a16z：為何說DePIN至關重要？

訪客 9個月前 (03-27) 閱讀數 173 #區塊鏈

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作者：Guy Wuollet，a16z Crypto合伙人；翻譯：喜來順財經xiaozou

現有電信、能源、供水與交通等物理基礎設施網絡往往是自然壟斷市場——由單一企業提供服務的成本遠低于競爭環境下的成本。在多數發達國家，這些網絡受制于復雜的政府監管與規制約束，導致創新動力匱乏，更遑論糟糕的客戶體驗、落后的用戶界面、平庸的服務質量和遲緩的響應速度。這些網絡效率低下且維護不善的狀況絕非巧合，加州山火導致PG&E破產的事件，或是傳統電信公司的保護性法規都是明證。在發展中國家，情況則更為嚴峻：這些基礎服務要么缺失，要么價格高昂且供應稀缺。

我們可以做得更好。物理基礎設施網絡的去中心化，為我們提供了跨越式發展的機遇，能夠繞過僵化的傳統壟斷體系，建立更健壯、更易投資、更透明的網絡。DePIN協議本質是由用戶擁有和運營的服務體系，允許任何人參與維系日常生活中的關鍵基礎設施建設。它有望成為強大的民主化力量，推動社會向更高效、更開放的方向發展。

本文將闡述DePIN的定義和價值，并分享評估DePIN協議的框架體系，重點探討建設DePIN協議時需要關注的核心問題——驗證機制。

1、DePIN是什么？

去中心化物理基礎設施網絡（DePIN）指運用密碼學與機制設計，確保客戶能從服務提供商群體中獲取物理服務的充分去中心化網絡，可打破自然壟斷格局，釋放競爭紅利（后文將詳細展開）。客戶通常是終端用戶，也可能是代表用戶的應用；提供商多為中小企業，也可能涵蓋零工勞動者乃至行業巨頭。此處的"去中心化"強調權力與控制權的分散，而非僅指物理分布或數據結構的去中心化。

設計得當的DePIN協議能激勵用戶與中小企業參與物理基礎設施網絡，在貢獻透明度的同時共同參與網絡治理。正如互聯網由用戶生成內容主導，DePIN讓用戶生成服務主導物理世界成為可能。更重要的是，正如區塊鏈正在打破科技巨頭的"吸引-榨取"壟斷循環，DePIN協議有望瓦解現實世界的公用事業壟斷。

2、DePIN實踐案例：電網系統

以能源領域為例。美國電網體系正自發走向去中心化，這種趨勢甚至早于加密技術的介入。輸電瓶頸與新發電設施并網延遲，催生了分布式發電的商業模式。家庭與企業通過安裝太陽能板實現電網邊緣發電，或配置儲能電池調節供電。這意味著他們不僅從電網購電，還能反向售電。

隨著分布式發電與儲能的普及，大量電網連接設備已不再由公用事業公司掌控。這些用戶自有設備本可通過關鍵時段的充放電優化電網運行，但為何未能實現？現有公用事業體系缺乏有效手段獲取用戶設備狀態數據，或購買其控制權。能源行業協議Daylight提出解決了方案：構建去中心化網絡，使用戶能出售設備狀態數據，能源公司可付費獲得臨時控制權——簡言之，Daylight正在建設去中心化虛擬電廠。

相比中心化壟斷模式，這種模式有望打造更可靠高效的電網體系，實現用戶自有發電、數據質量提升及信任假設簡化。這正是DePIN的承諾。

3、DePIN構建指南

DePIN協議具有革新日常物理基礎設施的巨大潛力，但實現這一愿景需攻克三大挑戰：

· 判斷具體場景是否真正需要去中心化

· 市場化策略制定

· 驗證機制設計（最嚴峻的挑戰）

本文有意避開特定物理基礎設施領域的技術難題——并非因其不重要，而是因其具有高度專業性。我們將聚焦去中心化網絡的抽象構建原則，為跨行業的DePIN項目提供普適建議。

（1）為什么選擇DePIN？

構建DePIN協議的兩大常見動因是降低硬件部署資本支出（capex）和整合碎片化產能。此外，DePIN能基于物理基礎設施建立中立開發者平臺，通過開放API（如能源數據接口）或中立共享市場等實現無許可創新。通過去中心化，DePIN協議實現抗審查性、消除平臺風險、激活無許可創新——這種可組合性與無許可創新正是以太坊和Solana成功的關鍵。傳統物理基礎設施網絡建設依賴中心化企業且成本高昂，而DePIN通過所有權分散實現了成本與控制權的分布式配置。

資本支出（capex）優勢

許多DePIN協議鼓勵用戶通過購買硬件參與網絡運營，這種方式避免了中心化企業承擔巨額資本支出。資本支出正是多數基礎設施被視為自然壟斷的主因之一，較低資本支出賦予DePIN結構性優勢。

以電信業為例：新網絡標準的推廣常因配套硬件部署的高額capex受阻。有分析預測，美國5G網絡部署需2750億美元私人投資。

相比之下，DePIN項目Helium在沒有單一主體大額前期投入的情況下，建成了全球最大的遠距離低功耗（LoRaWAN）網絡。LoRaWAN是一個非常適合物聯網（IoT）用例的標準。Helium與硬件制造商合作推出LoRaWAN路由器，用戶直接從廠商采購設備成為網絡運營者，為付費客戶提供數據傳輸服務。Helium目前正擴展5G蜂窩網絡覆蓋。

若采用傳統模式部署同等規模的物聯網網絡，不僅需要巨額前期投入，還需承擔用戶基礎不足的風險。而作為DePIN協議，Helium成功驗證了市場供給側，優化了成本結構。

產能聚合效應

某些物理資源存在大量閑置產能，但傳統企業難以有效整合。以硬盤閑置空間為例：單個硬盤的閑置空間對AWS等云存儲商微不足道，但通過Filecoin等DePIN協議聚合后，這些碎片空間就能形成云存儲服務。DePIN協議利用區塊鏈技術協調普通個體，使其得以為大型網絡貢獻力量。

無許可創新

DePIN協議最關鍵的特色是支持無許可創新——任何人都能在協議層進行建設，這與地方電力公司電網形成鮮明對比。相比降低capex或聚合產能，這一特性的價值常被低估。

無許可創新使物理基礎設施能以軟件迭代的速度進化。人們常贊嘆"比特世界"的創新速度，卻感慨"原子世界"的創新遲滯。對建設者和投資者而言，DePIN提供了彌合這兩界差距的最佳路徑。當全球任何聯網者都能提議新的物理系統組織方式時，智慧與創造力將催生超越現有水平的解決方案。

可組合性

無許可創新能加速"原子"進化速度的根源在于可組合性。它允許建設者專注開發最佳單點解決方案，并實現輕松集成。DeFi領域的"貨幣樂高"已展現這種力量，DePIN的"基礎設施樂高"將產生同等影響。

（2）市場化：機遇與挑戰

構建DePIN協議比開發區塊鏈更復雜，因為它需要同時解決去中心化協議和傳統商業的雙重挑戰。比特幣和以太坊最初都獨立于傳統金融與云計算體系，而大多數DePIN協議不得不直面物理世界的既有問題。

多數DePIN領域從啟動之初就需與中心化系統交互（如公用事業、有線電視、網約車和ISP）。這些現有網絡往往享有規制制約和強網絡效應保護，新進入者難以展開競爭。正如去中心化網絡是互聯網壟斷的天然解藥，DePIN網絡可成為物理基礎設施壟斷的克星。

DePIN建設者需先找準價值切入點，再逐步擴張至挑戰整個物理網絡。找準這個"楔子"對未來成功至關重要。同時需明確網絡與現有替代方案的接口方式——傳統企業通常對運行全節點、自主托管或鏈上交易存在技術障礙，且普遍缺乏加密認知。

有效策略是：先證明協議價值（暫不提及加密底層），待合作方認可價值后再引入加密概念。簡言之，建設者應根據受眾特點轉化協議價值主張，構建情感共鳴的敘事框架。

從戰術層面來看，與現有網絡的接口通常需要早期中介服務和精細的實體結構設計，這些都與目標領域高度相關。

企業級銷售是另一大挑戰。這類銷售通常需要定制化、高接觸度的服務流程，客戶要求明確的責任主體。而DePIN網絡沒有單一代表主體，傳統銷售模式難以適用。解決方案是引入中心化企業作為初期分銷伙伴。舉個例子，一個中心化的手機公司直接向普通消費者銷售并收取美元，同時使用一個去中心化電信網絡來實際提供服務。這抽象了加密錢包和自托管錢包的復雜性，并隱藏了產品的“加密”特性。

（3）DePIN的最大難題：驗證機制

驗證是構建DePIN協議最困難的環節，也是確保客戶獲得付費服務、提供商獲得正確報酬的唯一可靠方式。

池對池模式vs點對點模式

多數DePIN項目采用"客戶-資金池-服務池"模式：客戶向網絡發起請求，網絡分配服務商響應。這意味著客戶向網絡付費，網絡再向服務商結算。

替代方案是點對點模式：客戶直接向服務商請求服務。這要求客戶能發現可用服務商并自主選擇，支付也直接完成。

池對池模式對驗證的要求更高。在點對點模式下，雖然存在欺詐可能，但由于直接支付，任何一方發現欺詐都可終止交易，無需向網絡證明。而在池對池模式中，網絡需要仲裁機制解決糾紛——服務商通常承諾服從網絡分配作為準入條件，因此預防或解決爭議只能依賴去中心化驗證。

DePIN項目選擇池對池設計有兩大原因：其一便于通過原生代幣發放補貼；其二能優化用戶體驗，減少鏈下基礎設施依賴（如Uniswap與0x的區別）。

代幣能解決網絡冷啟動問題。為建立網絡效應（Web2與Web3皆然），項目方通常需要提供補貼（形式包括直接經濟激勵或增值服務）。代幣既可提供經濟補貼，又能培育社區并賦予客戶治理權。

池對池模式允許客戶支付X，服務商獲得Y（X<Y）。這種差價通常因為項目方使用原生代幣獎勵服務商——投機者溢價購買代幣使得Y可能大于X。最終目標是提升服務效率、形成網絡效應，實現X>Y，協議從中獲取差額收益。

點對點模式難以實現代幣補貼。若客戶支付X，服務商獲得Y（X<Y），且雙方直接交互，服務商可能偽造自交易套利。在無許可的DePIN協議中，除非引入中心化或池對池機制，否則此問題尚無完美解決方案。

自交易問題

當用戶同時扮演客戶和服務商角色，通過自我交易套取網絡價值時，就構成自交易。解決自交易的最簡單方案是取消代幣激勵，但這會加劇冷啟動難度。

當自交易服務成本為零時（通常如此），危害尤甚。常見解決方案是要求服務商質押代幣（通常是原生代幣），并按質押權重分配客戶請求。

質押不能完全解決問題——大質押者仍可能通過分配給自己的請求獲利。例如當服務獎勵是客戶成本的5倍時，持有25%質押量的服務商每支出4個代幣可獲得5個獎勵（假設自交易服務成本為零，且從其他請求中獲益為零）。若自交易者能從其他分配請求中獲益，則套利空間更大。

驗證機制

既然我們已經了解了為什么驗證是一個如此關鍵的問題，那么讓我們討論一下DePIN項目可以考慮的驗證機制有哪些。

共識機制

多數區塊鏈采用共識機制（配合PoW/PoS等抗女巫攻擊方案）。將"共識"理解為"重執行"更準確——網絡每個節點通常需要重新執行所有計算（模塊化區塊鏈可能例外）。這種設計源于對拜占庭行為的防范，節點必須互驗結果。以太坊全網6000多個節點同時重執行的代價顯而易見。

重執行過程通常是透明的，除非采用可信執行環境（TEE）或全同態加密。

正確執行證明（validity rollup、ZEXE等）

與要求區塊鏈網絡中的每個節點重新執行每次狀態更改不同，可以讓單個節點執行給定的狀態更改并生成該節點正確執行狀態更改的證明。驗證正確執行的證明比執行計算本身要快（這個屬性使證明簡潔）。這種證明最常見的形式是SNARK（簡潔非交互知識論證）或STARK（簡潔透明知識論證）。SNARK和STARK通常被擴展為零知識證明，不透露關于被證明陳述的任何信息。因此，當用于壓縮計算證明時，你經常會看到SNARK/STARK和ZK證明一起出現。

使用正確執行證明的最著名的區塊鏈類型可能是ZK rollup（ZKR）。一個ZKR是一個L2區塊鏈，它繼承了底層區塊鏈的部分安全性。ZKR對交易進行批處理，創建一個證明交易被正確執行的證明，然后將該證明發布在L1上進行驗證。

正確執行證明通常用于可擴展性和性能、隱私或兩者兼而有之。zkSync、Aztec、Aleo和Ironfish都是很好的例子。正確執行證明可用于其他場景。Filecoin使用ZK-SNARK作為其存儲證明的一部分。正確執行證明已經開始在機器學習推理、機器學習訓練、身份識別等領域部署。

隨機抽樣/統計測量

通過隨機抽樣驗證服務商響應質量。通常按質押權重分配"挑戰請求"，既驗證服務質量又防范自交易。由于在線獎勵常高于服務獎勵，抽樣能確保服務商真實在線。一個挑戰請求會隨機發送給一個服務商，如果服務商正確響應請求，并且請求的哈希值超過了某個難度閾值，那么該服務商就會獲得響應獎勵（相當于1區塊獎勵）。如果服務商不能區分客戶端請求和挑戰請求，那么正確地響應客戶端請求是理性選擇。一些版本的隨機抽樣已經在專注于網絡的DePIN項目中得到了最大化的采用，比如Nym、Orchid、Helium。

相比共識機制，抽樣驗證更具擴展性——樣本量可遠小于狀態變更次數。

可信硬件

可信硬件可以用于保護隱私（如上所述），但它也可以用于驗證傳感器數據。對于DePIN項目來說，去中心化驗證的最大挑戰之一是，DePIN項目必須與生俱來處理oracle問題（以無信任或最小化信任的方式將數據從實體空間帶到區塊鏈上）。可信硬件允許網絡根據實體空間傳感器數據的結果裁決任何客戶/提供商爭議。

可信硬件通常存在漏洞，最好在中短期內作為實用的解決方案使用，或者作為另一個深度防御措施。最常見的可信執行環境是Intel SGX、Intel TDX和ARM TrustZone。Oasis、Secret Network和Phala等鏈都使用了可信執行環境， SAUVE在計劃使用可信執行環境。

白名單與審計機制

最務實且技術復雜度最低的驗證方案，往往是通過白名單機制準入特定物理設備參與DePIN協議，并依靠人工審計員審查日志與遙測數據來確保服務商合規運營。具體實施通常包括：定制搭載嵌入式簽名密鑰的硬件設備，要求所有入網設備必須從認證制造商采購。制造商將嵌入式密鑰組列入白名單，網絡僅接受白名單密鑰對簽名的數據。該方案需滿足兩個前提：設備密鑰極難提取，且制造商準確記錄密鑰與設備的對應關系。人工審計通常用于解決這些環節的潛在問題。

最終，為確保服務質量，DePIN協議常通過治理機制選舉"審計員"檢測惡意行為并提交報告。人工審計員能識別標準化協議難以察覺的復雜攻擊模式——這些攻擊一旦暴露在人類視角下往往顯而易見。審計員通常被授權向治理系統提交懲罰提案（如代幣罰沒），或直接觸發懲罰事件。該機制隱含另一前提：協議治理系統能以協議利益為先，但需應對社會共識中的人類激勵難題。

最優方案選擇

面對多樣化的驗證方案，新興DePIN協議常面臨選擇困境：

共識機制與正確性證明往往不適用——它們僅能確保數字狀態變更的可驗證性，而DePIN涉及物理服務驗證，必須額外引入預言機（帶來次級信任假設）。

隨機抽樣具備高效性與博弈論優勢，能良好適配物理服務驗證場景。可信硬件與白名單機制最簡單易行，適合初期啟動，但其中心化特性可能影響長期可持續性。