當前的物理基礎設施網絡，如電信、能源、水資源和交通運輸，往往是“自然壟斷”行業——在這些領域，由一家企業提供服務的成本遠低於引入競爭的成本。在大多數發達國家，這些網絡通常受到複雜的政府監管和控制，導致創新動力不足，同時用戶體驗糟糕、服務質量低下、響應速度緩慢。這些系統效率低下、維護不善的現象更是屢見不鮮，比如導致PG&E破產的加州野火事件，或保護現有電信公司的法規。在發展中國家，情況更糟，很多基礎服務要麼完全缺失，要麼成本高昂且供應短缺。

去中心化技術為我們提供了一個改變現狀的機會。通過去中心化，我們可以超越僵化的傳統壟斷，打造更強大、更透明、更易於投資的網絡。DePIN協議的核心理念是由用戶共同擁有和運營，讓每個人都有機會參與到日常基礎設施的建設中。這種模式有潛力成為推動社會效率和開放性的強大動力。

本文將詳細介紹DePIN的概念及其重要性，並分享評估DePIN協議的框架，以及在構建DePIN協議時需要重點考慮的問題，尤其是驗證機制的設計。

什麼是DePIN？

去中心化物理基礎設施網絡（DePIN）是一種通過加密技術和機制設計，確保用戶能夠從多個服務提供者那裡獲取物理服務的去中心化網絡。這種模式打破了“自然壟斷”，讓競爭成為可能。服務的消費者通常是普通用戶，但也可能是代表用戶操作的應用程序。服務提供者可以是小型企業、零工人員，甚至是大型企業。這裡的“去中心化”指的是權力和控制的分散，而不僅僅是物理設備或數據的分佈。

如果設計得當，DePIN協議能夠激勵用戶和小型企業參與基礎設施網絡的建設和管理，同時提供透明的激勵機制。就像互聯網因用戶生成內容而繁榮一樣，DePIN也為物理世界提供了一個由用戶生成服務的機會。此外，正如區塊鏈正在打破大科技公司“吸引用戶後榨取價值”的模式，DePIN協議也能夠幫助打破物理世界中公用事業的壟斷。

DePIN的實際案例：能源電網

以能源為例，即使沒有區塊鏈的參與，美國的能源電網已經在逐步實現去中心化。由於電力傳輸瓶頸和接入新發電能力的延遲，人們開始傾向於採用分佈式發電方式。家庭和企業可以安裝太陽能板在電網邊緣發電，或者使用電池存儲電力，不僅滿足自己的需求，還能將多餘電力賣回電網。

隨著分佈式發電和儲能技術的普及，許多與電網相連的設備已經不再由公用事業公司控制。這些用戶自有設備本可以通過在關鍵時刻儲存和釋放電力，為電網提供巨大幫助，但目前的公用事業公司缺乏有效的手段獲取這些設備的狀態信息，也無法購買對它們的控制權。Daylight協議對此提供了一個解決方案。它構建了一個去中心化網絡，讓用戶可以出售其設備狀態信息，能源公司則可以支付費用以短暫控制這些設備。簡而言之，Daylight正在開發一個去中心化的“虛擬電廠”。

這一模式將帶來一個更高效、更穩定的能源電網，用戶擁有的發電設備能更好地融入系統，同時減少對集中式壟斷的依賴。這正是DePIN的願景所在。

DePIN 指南

DePIN 協議有望顯著改善我們日常接觸的重要物理基礎設施，但要實現這一目標，需要解決三大核心難題：

1. 判斷去中心化是否真的適用；
2. 如何將項目推向市場；
3. 驗證過程，這也是最複雜的挑戰。

本文並未深入探討具體領域的技術問題，因為這些問題因行業而異，而是聚焦於如何從整體層面設計去中心化網絡，併為各類 DePIN 項目提供通用建議。

1. 為什麼選擇 DePIN？

構建 DePIN 協議的主要動機通常是降低硬件部署成本（資本支出）和整合分散資源。此外，DePIN 還能在物理基礎設施之上構建中立的開發平臺，為無許可創新提供可能，比如開放能源數據的 API 或公平的共享出行市場。通過去中心化，DePIN 不僅能夠抗審查、規避平臺風險，還能像以太坊和 Solana 一樣，推動可組合性和無許可創新。傳統上，部署物理基礎設施網絡需要高昂成本和集中管理，而 DePIN 則通過分散所有權來分攤成本和控制權。

1.1 降低硬件成本

許多 DePIN 協議通過鼓勵用戶購買硬件並參與網絡運營，減少了原本需要集中公司承擔的鉅額硬件成本。資本支出問題是很多基礎設施被視為自然壟斷的關鍵原因，而 DePIN 的低成本模式則具備明顯優勢。

以電信行業為例，新網絡標準的推廣往往因硬件部署成本過高而受阻。例如，美國部署 5G 網絡預計需要 2750 億美元的私人投資。

相比之下，DePIN 網絡 Helium 在沒有單一公司大規模投入的情況下，成功部署全球最大的長距離、低功耗（LoRaWAN）網絡之一。Helium 與硬件廠商合作生產路由器，讓用戶直接購買併成為網絡的所有者和運營者，用戶通過提供網絡服務獲得收益。目前，Helium 正在擴展其5G 網絡覆蓋。

如果像 Helium 這樣部署物聯網網絡採用傳統方式，需要投入鉅額資金並承擔市場風險。而作為 DePIN 協議，Helium 不僅驗證了市場需求，還顯著降低了成本。

1.2 整合分散資源

在某些情況下，物理資源的容量雖然潛在存在，但因分散且複雜，傳統企業難以整合。例如硬盤上的零散空閒空間，單獨來看不足以吸引 AWS 等存儲公司關注，但通過 Filecoin 等 DePIN 協議，這些分散資源可以被整合為一個雲存儲服務。DePIN 通過區塊鏈技術協調普通用戶，讓他們共同構建大規模網絡。

1.3 推動無許可創新

DePIN 最重要的特性是支持無許可創新：任何人都可以基於協議自由開發，而不受傳統系統的限制。相比降低成本或整合資源，這一特性往往被低估。

無許可創新讓物理基礎設施的發展速度可以媲美軟件行業。過去，人們常誇讚“比特”的創新速度，卻感嘆“原子”發展緩慢。DePIN 為開發者和投資者提供了一條讓“原子”像“比特”一樣快速發展的路徑。當全球任何人都可以通過互聯網提出改進物理系統的新方法時，創新將變得更高效、更有創意，甚至超越現有的解決方案。

1.4 可組合性

無權限創新之所以能將實體迅速轉變為數字信息，關鍵在於可組合性。可組合性使得開發者能夠專注於打造最佳的特定解決方案，並且這些解決方案能夠輕鬆整合。我們在去中心化金融（DeFi）中已經看到“貨幣樂高”的強大作用，而在去中心化物理基礎設施網絡（DePIN）中，基礎設施樂高也能產生類似的影響。

2. 上市：機遇與挑戰

構建DePIN協議比構建區塊鏈更具挑戰性，因為它需要同時解決去中心化協議和傳統商業的難題。比特幣和以太坊起初與傳統金融和雲計算無關，而大多數DePIN協議卻與現實世界的問題密切相關。

許多DePIN領域從一開始就必須與現有的中心化系統打交道，比如公用事業、電視公司、共享出行和互聯網服務提供商等。這些現有網絡往往受到監管和強大網絡效應的影響，新進入者面臨激烈競爭。去中心化網絡可以作為互聯網壟斷的天然解藥，而DePIN網絡則可以對抗物理基礎設施的壟斷。

然而，DePIN開發者需要首先明確他們能在哪些方面增加價值，目標是最終能夠挑戰現有的物理網絡。找到合適的切入點對未來的成功至關重要。此外，DePIN開發者還需要理解他們的網絡如何與現有方案進行對接。大多數傳統公司對運行區塊鏈全節點感到猶豫，通常在自我保管或發起鏈上交易方面面臨困難。他們往往不理解加密貨幣的概念及其重要性。

一種方法是展示你的DePIN協議所能帶來的價值，而不提及其基於加密技術。一旦現有參與者認真考慮整合或者理解新協議的價值，他們就可能更容易接受加密的概念。更廣泛地說，建設者應根據不同受眾調整他們協議的價值表達，編織能夠引起共鳴的敘述。

在戰術上，與現有網絡的對接通常需要一定程度的早期中介和周到的組織結構，這高度依賴於協議所針對的特定物理領域。

企業銷售對於DePIN協議也是一大挑戰。企業銷售往往是個高端、耗時且定製化的過程，客戶希望有一個“責任人”，即一個直接負責的人。在DePIN網絡中，沒有任何個人或公司可以代表整個網絡或執行傳統的企業銷售流程。解決方案之一是讓DePIN協議與中心化公司合作，作為初始分銷夥伴，轉售服務。例如，一箇中心化的移動通信公司可以直接向普通消費者銷售，並收取美元，同時在後臺利用去中心化的電信網絡提供服務。這種方式簡化了加密錢包和自我保管錢包的複雜性，並隱藏了產品的“加密”特性。中心化公司分發DePIN網絡服務的想法可以稱為“DeFi mullet”，就像“DeFi mullet”在金融服務中變得流行一樣。

3.DePIN的難點：驗證

構建DePIN協議最難的部分在於驗證，而驗證至關重要：這是確保客戶獲得所支付服務和提供者正確獲得報酬的唯一明確方式。

3.1 對等池與對等對等

大多數DePIN項目採用對等池模型，客戶向網絡請求服務，網絡再選擇提供者響應客戶。這意味著客戶是在支付網絡，而網絡則支付提供者。

另一種選擇是對等對等模型，客戶直接向提供者請求服務。這要求客戶能夠找到一組提供者並選擇合作對象，同時客戶也直接支付提供者。

在對等池模型中，驗證比對等對等模型更為重要。在後者中，提供者或客戶可能會說謊，但由於客戶直接支付提供者，任一方都可以在不需要向網絡證明謊言的情況下識別對方的謊言，並選擇停止交易。而在對等池模型中，網絡需要一種方式來裁定客戶與提供者之間的爭議。提供者通常同意為網絡分配的任何客戶提供服務，因此防止或解決客戶與提供者之間爭議的唯一方法是某種去中心化的驗證機制。

DePIN項目選擇對等池設計主要有兩個原因。首先，對等池使項目更容易通過本地代幣提供補貼。其次，它改善了用戶體驗，減少了使用網絡所需的鏈下基礎設施。一個好的例子是對等池去中心化交易所（如Uniswap）與對等對等去中心化交易所（如0x）之間的區別。

代幣的重要性在於，它們可以幫助解決網絡建設初期的冷啟動問題。為了建立網絡效應（無論是在web2還是web3中），項目通常會以某種補貼形式為用戶提供強大的價值。這種補貼有時是直接的經濟激勵，例如較低的成本，有時則是無法擴展的增值服務。代幣通常提供經濟補貼，同時幫助建立社區並讓客戶對網絡的發展有發言權。

對等池模型允許用戶支付X，而提供者收到Y的付款，其中X < Y。這通常是因為DePIN項目創建了本地代幣並用其獎勵提供者。由於投機者購買代幣並將其價值抬高（在網絡尚未使用之前，代幣的初始價值通常非常低或為零），本地代幣的獎勵Y可能大於客戶支付的X。最終目標是使提供者在提供服務時更加高效，從而使DePIN項目建立網絡效應，使得X > Y，並能夠將X與Y之間的差額作為協議收入。

對等對等模型使代幣獎勵作為補貼變得更加困難。如果客戶支付X而提供者收到Y（X < Y），且客戶與提供者可以直接互動，那麼提供者可能會假裝從自己那裡購買服務——這就是“自我交易”的一種情況。由於DePIN協議是無權限的，目前沒有好的方法在不增加中心化或對等池模型的情況下解決這一問題。

3.2 自我交易

自我交易是指用戶同時作為客戶和提供者，試圖與自己進行交易，以便從網絡中獲取價值。這種行為顯然是有害的，因此大多數DePIN項目都在努力解決這個問題。最簡單的解決辦法是停止提供補貼或代幣激勵，但這會使得應對冷啟動問題變得更加複雜。

自我交易尤其危險的情況是，自我交易者為自己提供服務的成本幾乎為零，這種情況通常是存在的。解決自我交易問題的常見方法之一是要求提供者質押代幣，通常是平臺的原生代幣，並根據質押數量的權重來分配客戶請求。

雖然質押可以減輕自我交易的問題，但並不能完全解決，因為大額質押的提供者仍然可以從分配給自己的客戶請求中獲利。例如，如果提供者的獎勵是客戶支付成本的五倍，那麼質押了25%代幣的提供者在每花費四個代幣時將獲得五個代幣的獎勵。這種情況假設自我交易者為自己提供服務的成本為零，而他們從請求其他提供者中獲得的收益也是零。如果自我交易者能從其他提供者的請求中獲得一些利益或價值，那麼在特定的客戶成本與提供者獎勵比率下，他們就可能提取更多的價值。

3.3 驗證方法

已經瞭解了為什麼驗證的重要性，接下來讓我們討論 將討論DePIN項目可以考慮的不同驗證機制。

共識

大多數區塊鏈依賴於共識機制（結合工作量證明（PoW）或權益證明（PoS）等Sybil抵抗機制）。將“共識”理解為“重新執行”更為恰當，因為這強調了在區塊鏈網絡中，所有節點通常都需要重新執行網絡處理的每一個計算。（不過，對於模塊化區塊鏈或將共識、執行和數據可用性分開的區塊鏈架構，這種情況不一定成立。）重新執行是必要的，因為網絡中的每個節點通常被認為可能會表現出拜占庭容錯行為。換句話說，節點之間必須相互核對工作，因為它們不能完全信任對方。當有新的狀態變化被提出時，所有驗證區塊鏈的節點都必須執行這個狀態變化。這可能需要進行大量的重新執行！例如，在撰寫本文時，以太坊網絡上就有超過6000個節點。

重新執行通常是透明的，除非區塊鏈使用受信執行環境（有時稱為硬件或安全區域）或全同態加密。有關更多信息，請參見下文。

正確執行的證明（如有效性彙總、ZEXE等）

與其讓區塊鏈網絡中的每個節點重新執行每個狀態變化，不如讓一個單獨的節點來執行某個狀態變化，並生成證明，表明該節點正確地完成了這個狀態變化。正確執行的證明驗證速度比直接執行計算快（這個特性使得證明更加簡潔）。這種證明的常見形式是SNARK（簡潔非交互式知識論證）或STARK（簡潔透明知識論證）。SNARK和STARK通常會擴展為零知識證明，即不透露任何關於被證明內容的信息。因此，您經常會看到SNARKs/STARKs與零知識證明混用，尤其是在用於壓縮計算證明時。

最知名的使用正確執行證明的區塊鏈類型可能是零知識彙總（ZKR）。ZKR是一個二層（L2）區塊鏈，繼承某些底層區塊鏈的安全性。ZKR將交易進行批處理，生成一個證明，證明這些交易已正確執行，然後將這個證明發布到第一層（L1）進行驗證。

正確執行的證明通常用於提高可擴展性和性能，或者保護隱私，甚至兩者兼具。zkSync、Aztec、Aleo和Ironfish都是很好的例子。正確執行的證明也可以應用於其他領域，比如Filecoin在其存儲證明中使用ZK-SNARK。此外，正確執行的證明也開始應用於機器學習推理、機器學習訓練、身份驗證等方面。

隨機抽樣/統計測量

解決DePIN項目驗證問題的另一種方法是隨機抽取服務提供者，並檢查他們是否正確響應客戶的請求。這些“挑戰”請求通常是根據提供者在網絡中的股份比例進行分配，這有助於解決驗證和自我交易的問題。由於許多DePIN項目為提供者的可用性提供了豐厚的獎勵（提供者因可用性獲得的獎勵往往高於為客戶服務的獎勵），隨機抽樣可以確保提供者實際上是可用的。偶爾會向某個提供者發送挑戰請求，如果該提供者正確回答了請求，並且請求的哈希值超過某個難度閾值，那麼該提供者就會獲得相當於區塊獎勵的獎勵。這激勵理性的提供者在無法區分客戶請求和挑戰請求的情況下，正確響應客戶請求。在以網絡為重點的DePIN項目中，隨機抽樣的某種形式得到了廣泛應用，如Nym、Orchid和Helium等。

與共識機制相比，隨機抽樣在可擴展性上通常更具優勢，因為樣本數量可以遠小於網絡中狀態變化的數量。

可信硬件

可信硬件不僅可以用於保護隱私（如前所述），還可以用於驗證傳感器數據。DePIN項目在去中心化驗證時面臨的最大挑戰之一是必須處理預言機問題，即如何以無信任或最低信任的方式將現實世界的數據引入區塊鏈。可信硬件使得網絡能夠根據現實世界傳感器數據的結果來裁決客戶與提供者之間的爭議。

然而，可信硬件通常存在安全漏洞，因此在短期到中期內作為務實的解決方案比較合適，或者作為另一個防禦層。最常見的可信執行環境包括Intel SGX、Intel TDX和ARM TrustZone。像Oasis、Secret Network和Phala這樣的區塊鏈都在使用TEE，SAUVE也計劃使用TEE。

白名單和審計

通常，驗證的最實用和技術上最簡單的解決方案是將特定的物理設備列入白名單，以參與DePIN協議，並通過人類審計員審核日誌和遙測數據來確保提供者正確地為客戶服務。

具體來說，這通常涉及構建帶有嵌入式簽名密鑰的定製硬件，要求所有參與網絡的硬件必須從經過驗證的製造商處購買。製造商會將嵌入的密鑰列表列入白名單，只有使用這些白名單密鑰簽名的數據才能被網絡接受。這也意味著從設備中提取嵌入的密鑰非常困難，並且製造商需要準確報告哪些密鑰嵌入在哪些設備中。人類審計通常是解決這些問題所需的重要環節。

最後，為了確保服務的正確提供，DePIN協議通常會通過協議治理選舉出一個“審計員”，負責監測惡意行為並將發現反饋給協議。這個審計員是人類，能夠識別那些標準化協議可能忽略的巧妙攻擊，儘管一旦識別出來，對人類來說就顯得相對明顯。通常，審計員有權向協議治理提出潛在的懲罰措施（例如削減），或者直接觸發削減事件。這也假設協議治理會以協議的最佳利益為重，並面臨任何社會共識中人類激勵的挑戰。

最佳方案

由於可選擇的驗證方法種類繁多，確定新DePIN協議的最佳方案往往很困難。

共識和證明在驗證方面通常是不切實際的。DePIN協議涉及物理服務，而共識或證明只能對計算（數字而非物理）狀態變化提供強有力的保證。若想用共識或證明來驗證DePIN協議，您還需要依賴一個預言機，而這個預言機通常會帶來一套較弱的信任假設。

隨機抽樣非常適合DePIN協議，因為它高效且具有博弈論特性，能夠在物理服務中表現良好。可信硬件和白名單通常是最簡單的起步方法，但它們也是最集中化的，長期有效的可能性較低。

DePIN的重要性

加密貨幣的流行源於希望將貨幣控制權從國家手中移走，但更重要的服務——如基本的互聯網連接、電力和水的獲取——卻將權力集中在少數人手中。通過去中心化這些網絡，我們不僅能創造一個更自由的社會，還能建立一個更高效和繁榮的社會。

去中心化的未來意味著更多的人——而不僅僅是那少數幾個人——能夠提出更好的解決方案。這一理念基於潛在的人力資本無處不在。如果您對去中心化金融系統或開發平臺感興趣，不妨關注我們每天使用的其他基本網絡服務。

Guy Wuollet 是a16z加密投資團隊的合夥人，專注於各層次的加密投資。在加入a16z之前，他與Protocol Labs合作進行獨立研究，主要致力於構建去中心化網絡協議和升級互聯網基礎設施。他擁有斯坦福大學計算機科學學士學位，並曾是大學划船隊的成員。

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