Uainishaji wa Mtandao wa Miundombinu ya Kimwili Iliyotawanyika kwa Msingi wa Blockchain (DePIN)

1. Utangulizi na Muhtasari

Mitandao ya Miundombinu ya Kimwili Iliyotawanyika (DePIN) inawakilisha mabadiliko makubwa katika jinsi miundombinu ya kimwili—kama vile mitandao isiyo na waya, uhifadhi wa data, na gridi za sensor—inavyomilikiwa, kusimamiwa, na kuchochewa. Kukiuka miundo iliyojikita ya tasnia za jadi (k.m., mawasiliano, ramani zinazotawaliwa na Google Maps), DePIN hutumia teknolojia ya blockchain kusambaza udhibiti, umiliki, na uamuzi miongoni mwa mtandao wa washiriki.

Ahadi kuu ya DePIN iko katika uwezo wake wa kuimarisha ustahimilivu (kwa kuondoa sehemu moja ya kushindwa), kukuza imani (kupitia data wazi, isiyoweza kubadilishwa), na kuboresha upatikanaji (kupitia ushiriki usio na ruhusa). Hata hivyo, ujio wa haraka wa miradi zaidi ya 50 tofauti za DePIN umesababisha mazingira yaliyogawanyika yasiyo na mfumo wa kawaida wa kulinganisha na kuchambua. Kazi hii inashughulikia pengo hilo kwa kupendekeza uainishaji wa kwanza kamili wa mifumo ya DePIN, unaotokana na usanifu wa dhana.

2. Usanifu wa Dhana ya DePIN

Uainishaji unaopendekezwa umejengwa juu ya usanifu wa dhana wa pande tatu unaokamata kiini cha mfumo wowote wa DePIN. Vipimo hivi vitatu vimeunganishwa kwa undani, ambapo chaguo la muundo katika kipimo kimoja hizuia au kuwezesha uwezekano katika vingine.

2.1 Kipimo cha Teknolojia ya Daftari Iliyotawanyika (DLT)

Kipimo hiki kinabeba safu ya msingi ya blockchain. Vipengele muhimu ni pamoja na:

• Utaratibu wa Makubaliano: Itifaki ya kufikia makubaliano juu ya hali ya daftari (k.m., Uthibitisho wa Kazi, Uthibitisho wa Hisa, Uthibitisho wa Hisa Uliyowakilishwa).
• Muundo wa Data na Uhifadhi: Jinsi data kutoka kwa vifaa vya kimwili inavyopangwa, kuhifadhiwa kwenye mnyororo dhidi ya nje ya mnyororo, na kufanywa ipatikane.
• Uwezo wa Mkataba wa Akili: Uwepo na uelewa wa mikataba ya akili kwa ajili ya kufanya operesheni kiotomatiki na kutekeleza sheria.
• Muundo wa Utawala: Mchakato wa kwenye mnyororo na nje ya mnyororo wa kufanya maamuzi kuhusu usasishaji wa itifaki na mabadiliko ya vigezo.

2.2 Kipimo cha Muundo wa Uchumi wa Kriptografia

Kipimo hiki kinafafanua injini ya motisha ya DePIN. Kinajibu jinsi washiriki wanavyoletwa na kukatwa.

• Utumiaji wa Ishara na Mitambo: Jukumu la ishara ya asili (k.m., kwa malipo, kukaa, utawala).
• Muundo wa Usambazaji wa Motisha: Algoriti za kugawa zawadi kwa waendeshaji wa vifaa, wathibitishaji, na wachangiaji wengine wa mtandao. Hii mara nyingi inahusisha utaratibu wa uthibitishaji wa kazi kuthibitisha mchango muhimu.
• Ratiba ya Kutolewa kwa Ishara: Upungufu wa usambazaji uliopangwa au ongezeko la bei kwa muda.
• Upinzani wa Sybil na Mshikamano: Miundo ya kiuchumi ya kuzuia mchezo wa mfumo.

2.3 Kipimo cha Mtandao wa Miundombinu ya Kimwili

Kipimo hiki kinashughulikia vifaa vya ulimwengu halisi na uratibu wake.

• Usanifu wa Vifaa: Aina ya vifaa vya kimwili vinavyohusika (sensor, seva za uhifadhi, vichungi vya waya).
• Itifaki ya Mtandao: Jinsi vifaa vinavyowasiliana na kila mmoja na na safu ya blockchain (k.m., mtandao wa kwa kwa, mteja-seva).
• Usambazaji wa Kijiografia na Uwezo wa Kupanuka: Muundo wa utumizi wa kimwili na uwezo wake wa kupanuka.
• Aina ya Huduma: Faida kuu inayotolewa (Hesabu, Uhifadhi, Waya, Kugundua).

3. Uelewa Muhimu na Utegemezi

Uainishaji unaonyesha utegemezi muhimu. Kwa mfano:

• DePIN inayolenga data ya sensor ya mzunguko wa juu (Kipimo cha Kimwili) inaweza kuchagua blockchain yenye uwezo wa juu na ada ndogo (Kipimo cha DLT) na muundo wa ishara unaotegemea malipo madogo (Kipimo cha Uchumi wa Kriptografia).
• DePIN inayolenga uhifadhi inahitaji uthibitisho thabiti wa upatikanaji wa data (Uchumi wa Kriptografia) ambayo huathiri makubaliano na muundo wa mkataba wa akili (DLT).
• Uchaguzi wa utaratibu wa makubaliano (k.m., PoS) huathiri moja kwa moja mahitaji ya kukaa kwa ishara na muundo wa usalama wa safu ya uchumi wa kriptografia.

Muundo wa utawala (DLT) lazima uendane na muundo wa motisha (Uchumi wa Kriptografia) ili kuhakikisha mtandao unaweza kukua bila udhibiti uliokusanywa.

4. Mfumo wa Kiufundi na Mifano ya Hisabati

Muundo wa uchumi wa kriptografia mara nyingi hutegemea mifano rasmi ili kuhakikisha utulivu na usawa wa motisha. Dhana kuu ni kazi ya mchango unaothibitika.

Muundo wa Ugawaji wa Zawadi: Zawadi $R_i$ kwa nodi $i$ kwa wakati $t$ inaweza kuonyeshwa kama kazi ya mchango wake unaothibitika $C_i(t)$, jumla ya mchango wa mtandao $C_{total}(t)$, na kiwango cha kutolewa kwa ishara $E(t)$.

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

Ambapo $\delta$ inawakilisha ada ya itifaki au kiwango cha kuchoma. Mchango $C_i(t)$ lazima upimike na usiwe na uwezo wa kubadilishwa, mara nyingi ukihitaji uthibitisho wa kriptografia kama Uthibitisho wa Nafasi-Muda (kwa uhifadhi) au Uthibitisho wa Mahali.

Usalama na Upinzani wa Sybil: Mifano mingi inajumuisha hitaji la kukaa $S_i$ ambalo huathiri ustahiki wa zawadi au ukubwa, na hivyo kuunda gharama ya tabia mbaya: $R_i \propto f(C_i, S_i)$. Hii inaendana na kanuni za muundo wa utaratibu ili kuhakikisha usawa wa Nash unaofaa ushiriki wa uaminifu.

5. Mfumo wa Uchambuzi: Utumizi wa Kesi ya Utafiti

Kesi: Kuchambua Mtandao wa Waya Ulio Tawanyika (k.m., Mtandao wa Helium)

1. Mtandao wa Miundombinu ya Kimwili:
   • Usanifu wa Vifaa: Vituo vya joto vya LoRaWAN au 5G.
   • Aina ya Huduma: Chanjo ya Waya.
   • Mtandao: Mtandao wa kwa kwa kwa uthibitisho wa chanjo, mteja-seva kwa ajili ya uelekezaji wa data.
2. Teknolojia ya Daftari Iliyotawanyika:
   • Makubaliano: Uthibitisho wa Chanjo (makubaliano maalum ya kuthibitisha mahali).
   • Mikataba ya Akili: Kwa ajili ya kusimamia kuingizwa kwa vifaa, makubaliano ya uhamishaji wa data.
3. Muundo wa Uchumi wa Kriptografia:
   • Utumiaji wa Ishara: Ishara ya HNT kwa zawadi, malipo ya uhamishaji wa data, utawala.
   • Muundo wa Motisha: Zawadi zinazosambazwa kulingana na chanjo ya redio inayothibitika iliyotolewa (Uthibitisho wa Chanjo).
   • Kutolewa: Ratiba maalum ya kupunguza nusu.

Uchambuzi: Mfumo huu unaturuhusu kukosoa mfumo. Uunganisho mkali wa makubaliano maalum (Uthibitisho wa Chanjo) na huduma ya kimwili ni nguvu kwa imani lakini inaweza kudhibiti urahisi. Utumiaji wa muundo wa uchumi wa kriptografia kwa thamani ya ishara kwa usalama unaonyesha hatari za kutofautiana, kasoro ya kawaida katika DePIN nyingi.

6. Mtazamo wa Matumizi na Mwelekeo wa Baadaye

Matumizi ya Karibu: Kupanua kwenye gridi za nishati (biashara ya nishati iliyotawanyika), mitandao ya kugundua mazingira (data ya uchafuzi wa mazingira ya ulimwengu, halisi), na CDN zilizotawanyika kwa ajili ya utoaji wa maudhui.

Mwelekeo wa Utafiti na Maendeleo ya Baadaye:

• Uwezo wa Kuchanganya DePIN: Viingilio vilivyosanifishwa vinavyoruhusu DePIN tofauti (k.m., uhifadhi na hesabu) kufanya kazi kwa ushirikiano, sawa na "Legos kwa miundombinu ya kimwili."
• Mifano ya Juu ya Uchumi wa Kriptografia: Kujumuisha dhana kutoka kwa muundo wa utaratibu unaoendeshwa na AI ili kuunda mifumo ya motisha inayoweza kukabiliana na hali ya soko na njia za mashambulizi.
• Ujumuishaji wa Teknolojia ya Udhibiti: Kukuza moduli za kufuata sheria na kuripoti kwenye mnyororo ili kuwezesha kupitishwa katika sekta zilizodhibitiwa sana kama nishati na mawasiliano.
• Viwango vya Usalama wa Vifaa: Kuanzisha viwango thabiti vya Mazingira ya Utendaji ya Kuaminika (TEEs) na vipengele vya usalama katika vifaa vya DePIN ili kuzuia kuharibika kwa kimwili.

7. Marejeo

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. Uchambuzi wa Mtaalamu: Uelewa Msingi, Mtiririko wa Mantiki, Nguvu na Kasoro, Uelewa Unaoweza Kutekelezwa

Uelewa Msingi: Karatasi hii sio mazoezi ya kitaaluma tu; ni ramani inayohitajika sana kwa mpaka ambao umekuwa ukikua kwa fujo. Waandishi wametambua kwa usahihi kwamba changamoto ya kuwepo kwa DePIN sio teknolojia—ni uratibu. Bila lugha ya kawaida ya kuelezea mifumo hii ngumu, yenye safu tatu (Kimwili/DLT/Uchumi wa Kriptografia), sekta ina hatari ya kuzama katika mafanikio yake mwenyewe, na mabilioni ya mtaji yakifuata miradi iliyosanifishwa vibaya ambayo kimsingi haina utulivu. Uainishaji huu ni jaribio la kwanza la kuweka utaratibu wa kiakili, na hivyo kuwezesha kulinganisha, kwa mfano, muundo wa uhifadhi wa Filecoin na muundo wa waya wa Helium kwa msingi sawa. Inabadilisha mazungumzo kutoka "ishara gani inapanda?" hadi "muundo wa msingi wa mfumo na mabadiliko yake ni nini?"

Mtiririko wa Mantiki: Hoja imejengwa kwa ustadi. Inaanza kwa kutambua tatizo: kujikita tena kwa majukwaa ya dijiti na mazingira ya DePIN yaliyogawanyika. Suluhisho ni mfumo wa maelezo (uainishaji) unaotokana na wazo bora la kuelekeza (usanifu wa dhana). Vipimo vitatu vimechaguliwa kwa uhodari—ni kamili na vya kawaida vya kutosha kuwa na manufaa ya uchambuzi. Karatasi kisha inachunguza mantiki utegemezi kati ya vipimo hivi, ambapo thamani yake halisi inaonekana. Inaonyesha kwamba kuchagua Uthibitisho wa Hisa (DLT) sio tu uamuzi wa kiufundi; inaunda kimsingi uchumi wa ishara na kikwazo cha kuingia kwa waendeshaji wa vifaa.

Nguvu na Kasoro:
Nguvu: Mfumo wa pande tatu ni thabiti na kwa uwezekano utakuwa marejeleo ya kawaida. Kuangazia utegemezi ni muhimu—uchambuzi mwingi unashughulikia safu hizi kwa kutengwa. Uhusiano na mifano ya ulimwengu halisi (kama Google Maps) unaimarisha kazi.
Kasoro: Karatasi ni uainishaji, sio nadharia kamili. Inaelezea "nini," lakini inatoa kidogo kuhusu "kwa hivyo nini" ya chaguo maalum la muundo. Kwa mfano, ni mabadiliko gani yanayoweza kupimika kati ya hitaji la kukaa la juu (usalama) na ukuaji wa mtandao (upatikanaji)? Pia inapunguza changamoto kubwa za utendaji za kusimamia vifaa vya kimwili kwa kiwango kikubwa na utawala uliotawanyika—tatizo ambalo limewatesa miradi kama Helium. Mifano ya uchumi wa kriptografia inayojadiliwa ni rahisi ikilinganishwa na soko la ishara lenye kutofautiana, lenye kutafakari ambalo lipo ndani yake, pengo lililoangaziwa na kushindwa kwa hivi karibuni kwa uchumi wa kriptografia.

Uelewa Unaoweza Kutekelezwa:

• Kwa Wawekezaji: Tumia uainishaji huu kama orodha ya ukaguzi wa makini. Chunguza mradi wowote wa DePIN kupitia lenzi hizi tatu. Ikiwa timu haiwezi kuelezea wazi chaguo zake na mabadiliko ndani ya kila kipimo, ni alama nyekundu. Makini hasa kwa usawa kati ya vipimo—kutokuwepo kwa usawa ni dalili ya kushindwa.
• Kwa Waundaji: Usijenge tu; unda kwa ufahamu kwa kutumia mfumo huu. Andika chaguo zako za usanifu wazi ndani ya uainishaji huu. Hii itaboresha mawasiliano, kuvutia mtaji wenye ujuzi, na kuwezesha ushirikiano. Kipaumbele kutatua tatizo la mchango unaothibitika kwa huduma yako ya kimwili—hii ndio kiini cha imani.
• Kwa Watafiti: Hii ni mwanzo, sio mwisho. Hatua inayofuata ya haraka ni kuhamia kutoka uainishaji hadi simulisho na uthibitisho. Tunahitaji mifano ya msingi ya wakala ili kujaribu utegemezi uliotambuliwa hapa, hasa chini ya hali ya upinzani na msongo wa soko. Utafiti unapaswa kulenga kuunda vitu vya msingi vya uchumi wa kriptografia vilivyo na ustahimilivu zaidi ambavyo havitegemei kuongezeka kwa thamani ya ishara kila wakati.