تصنيف لشبكات البنية التحتية المادية اللامركزية القائمة على البلوك تشين (DePIN)

1. المقدمة والنظرة العامة

تمثل شبكات البنية التحتية المادية اللامركزية (DePINs) تحولاً نموذجياً في كيفية امتلاك وتشغيل وتحفيز البنية التحتية المادية - مثل الشبكات اللاسلكية، وتخزين البيانات، وشبكات أجهزة الاستشعار. متجاوزةً النماذج المركزية للصناعات التقليدية (مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية، ورسم الخرائط التي تهيمن عليها خرائط جوجل)، تستفيد شبكات DePINs من تقنية البلوك تشين لتوزيع السيطرة والملكية واتخاذ القرار بين شبكة من المشاركين.

يكمن الوعد الأساسي لـ DePIN في إمكاناته لتعزيز المرونة (من خلال القضاء على نقاط الفشل الفردية)، وتعزيز الثقة (من خلال البيانات الشفافة والمقاومة للعبث)، وتحسين إمكانية الوصول (عبر المشاركة دون إذن). ومع ذلك، أدى الظهور السريع لأكثر من 50 مشروعاً متميزاً لـ DePIN إلى مشهد مجزأ يفتقر إلى إطار عمل مشترك للمقارنة والتحليل. يعالج هذا العمل تلك الفجوة من خلال اقتراح أول تصنيف شامل لأنظمة DePIN، مُستمد من بنية مفاهيمية.

2. البنية المفاهيمية لـ DePIN

يُبنى التصنيف المقترح على بنية مفاهيمية ثلاثية تجسد جوهر أي نظام DePIN. هذه الأبعاد الثلاثة مترابطة بعمق، حيث تقيد خيارات التصميم في بُعد واحد أو تتيح إمكانيات في الأبعاد الأخرى.

2.1 بُعد تقنية دفتر الأستاذ الموزع (DLT)

يغطي هذا البعد طبقة البلوك تشين الأساسية. تشمل المكونات الرئيسية:

• آلية الإجماع: البروتوكول لتحقيق الاتفاق على حالة دفتر الأستاذ (مثل إثبات العمل، إثبات الحصة، إثبات الحصة المفوض).
• هيكل البيانات والتخزين: كيفية هيكلة البيانات من الأجهزة المادية، وتخزينها على السلسلة مقابل خارج السلسلة، وجعلها قابلة للوصول.
• قدرة العقود الذكية: وجود وقابلية التعبير للعقود الذكية لأتمتة العمليات وإنفاذ القواعد.
• نموذج الحوكمة: العمليات على السلسلة وخارج السلسلة لاتخاذ القرارات بشأن ترقيات البروتوكول وتغييرات المعلمات.

2.2 بُعد تصميم الاقتصاد المشفر

يحدد هذا البعد محرك الحوافز في DePIN. يجيب عن كيفية مكافأة المشاركين ومعاقبتهم.

• فائدة الرمز المميز وآلياته: دور الرمز المميز الأصلي (مثل للدفع، والرهن، والحوكمة).
• نموذج توزيع الحوافز: خوارزميات تخصيص المكافآت لمشغلي الأجهزة، والمدققين، والمساهمين الآخرين في الشبكة. غالباً ما يتضمن ذلك آلية التحقق من العمل لإثبات المساهمة المفيدة.
• جدول انبعاث الرمز المميز: تضخم أو انكماش العرض المخطط له بمرور الوقت.
• مقاومة الهويات الوهمية والتواطؤ: تصميمات اقتصادية لمنع التلاعب بالنظام.

2.3 بُعد شبكة البنية التحتية المادية

يتعامل هذا البعد مع الأجهزة المادية في العالم الحقيقي وتنسيقها.

• هندسة الأجهزة: نوع الأجهزة المادية المشاركة (أجهزة استشعار، خوادم تخزين، موجهات لاسلكية).
• بروتوكول الشبكة: كيفية تواصل الأجهزة مع بعضها البعض ومع طبقة البلوك تشين (مثل الند للند، العميل-الخادم).
• التوزيع الجغرافي والقابلية للتوسع: نموذج النشر المادي وقدرته على التوسع.
• نوع الخدمة: المنفعة الأساسية المقدمة (الحوسبة، التخزين، اللاسلكي، الاستشعار).

3. الرؤى الرئيسية والترابطات

يكشف التصنيف عن ترابطات حرجة. على سبيل المثال:

• قد يختار DePIN يركز على بيانات أجهزة الاستشعار عالية التردد (البعد المادي) بلوك تشين ذو إنتاجية عالية ورسوم منخفضة (بعد DLT) ونموذج رمز مميز قائم على المدفوعات الصغيرة (بعد الاقتصاد المشفر).
• يتطلب DePIN يركز على التخزين براهين قوية على توافر البيانات (الاقتصاد المشفر) والتي تؤثر على تصميم الإجماع والعقود الذكية (DLT).
• يؤثر اختيار آلية الإجماع (مثل PoS) بشكل مباشر على متطلبات رهن الرمز المميز ونموذج الأمان لطبقة الاقتصاد المشفر.

يجب أن يتوافق نموذج الحوكمة (DLT) مع هيكل الحوافز (الاقتصاد المشفر) لضمان قدرة الشبكة على التطور دون سيطرة مركزية.

4. الإطار الفني والنماذج الرياضية

يعتمد تصميم الاقتصاد المشفر غالباً على نماذج رسمية لضمان الاستقرار ومحاذاة الحوافز. المفهوم الأساسي هو دالة المساهمة القابلة للتحقق.

نموذج تخصيص المكافآت: يمكن نمذجة المكافأة $R_i$ للعقدة $i$ في الوقت $t$ كدالة لمساهمتها القابلة للتحقق $C_i(t)$، والمساهمة الإجمالية للشبكة $C_{total}(t)$، ومعدل انبعاث الرمز المميز $E(t)$.

$R_i(t) = \frac{C_i(t)}{C_{total}(t)} \cdot E(t) \cdot (1 - \delta)$

حيث يمثل $\delta$ رسوم البروتوكول أو معدل الحرق. يجب أن تكون المساهمة $C_i(t)$ قابلة للقياس ومقاومة للتزوير، وغالباً ما تتطلب براهين تشفيرية مثل إثبات الزمكان (للتخزين) أو إثبات الموقع.

الأمان ومقاومة الهويات الوهمية: تدمج العديد من النماذج متطلب رهن $S_i$ يؤثر على أهلية المكافأة أو حجمها، مما يخلق تكلفة للسلوك الخبيث: $R_i \propto f(C_i, S_i)$. يتوافق هذا مع مبادئ تصميم الآلية لضمان توازنات ناش التي تفيد المشاركة الصادقة.

5. الإطار التحليلي: تطبيق دراسة حالة

الحالة: تحليل شبكة لاسلكية لامركزية (مثل شبكة هيليوم)

1. شبكة البنية التحتية المادية:
   • هندسة الأجهزة: نقاط اتصال LoRaWAN أو 5G.
   • نوع الخدمة: تغطية لاسلكية.
   • الشبكة: الند للند لإثبات التغطية، العميل-الخادم لتوجيه البيانات.
2. تقنية دفتر الأستاذ الموزع:
   • الإجماع: إثبات التغطية (إجماع متخصص للتحقق من الموقع).
   • العقود الذكية: لإدارة انضمام الأجهزة، اتفاقيات نقل البيانات.
3. تصميم الاقتصاد المشفر:
   • فائدة الرمز المميز: رمز HNT للمكافآت، الدفع مقابل عمليات نقل البيانات، الحوكمة.
   • نموذج الحوافز: توزيع المكافآت بناءً على تغطية الراديو القابلة للتحقق المقدمة (إثبات التغطية).
   • الانبعاث: جدول تنصيف ثابت.

التحليل: يسمح لنا هذا الإطار بنقد النظام. الارتباط الوثيق لإجماع متخصص (إثبات التغطية) مع الخدمة المادية هو نقطة قوة من أجل الثقة ولكنه قد يحد من المرونة. يعرض اعتماد نموذج الاقتصاد المشفر على قيمة الرمز المميز للأمان مخاطر التقلب، وهو عيب شائع في العديد من مشاريع DePIN.

6. آفاق التطبيق والاتجاهات المستقبلية

التطبيقات قصيرة المدى: التوسع في شبكات الطاقة (تداول الطاقة اللامركزي)، وشبكات الاستشعار البيئي (بيانات التلوث العالمية في الوقت الفعلي)، وشبكات توصيل المحتوى الموزعة اللامركزية (CDNs).

اتجاهات البحث والتطوير المستقبلية:

• القدرة على التكوين المشترك عبر DePINs: واجهات موحدة تسمح لشبكات DePINs المختلفة (مثل التخزين والحوسبة) بالتفاعل بسلاسة، على غرار "ليغو للبنية التحتية المادية".
• نماذج اقتصادية مشفرة متقدمة: دمج مفاهيم من تصميم الآلية المدعوم بالذكاء الاصطناعي لخلق أنظمة حوافز أكثر تكيفاً وقوة يمكنها الاستجابة لظروف السوق ومتجهات الهجوم.
• تكامل التقنية التنظيمية: تطوير وحدات الامتثال والإبلاغ التنظيمي على السلسلة لتسهيل الاعتماد في القطاعات المنظمة بشدة مثل الطاقة والاتصالات.
• معايير أمان الأجهزة: وضع معايير قوية لبيئات التنفيذ الموثوقة (TEEs) والعناصر الآمنة في أجهزة DePIN لمنع العبث المادي.

7. المراجع

1. Ballandies, M. C., et al. "A Taxonomy for Blockchain-based Decentralized Physical Infrastructure Networks (DePIN)." arXiv preprint arXiv:2309.16707 (2023).
2. Nakamoto, S. "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System." (2008).
3. Buterin, V. "Ethereum White Paper: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform." (2014).
4. Benet, J. "IPFS - Content Addressed, Versioned, P2P File System." arXiv preprint arXiv:1407.3561 (2014).
5. Roughgarden, T. "Transaction Fee Mechanism Design for the Ethereum Blockchain: An Economic Analysis of EIP-1559." arXiv preprint arXiv:2012.00854 (2020).
6. World Economic Forum. "Blockchain and Distributed Ledger Technology in Infrastructure." White Paper (2022).

8. التحليل الخبير: الفكرة الأساسية، التسلسل المنطقي، نقاط القوة والضعف، رؤى قابلة للتطبيق

الفكرة الأساسية: هذه الورقة ليست مجرد تمرين أكاديمي؛ إنها رسم خرائط تشتد الحاجة إليه لحدود كانت تتوسع بشكل فوضوي. يحدد المؤلفون بشكل صحيح أن التحدي الوجودي لـ DePIN ليس التكنولوجيا - بل هو التنسيق. بدون لغة مشتركة لوصف هذه الأنظمة المعقدة ذات الطبقات الثلاث (المادية/DLT/الاقتصاد المشفر)، فإن القطاع معرض لخطر الغرق في ضجته الإعلامية الخاصة، مع مليارات من رأس المال تتبع مشاريع ذات تصميم ضعيف وغير مستقرة في الأساس. هذا التصنيف هو أول محاولة جادة لفرض النظام الفكري، مما يجعل من الممكن مقارنة، على سبيل المثال، نموذج تخزين Filecoin مع نموذج هيليوم اللاسلكي على أساس متكافئ. إنه يحول النقاش من "ما الرمز المميز الذي يرتفع؟" إلى "ما هو تصميم النظام الأساسي ومقايضاته؟"

التسلسل المنطقي: الحجة مُنشأة بأناقة. تبدأ بتشخيص المشكلة: إعادة مركزية المنصات الرقمية ومشهد DePIN المجزأ. الحل هو إطار عمل وصفي (تصنيف) مُستمد من مثالية تقييدية (بنية مفاهيمية). تم اختيار الأبعاد الثلاثة ببراعة - فهي شاملة ومتعامدة بما يكفي لتكون مفيدة تحليلياً. ثم تستكشف الورقة منطقياً التبعيات بين هذه الأبعاد، وهو المكان الذي تظهر فيه قيمتها الحقيقية. تظهر أن اختيار إثبات الحصة (DLT) ليس مجرد قرار تقني؛ فهو يشكل بشكل أساسي اقتصاديات الرمز المميز وعائق الدخول لمشغلي الأجهزة.

نقاط القوة والضعف:
نقاط القوة: الإطار الثلاثي قوي ومن المرجح أن يصبح مرجعاً قياسياً. تسليط الضوء على الترابطات أمر بالغ الأهمية - معظم التحليلات تعامل هذه الطبقات بمعزل عن بعضها. يربط الارتباط بالأمثلة الواقعية (مثل خرائط جوجل) العمل بالواقع.
نقاط الضعف: الورقة هي تصنيف، وليست نظرية كاملة. تصف "ماذا"، ولكنها تقدم أقل عن "إذن ماذا" لخيارات التصميم المحددة. على سبيل المثال، ما هي المقايضات القابلة للقياس بين متطلب رهن مرتفع (الأمان) ونمو الشبكة (إمكانية الوصول)؟ كما أنها تقلل من شأن التحديات التشغيلية الهائلة لإدارة الأجهزة المادية على نطاق واسع مع حوكمة لامركزية - وهي مشكلة أثرت على مشاريع مثل هيليوم. نماذج الاقتصاد المشفر التي تمت مناقشتها مبسطة مقارنة بأسواق الرموز المميزة المتقلبة والانعكاسية التي توجد فيها، وهي فجوة سلطت عليها الأضواء فشل الاقتصاد المشفر الأخير.

رؤى قابلة للتطبيق:

• للمستثمرين: استخدم هذا التصنيف كقائمة مراجعة للعناية الواجبة. افحص أي مشروع DePIN من خلال هذه العدسات الثلاث. إذا لم يتمكن فريق من توضيح خياراته ومقايضاته بوضوح داخل كل بُعد، فهذا علامة خطر. انتبه بشكل خاص إلى المحاذاة بين الأبعاد - عدم المحاذاة هو مقدمة للانهيار.
• للبنائين: لا تبنِ فقط؛ صمم بوعي باستخدام هذا الإطار. وثق خياراتك المعمارية صراحةً داخل هذا التصنيف. سيحسن هذا التواصل، ويجذب رأس المال المتطور، ويسهل التشغيل البيني. أعط الأولوية لحل مشكلة المساهمة القابلة للتحقق لخدمتك المادية - فهذا هو المحور الأساسي للثقة.
• للباحثين: هذا هو خط البداية، وليس خط النهاية. الخطوة التالية العاجلة هي الانتقال من التصنيف إلى المحاكاة والتحقق. نحتاج إلى نماذج قائمة على الوكلاء لاختبار الضغط على الترابطات المحددة هنا، خاصة في ظل الظروف المعادية وضغوط السوق. يجب أن يركز البحث على خلق بدائيات اقتصادية مشفرة أكثر مرونة تعتمد بشكل أقل على التقدير الدائم للرمز المميز.