的な有効性に影響を与えます。今後の研究では、特に複数のセンサーを持つデバイスや複雑なデータ収集要件に対するZKPの効率改善に焦点を当てる予定です。

(2)データ前処理とデータ可用性

DePINアーキテクチャの2つ目の主要コンポーネントは、データ前処理とデータ可用性の確保です。このネットワークは複数のDePINプロジェクトにサービスを提供している。このネットワークは複数のDePINプロジェクトにサービスを提供し、特に通信プロトコルに関して、デバイスの多様性の課題に対処する。

分散型シーケンスネットワーク：

• 機能：データの前処理を行う。データはさまざまなデバイスから送られてきますが、ネットワークは一貫性と互換性を確保するためにデータを処理します。

• 検証プロセス：ネットワーク内の各ノードは、2つのステップでデータを検証します。(1) TEE対応デバイスが提供する認証レポートを確認するか、そのデバイスが生成した証明を検証することで、データ収集プロセスの妥当性を確認します。(2) データソースの真正性を保証するために、デバイスの署名を検証する。

• ポスト前処理：データが前処理され、ネットワーク内でコンセンサスが得られた後、プロジェクト固有のデータ可用性レイヤーに保存されます。

• カスタムストレージソリューション：プロジェクトは、好みのデータ可用性層を柔軟に選択できます。これは、選択したデータ可用性層にデータを格納することをサポートする構成可能なストレージアダプターによって実現されます。

DePINアーキテクチャのこの部分は、異なるデバイスからのデータの流れを標準化し、安全性を確保する上で重要な役割を果たし、データが一貫して処理され、効率的に保存されることを保証します。

(3)データ証明の集計

DePINアーキテクチャの3つ目の構成要素は、集計証明の生成に焦点を当てており、これはDePINプロジェクトの計算を検証するために不可欠なプロセスです。これは、DePINプロジェクトの計算を検証するために不可欠なプロセスです。

アグリゲーター・ノードと計算プール：

ネットワークは、すべてのDePINプロジェクト間で共有されるオフチェーン計算リソースのプールを形成するアグリゲーター・ノードで構成されています。これらのノードは、オンチェーン状態モニターに基づいて、特定のDePINプロジェクトの計算タスクを処理するアイドルアグリゲータを定期的に選択する。

アグリゲーターノードはタスクを実行する：

選択されたノードはデータ可用性レイヤーからデータを取得し、必要な計算を実行し、DePINプロジェクトの証明を生成する。証明は検証のためにL1スマートコントラクトに送られ、その後ノードはアイドル状態に戻る。

集約された証明を生成するために、システムは以下のコンポーネントで構成されるレイヤー集約回路を利用します：

• データ圧縮回路：その機能はメルケル・ツリーに似ており、収集されたすべてのデータが特定のメルケル・ツリーのルートから来たものであることを確認します。

• 署名バッチ検証回路：バッチは、各デバイスに関連付けられた署名で、デバイスからのデータの妥当性を検証します。

• DePIN計算回路：ヘルスケア・プロジェクトのステップ数の検証や太陽光発電所のエネルギー生産量の検証など、DePINプロジェクト固有の計算ロジックが正しく実行されたことを証明します。

• 証明集約回路：L1スマートコントラクトによる最終検証のために、すべての証明を単一の証明に集約します。

Proof-of-dataの集約は、DePINプロジェクトの計算の完全性と検証可能性を確保するために重要であり、オフチェーンの計算とデータ処理を検証する信頼性の高い効率的な方法を提供します。

4.結論

要約すると、W3bstreamは、分散ソートネットワークを通じてデータの前処理を効率的に管理することで、DePINのスケーラビリティに貢献しています。W3bstreamは、大規模ネットワークにおける複雑な計算を検証するために重要な、集約された証明生成をサポートしている。オフチェーン計算を促進し、オンチェーン証明に対する証明の検証のための堅牢なメカニズムを提供することで、W3bstreamはDePINアプリケーションのスループットと効率を大幅に改善します。W3bstreamはIoTeXブロックチェーン（そのスピード、セキュリティ、費用対効果により、新たなDePINアプリケーションに最適な選択肢であり続ける）に依存しているが、あらゆるブロックチェーン上の既存のDePINプロジェクトをサポートすることができる。スケーラブルなセキュリティ・インフラをサポートする）そのアーキテクチャにより、より広範な分散型ネットワーク・エコシステムの重要な一部となっています。