W3bstream: Rollup Lapisan-2 untuk DePIN

IoTeX_Indonesia Official

May 31, 2024 — 7 min read

Naiknya ruang DePIN ke arus utama kripto baru-baru ini menimbulkan beberapa pertanyaan dan tantangan, seperti desentralisasi, skalabilitas, verifikasi, manajemen identitas, dan kepercayaan data. Artikel di bawah ini akan menyelidiki beberapa tantangan dan solusi yang diusulkan oleh tim inti IoTeX melalui salah satu produknya: W3bstream, arsitektur skalabel yang berpusat pada Rollup untuk komputasi data off-chain.

Penyegaran DePIN

Sektor DePIN (Jaringan Infrastruktur Fisik Terdesentralisasi) mewakili perubahan signifikan dari sistem IoT tradisional berbasis Web2. Secara tradisional, sistem IoT bersifat cloud-centric, yaitu data dari perangkat fisik melewati gateway IoT ke cloud untuk pemrosesan dan penyimpanan, atau edge-centric, yang melibatkan server edge yang memproses data lebih dekat ke sumbernya. Arsitektur ini, meskipun populer dalam aplikasi IoT, bersifat terpusat atau hibrid. DePIN, bagaimanapun, memperkenalkan pendekatan baru dengan mengintegrasikan tiga teknologi inti: Blockchain, IoT, dan Tokenomics. Kombinasi ini memungkinkan terciptanya jaringan infrastruktur dan ekonomi mesin dari tingkat akar rumput. Kekhasan DePIN terletak pada model berbasis komunitas, yang mendorong pembangunan aplikasi demi kebaikan bersama, dibandingkan penerapan dan pemeliharaan terpusat oleh satu perusahaan.
Ada dua kategori utama dalam DePIN:

Jaringan Sumber Daya Fisik (PRN): Jaringan ini berfokus pada perangkat keras yang bergantung pada lokasi untuk mengirimkan barang atau jasa unik. Contohnya termasuk konektivitas nirkabel, kecerdasan geospasial melalui sensor di area tertentu, dan aplikasi mobilitas seperti layanan otomotif.
Jaringan Sumber Daya Digital (DRN): DRN memberi insentif pada penerapan perangkat keras untuk sumber daya yang sepadan, seperti daya komputasi, penyimpanan, atau bandwidth. Hal ini memungkinkan pembuatan jaringan besar untuk tugas-tugas seperti rendering video/audio atau layanan penyimpanan, tanpa memerlukan perangkat keras khusus lokasi.

Lanskap DePIN kaya dan beragam, dengan banyak startup yang mengeksplorasi berbagai aspek seperti komputasi terdesentralisasi, penyimpanan, jaringan bandwidth, dan protokol komunikasi. Terlepas dari jenis kategori proyek tertentu, DePIN memiliki tantangan yang melekat seperti membangun identitas sistem, mengatasi masalah privasi, dan yang terpenting, skalabilitas.

Tantangan Skalabilitas DePIN

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, skalabilitas muncul sebagai tantangan krusial, yang didorong oleh karakteristik bawaan aplikasi DePIN. DePIN biasanya mencakup jaringan berskala besar dengan banyak perangkat, menghasilkan dan memproses data dalam jumlah besar. Pada saat yang sama, integrasi dengan teknologi blockchain, selain memberikan landasan kepercayaan yang kuat, juga mempunyai keterbatasan tersendiri. Blockchain, yang terkenal dengan faktor kepercayaannya yang tinggi, memiliki kemampuan pemrosesan yang terbatas dan penyimpanan data yang mahal. Penjajaran antara kebutuhan jaringan dan data yang luas dengan kemampuan pemrosesan blockchain yang terbatas dengan jelas menggambarkan tantangan skalabilitas yang dihadapi dalam aplikasi DePIN.

Pendekatan Rollup Ethereum

Pendekatan yang diadopsi Ethereum untuk mengatasi masalah skalabilitas adalah melalui peta jalan yang berpusat pada Rollup. Strategi ini secara mendasar memikirkan kembali cara pemrosesan data dan eksekusi transaksi ditangani dalam jaringan blockchain.

Rollup Layer 2: Daripada hanya mengandalkan Layer 1 (blockchain utama) untuk semua pemrosesan dan eksekusi data, Ethereum mengusulkan untuk memindahkan sebagian besar pekerjaan ini ke jaringan Layer-2 Rollup. Jaringan ini beroperasi bersama dengan blockchain utama tetapi menangani transaksi dengan cara yang lebih efisien.
Pemrosesan Transaksi Batch: Jaringan Layer 2 mengumpulkan transaksi dari jaringan Layer 1 dan memprosesnya secara batch. Dengan menggabungkan beberapa transaksi, jaringan Rollup dapat memprosesnya dengan lebih efisien dibandingkan jika ditangani secara individual di blockchain utama.
Pembuatan dan Validasi Bukti: Setelah memproses transaksi dalam satu batch, jaringan Layer 2 menghasilkan bukti. Bukti ini adalah bukti kriptografi yang memverifikasi bahwa semua transaksi yang diproses dalam jaringan Rollup adalah valid. Jaringan Layer 1, melalui kontrak pintar, kemudian memvalidasi bukti ini. Proses ini memastikan integritas transaksi yang diproses pada jaringan Layer 2.
Lapisan 1 sebagai Jangkar Kepercayaan: Meskipun memindahkan pemrosesan data ke jaringan Lapisan 2, blockchain Lapisan 1 tetap mempertahankan perannya sebagai jangkar kepercayaan inti. Hal ini dicapai dengan memvalidasi bukti dari jaringan Layer 2, sehingga menjaga integritas dan keamanan jaringan secara keseluruhan.
Transisi Keadaan yang Efisien: Dengan jaringan Layer 1 menerima bukti-bukti ini dan transisi keadaan yang dihasilkan, jaringan tersebut dapat memproses kumpulan transaksi dengan lebih efisien. Pendekatan ini mengurangi beban pada jaringan Lapisan 1, memungkinkannya berfungsi lebih efektif sebagai jangkar kepercayaan sambil menangani tugas-tugas yang lebih sedikit namun lebih penting.

Pendekatan Rollup-centric ini memungkinkan Ethereum meningkatkan skalabilitasnya secara signifikan, dan dapat diadaptasi ke DePIN, dengan modifikasi tertentu.

W3bstream: Rollup Layer-2 untuk DePIN

Seperti disebutkan sebelumnya, pendekatan Rollup-sentris juga dapat digunakan untuk menskalakan aplikasi DePIN. Pendekatan ini adalah filosofi inti di balik W3bstream IoTeX, jaringan Layer-2 IoTeX yang secara khusus ditujukan untuk penskalaan proyek DePIN, yang mampu mengompresi (menggabungkan) sejumlah besar data off-chain menjadi bukti zk yang jauh lebih kecil dan dapat diverifikasi untuk memicu on-chain transaksi. Sekarang mari kita lihat komponen utama dari pendekatan ini:

Perangkat Cerdas Berdaulat: Ini sangat penting untuk kepercayaan data dalam proyek DePIN. Diterapkan di dunia fisik, perangkat ini tidak hanya mengumpulkan data tetapi juga membuktikan keandalan proses pengumpulan data.
Lapisan Ketersediaan Data: Lapisan ini bertanggung jawab untuk menyimpan sementara data yang diterima dari perangkat. Ini bisa berupa on-chain atau off-chain dan berbeda dari penyimpanan persisten karena sifatnya yang bersifat jangka pendek.
Jaringan Sequencer Terdesentralisasi (DSN): DSN mencapai konsensus mengenai data yang dikumpulkan dari perangkat dan menyimpannya di lapisan ketersediaan data. Konsensus ini diperlukan agar perhitungan yang berarti dapat dilakukan.
Jaringan Agregator Terdesentralisasi: Bertanggung jawab atas komputasi, jaringan ini mengambil data dalam batch dari lapisan ketersediaan data dan menghasilkan bukti zk agregat untuk satu atau beberapa perangkat.
Jaringan Lapisan-1: Kontrak pintar pada Lapisan-1 dapat digunakan sebagai pemverifikasi untuk memverifikasi bukti-bukti zk yang dihasilkan oleh agregator off-chain. Dengan cara ini, Layer-1 berfungsi sebagai landasan kepercayaan dan lapisan penyelesaian untuk aplikasi DePIN. Alur tingkat tinggi dari arsitektur tersebut adalah sebagai berikut:

Bagian di bawah menganalisis arsitektur ini secara lebih rinci, mulai dari cara mengumpulkan data tepercaya, kemudian menjelaskan pra-pemrosesan data dan ketersediaan data, lalu membahas tentang proses pembuatan bukti agregat.

Pengumpulan Data Tepercaya

Dalam aplikasi DePIN, pengumpulan data tepercaya sangat penting dan terutama dicapai melalui dua pendekatan: berbasis TEE (Trusted Execution Environment) dan berbasis zero-knowledge proof (ZKP).

Pendekatan berbasis TEE: TEE memastikan pengumpulan data yang aman dengan mengisolasi kode pengumpulan data di area terlindungi pada perangkat. Ini juga mencakup pengesahan jarak jauh, yang memungkinkan verifikasi eksternal atas pengoperasian perangkat dan integritas kode.
Pendekatan berbasis ZKP: Metode ini memungkinkan perangkat membuktikan keakuratan pengumpulan datanya tanpa mengungkapkan data yang mendasarinya. Ini bervariasi berdasarkan kemampuan perangkat, dengan generasi ZKP on-board untuk perangkat yang kuat dan generasi jarak jauh untuk perangkat yang lebih terbatas.

Menggabungkan TEE dan ZKP meningkatkan kepercayaan pengumpulan data dalam aplikasi DePIN, yang berdampak pada efektivitas sistem keuangan terkait secara keseluruhan. Penelitian di masa depan bertujuan untuk meningkatkan efisiensi ZKP, terutama untuk perangkat dengan banyak sensor atau kebutuhan pengumpulan data yang kompleks.

Pra-Pemrosesan Data dan Ketersediaan Data

Komponen utama kedua dalam arsitektur DePIN melibatkan pra-pemrosesan data dan memastikan ketersediaan data, yang difasilitasi oleh jaringan sequencer terdesentralisasi. Jaringan ini melayani berbagai proyek DePIN dan mengatasi tantangan keragaman perangkat, khususnya dalam protokol komunikasi.

Jaringan Sequencer Terdesentralisasi:

Fungsi: Melakukan prapemrosesan data. Saat data datang dari berbagai perangkat, jaringan memprosesnya untuk memastikan keseragaman dan kompatibilitas.
Proses Verifikasi:
Setiap node di jaringan memverifikasi data dalam dua langkah:

Mengonfirmasi keabsahan proses pengumpulan data, baik dengan memeriksa laporan pengesahan dari perangkat yang mendukung TEE atau dengan memverifikasi bukti yang dihasilkan oleh perangkat tersebut.
Memvalidasi tanda tangan perangkat untuk memastikan keaslian sumber data.

Penyimpanan dan Ketersediaan Data:

Pasca-Prapemrosesan: Setelah data diproses sebelumnya dan konsensus dicapai dalam jaringan, data disimpan dalam lapisan ketersediaan data khusus proyek.
Solusi Penyimpanan yang Dapat Disesuaikan: Proyek memiliki fleksibilitas untuk memilih lapisan ketersediaan data pilihan mereka. Hal ini diaktifkan melalui adaptor penyimpanan yang dapat dikonfigurasi, memungkinkan data disimpan di lapisan ketersediaan data yang dipilih.

Komponen arsitektur DePIN ini memainkan peran penting dalam standarisasi dan mengamankan aliran data dari beragam perangkat, memastikan bahwa data diproses secara seragam dan disimpan secara efisien.

Agregasi Bukti Data

Komponen ketiga arsitektur DePIN berfokus pada pembuatan bukti agregat, sebuah proses penting untuk memvalidasi komputasi dalam proyek DePIN.

Node Agregator dan Kumpulan Komputasi:

Jaringan ini terdiri dari node agregator yang membentuk kumpulan sumber daya komputasi off-chain, yang digunakan bersama di seluruh proyek DePIN.
Node ini secara berkala memilih agregator yang menganggur, berdasarkan monitor status on-chain, untuk menangani tugas komputasi untuk proyek DePIN tertentu.

Eksekusi Tugas oleh Node Agregator:

Node yang dipilih mengambil data dari lapisan ketersediaan data.
Ia kemudian melakukan perhitungan yang diperlukan untuk proyek DePIN dan menghasilkan bukti.
Bukti ini dikirim ke kontrak pintar Lapisan 1 untuk verifikasi, setelah itu node kembali ke status menganggur.

Agar bukti agregat ini dapat dihasilkan, sistem akan memanfaatkan sirkuit agregasi berlapis, yang terdiri dari komponen-komponen berikut:

Sirkuit Kompresi Data: Berfungsi seperti pohon Merkle, memvalidasi bahwa semua data yang dikumpulkan berasal dari akar pohon Merkle tertentu.
Sirkuit Verifikasi Batch Tanda Tangan: Memverifikasi validitas data dari perangkat dalam batch, masing-masing terkait dengan tanda tangan.
Sirkuit Komputasi DePIN: Membuktikan bahwa logika komputasi spesifik untuk proyek DePIN, seperti memverifikasi jumlah langkah dalam proyek perawatan kesehatan, atau energi yang dihasilkan di pembangkit listrik tenaga surya, dijalankan dengan benar.
Sirkuit Agregasi Bukti: Mengumpulkan semua bukti menjadi satu untuk validasi akhir oleh kontrak pintar Lapisan 1.

Agregasi bukti data sangat penting dalam memastikan integritas dan verifikasi komputasi dalam proyek DePIN, menyediakan metode yang andal dan efisien untuk memvalidasi komputasi off-chain dan pemrosesan data.

Kesimpulan

Kesimpulannya, W3bstream berkontribusi terhadap skalabilitas DePIN dengan mengelola pra-pemrosesan data secara efisien melalui jaringan sequencer terdesentralisasi. Ini mendukung pembuatan bukti agregat, yang penting untuk memvalidasi komputasi kompleks di seluruh jaringan berskala besar. Dengan memfasilitasi komputasi off-chain dan menyediakan mekanisme yang kuat untuk verifikasi bukti on-chain, W3bstream secara signifikan meningkatkan throughput dan efisiensi aplikasi DePIN. Meskipun orkestrasi W3bstream bergantung pada blockchain IoTeX, yang masih tetap menjadi pilihan sempurna untuk aplikasi DePIN baru karena kecepatan, keamanan, dan efektivitas biayanya, W3bstream dapat mendukung proyek DePIN yang ada di blockchain mana pun. Arsitekturnya memungkinkan infrastruktur yang terukur dan aman, menjadikannya komponen penting dalam ekosistem jaringan terdesentralisasi yang lebih luas.

Artikel ini didasarkan pada penelitian kepala penelitian IoTeX, Prof. Xinxin Fan dan Lei Xiu dari Kent State University. Untuk informasi lebih lanjut, silakan membaca makalah penelitian lengkap di sini.

Pelajari lebih lanjut tentang W3bstream dan semua alat yang ditawarkan tim IoTeX tkepada pembuat dan pendiri DePIN. Baru mengenal DePIN? Temukan segala sesuatu tentang lanskap DePIN di DePINscan yang didukung IoTeX.