基於憑證與零知識證明的去中心化實體基礎設施網路設備註冊機制

2.1 DePIN 的信任鴻溝

DePIN 依賴鏈下設備數據來觸發鏈上代幣獎勵。這造成了一個可驗證性的鴻溝。區塊鏈無法自主驗證一個回報「50 Mbps 頻寬」的設備是否真的擁有該頻寬，或者感測器是否經過校準並放置在聲稱的位置。目前的狀態通常涉及對預言機或設備擁有者的盲目信任，這成為一個中心化的故障點。

2.2 鏈上與鏈下驗證的兩難

先前的解決方案呈現出一種權衡：

• 鏈上驗證： 直接在鏈上儲存和檢查設備憑證是透明的，但會洩露潛在的商業機密或個人數據。
• 鏈下驗證： 將驗證邏輯保持在鏈下可以保護隱私，但卻重新引入了 DePIN 旨在消除的中心化與信任假設。

本文將此確定為核心問題：如何在保持憑證屬性機密性的同時，對設備憑證進行無信任、去中心化的驗證？

3.1 系統模型與架構

CDR 框架引入了一個涉及四個關鍵角色的邏輯流程：

1. 發行者： 一個受信任的實體，負責發行證明設備屬性的可驗證憑證。
2. 設備/證明者： 持有 VC 的實體設備，必須在註冊期間證明憑證的有效性。
3. 智能合約/驗證者： 定義註冊策略並驗證 ZK 證明的鏈上邏輯。
4. DePIN 網路： 在成功註冊後接納設備的更廣泛應用。

3.2 零知識證明的作用

零知識證明是解決此兩難的密碼學引擎。設備可以生成一個證明 $\pi$，使智能合約確信以下陳述：「我擁有一個來自發行者 X 的有效憑證，且該憑證內的屬性滿足策略 Y，而無需揭露實際的憑證或特定的屬性值。」 這使得策略執行能夠在完美的隱私保護下進行。

4.1 證明系統選擇：Groth16 與 Marlin

本文評估了兩種主流的 zkSNARK 系統：

• Groth16： 一種基於配對的高效能證明系統，以其證明體積小和驗證速度快而聞名。然而，它需要為每個電路進行可信設定。
• Marlin： 一種較新的通用且可更新的 SNARK。它使用通用的結構化參考字串，允許為許多不同的電路進行單次可信設定，提供了更大的靈活性。

4.2 實驗結果與效能權衡

實驗揭示了一個關鍵的工程權衡，如下方概念圖所示：

6.1 數學公式化

CDR 的核心 ZK 陳述可以形式化。令：

• $C$ 為設備的憑證，一個來自發行者 $I$ 的簽章資料結構：$C = \{attr_1, attr_2, ..., sig_I\}$。
• $\Phi$ 為發行者 $I$ 的公開驗證金鑰。
• $\mathcal{P}$ 為公開的註冊策略。
• $w = (C, private\_attrs)$ 為證明者的私有見證。

設備為關係 $R$ 生成一個 zkSNARK 證明 $\pi$：

$R = \{ (\Phi, \mathcal{P}; w) : \text{VerifySig}(\Phi, C) = 1 \ \wedge \ \text{CheckPolicy}(\mathcal{P}, C) = 1 \}$

智能合約僅知道 $\Phi$ 和 $\mathcal{P}$，可以驗證 $\pi$ 以確信陳述為真，而無需了解 $w$。

6.2 分析框架：一個假設的 DePIN 使用案例

情境： 一個去中心化無線網路要求熱點提供者證明其設備具有最低天線增益，且未位於地理上飽和的區域，才能獲得全額獎勵。

CDR 應用：

1. 發行： 經核准的天線製造商向設備的安全元件發行一個 VC，簽署如 `model: ABC-123`、`gain: 5dBi`、`serial: XYZ789` 等屬性。
2. 註冊證明： 設備軟體構建一個 ZK 證明，證明：「我的 VC 由製造商 M 有效簽署，且 `gain` 屬性 > 3dBi，且 `serial` 號碼不在公開的撤銷清單上，而無需揭露確切的序號或增益。」 可以結合一個單獨的位置證明。
3. 鏈上策略： 網路的智能合約持有策略 $\mathcal{P}_{5G} = (gain > 3, location\_cell \not\_saturated)$。它驗證單一、緊湊的證明 $\pi$。
4. 結果： 設備以「已驗證」狀態註冊，有資格獲得更高的獎勵等級，同時其精確的硬體規格和序號僅在擁有者和製造商之間保持機密。