a16z: DePIN がなぜ重要なのでしょうか?

通信、エネルギー、水道、輸送などの既存の物理インフラストラクチャ ネットワークは、多くの場合、自然独占であり、単一の企業によるサービス提供のコストは、競争環境の場合よりもはるかに低くなります。ほとんどの先進国では、これらのネットワークは複雑な政府の監視と規制上の制約の対象となっており、その結果、イノベーションが欠如し、顧客エクスペリエンスの低下、ユーザー インターフェイスの時代遅れ、サービス品質の低下、応答時間の遅延といった問題が生じています。 PGE の破産につながったカリフォルニアの山火事や、従来の通信会社に課せられた保護規制からもわかるように、これらのネットワークが非効率でメンテナンスが不十分なのは偶然ではありません。発展途上国では状況はさらに深刻で、こうした基本的なサービスは存在しないか、高価で不足しています。

もっとうまくできるはずだ。物理インフラストラクチャ ネットワークの分散化により、従来の厳格な独占システムを回避し、より堅牢で投資しやすく、より透明性の高いネットワークを構築することで、飛躍的な発展の機会が得られます。 DePIN プロトコルは、本質的にはユーザーが所有および運営するサービス システムであり、日常生活を維持する重要なインフラストラクチャの構築に誰でも参加できます。それは強力な民主化の力となり、社会をより効率的でオープンな方向に導く可能性を秘めています。

この記事では、DePIN の定義と価値を説明し、DePIN プロトコルを評価するためのフレームワーク システムを共有し、DePIN プロトコルを構築する際に注意する必要がある中心的な問題である検証メカニズムに焦点を当てます。

1. DePINとは何ですか?

分散型物理インフラストラクチャ ネットワーク (DePIN) とは、暗号化とメカニズム設計を使用して、顧客がサービス プロバイダーのグループから物理的なサービスを確実に取得できるようにする、完全に分散化されたネットワークを指します。それは自然独占パ​​ターンを打破し、競争の配当を解放することができます（これについては後で詳しく説明します）。顧客は通常はエンドユーザーですが、ユーザーに代わって動作するアプリケーションの場合もあります。プロバイダーは主に中小企業ですが、ギグワーカーや業界大手も含まれる場合があります。ここでの「分散化」は、物理的な配布やデータ構造の分散化だけではなく、権力と制御の分散を強調しています。

適切に設計された DePIN プロトコルは、ユーザーと中小企業が物理インフラストラクチャ ネットワークに参加し、透明性に貢献しながらネットワーク ガバナンスに共同で参加するように促すことができます。インターネットがユーザー生成コンテンツによって支配されているのと同様に、DePIN はユーザー生成サービスが物理的な世界を支配することを可能にします。さらに重要なのは、ブロックチェーンがテクノロジー大手の「誘致-抽出」独占サイクルを打破しているのと同様に、DePIN プロトコルが現実世界のユーティリティ独占を解体すると期待されていることです。

2. DePINの実用例：電力網システム

エネルギー部門を例に挙げてみましょう。米国の電力網システムは、暗号化技術の導入以前からあった傾向として、自発的に分散化へと向かっています。送電のボトルネックと新しい発電施設の送電網への接続の遅れにより、分散型発電のビジネスモデルが生まれました。家庭や企業は、太陽光パネルを設置したり、エネルギー貯蔵バッテリーを構成して電力供給を調整したりすることで、電力網の端で電気を生成することができます。つまり、電力網から電気を買うだけでなく、それを売り戻すこともできるのです。

分散型発電とエネルギー貯蔵の普及により、多数の系統接続デバイスが電力会社によって制御されなくなりました。これらのユーザー所有のデバイスは、重要な期間に充電と放電を行うことでグリッドの動作を最適化できたはずですが、なぜ失敗したのでしょうか?既存のユーティリティ システムには、ユーザー機器の状態データを取得したり、そのデータに対する管理を購入したりするための効果的な手段がありません。エネルギー業界のプロトコル Daylight は、ユーザーがデバイスの状態データを販売し、エネルギー会社が一時的な制御に対して料金を支払うことができる分散型ネットワークを構築するという解決策を提案しました。つまり、Daylight は分散型仮想発電所を構築しているのです。

このモデルは、集中型独占モデルと比較して、より信頼性が高く効率的な電力網システムを構築し、ユーザーが独自の電力を生成できるようにし、データ品質を向上させ、信頼の前提を簡素化することが期待されています。まさにこれが DePIN が約束していることです。

3. DePIN構築ガイド

DePIN プロトコルは日常の物理インフラストラクチャに革命を起こす大きな可能性を秘めていますが、このビジョンを実現するには克服すべき 3 つの大きな課題があります。

特定のシナリオで本当に分散化が必要かどうかを判断する

· 市場戦略策定

検証メカニズムの設計（最も深刻な課題）

この記事では、物理インフラストラクチャの特定の領域における技術的な課題については意図的に触れていません。これは、それらの課題が重要でないからではなく、高度に専門化されているからです。私たちは、分散型ネットワークの抽象的な構築原則に焦点を当て、業界全体の DePIN プロジェクトに普遍的な提案を提供します。

（1）なぜDePINを選ぶのか？

DePIN プロトコルを構築する最も一般的な 2 つの動機は、ハードウェア導入の資本支出 (CAPEX) を削減することと、断片化された容量を統合することです。さらに、DePIN は物理インフラストラクチャに基づく中立的な開発者プラットフォームを確立し、オープン API (エネルギー データ インターフェイスなど) または中立的な共有市場を通じて許可のないイノベーションを実現できます。分散化により、DePIN プロトコルは検閲耐性を実現し、プラットフォームのリスクを排除し、許可のないイノベーションを可能にします。この構成可能性と許可のないイノベーションが、Ethereum と Solana の成功の鍵です。従来の物理インフラストラクチャ ネットワークの構築は集中型の企業に依存しており、コストがかかりますが、DePIN は分散型の所有権を通じてコストと制御の分散構成を実現します。

多くの DePIN プロトコルは、ユーザーがハードウェアを購入してネットワーク操作に参加することを奨励しており、これにより中央集権型企業が巨額の資本支出を負担する必要がなくなります。資本支出は、ほとんどのインフラが自然独占であると考えられる主な理由の 1 つであり、資本支出が低いことで DePIN に構造的な優位性がもたらされます。

通信業界を例に挙げると、新しいネットワーク標準の推進は、ハードウェアの導入をサポートするための高額な設備投資によって妨げられることがよくあります。一部のアナリストは、米国での5Gネットワ​​ークの展開には2,750億ドルの民間投資が必要になると予測している。

対照的に、Helium の DePIN プロジェクトは、単一の組織による多額の先行投資なしに、世界最大の長距離低電力 (LoRaWAN) ネットワークを構築しました。 LoRaWAN は、モノのインターネット (IoT) のユースケースに適した標準です。 Helium はハードウェアメーカーと提携して LoRaWAN ルーターを発売しました。ユーザーはメーカーから直接機器を購入してネットワーク オペレーターとなり、有料顧客にデータ伝送サービスを提供します。 Heliumは現在、5Gセルラーネットワークのカバレッジを拡大しています。

従来のモデルを使用して同じ規模の IoT ネットワークを展開すると、多額の先行投資が必要になるだけでなく、ユーザーベースが不十分になるリスクも伴います。 DePIN プロトコルとして、Helium は市場の供給側を検証し、コスト構造を最適化することに成功しました。

特定の物理リソースには大量のアイドル容量がありますが、従来の企業ではそれらを効果的に統合することが困難です。ハードドライブ上のアイドル領域を例に挙げてみましょう。単一のハードドライブのアイドル領域は、AWS などのクラウド ストレージ プロバイダーにとっては重要ではありませんが、Filecoin などの DePIN プロトコルを通じて集約された後、これらの断片化された領域はクラウド ストレージ サービスを形成できます。 DePIN プロトコルは、ブロックチェーン テクノロジーを使用して一般の個人を調整し、大規模なネットワークに貢献できるようにします。

DePIN プロトコルの最も重要な機能は、許可のないイノベーションをサポートしていることです。つまり、誰でもプロトコル層上に構築することができ、これは地元の電力会社の電力網とはまったく対照的です。この機能の価値は、設備投資の削減や容量の集約に比べて過小評価されることがよくあります。

許可のないイノベーションにより、物理インフラストラクチャをソフトウェアの反復と同じ速度で進化させることができます。人々はしばしば「ビットの世界」におけるイノベーションのスピードを賞賛しますが、「原子の世界」におけるイノベーションの遅さを嘆きます。ビルダーと投資家にとって、DePIN はこれら 2 つの世界のギャップを埋める最適な方法を提供します。世界中の誰もが接続して物理システムを編成する新しい方法を提案できるようになると、知性と創造性が既存の基準を超えるソリューションにつながります。

許可のないイノベーションが「原子」進化のペースを加速できる理由は、構成可能性にあります。これにより、ビルダーは最適なポイント ソリューションの開発に集中し、簡単に統合できるようになります。 DeFi分野の「通貨レゴ」はこの力を発揮しており、DePINの「インフラレゴ」も同様の影響力を持つだろう。

（２）市場化：機会と課題

DePIN プロトコルの構築は、分散型プロトコルと従来の商取引という 2 つの課題に同時に対処する必要があるため、ブロックチェーンの開発よりも複雑です。ビットコインとイーサリアムは当初、従来の金融およびクラウド コンピューティング システムから独立していましたが、ほとんどの DePIN プロトコルは物理的な世界に存在する問題に直面しています。

ほとんどの DePIN エリアでは、最初から中央集権型システム (公共事業、ケーブルテレビ、配車サービス、ISP など) とやり取りする必要があります。これらの既存のネットワークは、規制上の制約や強力なネットワーク効果によって保護されていることが多く、新規参入者が競争することが困難になっています。分散型ネットワークがインターネットの独占に対する自然な解毒剤であるのと同様に、DePIN ネットワークは物理的なインフラストラクチャの独占に対する天敵となる可能性があります。

ほとんどの DePIN エリアでは、最初から中央集権型システム (公共事業、ケーブルテレビ、配車サービス、ISP など) とやり取りする必要があります。これらの既存のネットワークは、規制上の制約や強力なネットワーク効果によって保護されていることが多く、新規参入者が競争することが困難になっています。分散型ネットワークがインターネットの独占に対する自然な解毒剤であるのと同様に、DePIN ネットワークは物理的なインフラストラクチャの独占に対する天敵となる可能性があります。

DePIN ビルダーは、まず価値のエントリ ポイントを特定し、その後徐々に拡張して物理ネットワーク全体に挑戦する必要があります。この「くさび」を見つけることは、将来の成功にとって非常に重要です。同時に、ネットワークが既存の代替手段とどのようにインターフェースするかを明確にする必要があります。従来の企業は、フルノード、セルフホスティング、またはオンチェーントランザクションを実行する上で技術的な障壁を抱えていることが多く、一般的に暗号通貨に対する認識が不足しています。

効果的な戦略としては、まずプロトコルの価値を証明し（基盤となる暗号化については触れずに）、パートナーがその価値を認識した後で暗号化の概念を紹介することです。つまり、ビルダーは、オーディエンスの特性に応じて契約の価値提案を変換し、感情に共鳴する物語のフレームワークを構築する必要があります。

戦術的な観点から見ると、既存のネットワークとのインターフェースには、対象ドメインに非常に関連性の高い早期の仲介サービスと精巧な物理構造設計が必要になることがよくあります。

エンタープライズ販売ももう一つの大きな課題です。このタイプの販売では通常、カスタマイズされたきめ細やかなサービス プロセスが必要であり、顧客には明確な責任者が必要です。ただし、DePIN ネットワークには単一の代表エンティティが存在しないため、従来の販売モデルを適用することは困難です。解決策は、最初の流通パートナーとして集中型企業を導入することです。たとえば、中央集権型の携帯電話会社は、分散型の通信ネットワークを使用して実際にサービスを提供しながら、一般消費者に直接販売して料金を徴収します。これにより、暗号通貨ウォレットと自己管理型ウォレットの複雑さが抽象化され、製品の「暗号通貨」としての性質が隠されます。

（３）DePINの最大の課題：検証メカニズム

検証は DePIN プロトコルの構築において最も難しい部分であり、顧客が支払ったサービスを受け、プロバイダーが適切に報酬を受け取ることを保証する唯一の信頼できる方法です。

ほとんどの DePIN プロジェクトは、「クライアント資金プール サービス プール」モデルを採用しています。つまり、クライアントがネットワークにリクエストを開始し、ネットワークが応答するサービス プロバイダーを割り当てます。つまり、顧客がネットワークに支払い、ネットワークがサービスプロバイダーに決済することになります。

代替案はピアツーピア モデルです。クライアントはサービス プロバイダーに直接サービスを要求します。これには、顧客が利用可能なサービスプロバイダーを見つけて個別に選択し、支払いを直接完了できることが必要です。

プール間モードでは認証要件が高くなります。ピアツーピア モデルでは、詐欺の可能性はあるものの、直接支払いのため、詐欺を発見した当事者はネットワークに証明することなく取引を終了することができます。プールツープール モデルでは、ネットワークは紛争を解決するための仲裁メカニズムを必要とします。サービス プロバイダーは通常、参加の条件としてネットワーク割り当てに従うことを約束するため、紛争の防止または解決は分散型の検証にのみ依存できます。

DePIN プロジェクトがプールツープール設計を選択した主な理由は 2 つあります。1 つ目は、ネイティブ トークンを通じて補助金を配布するのが便利だからです。 2 つ目は、ユーザー エクスペリエンスを最適化し、オフチェーン インフラストラクチャへの依存を減らすことができることです (Uniswap と 0x の違いなど)。

トークンはネットワークのコールドスタート問題を解決できます。ネットワーク効果（Web2 と Web3 の両方）を確立するために、プロジェクトは通常、補助金（直接的な経済的インセンティブまたは付加価値サービスの形で）を提供する必要があります。トークンは、コミュニティを育成し、クライアントにガバナンス権を与えながら、財政的な補助金を提供することができます。

プールツープールモデルでは、クライアントがXを支払い、サービスプロバイダーがY（X Y、契約により差額利益が得られます。

ピアツーピアモデルではトークン補助金を実現することは困難です。顧客がXを支払うと、サービスプロバイダーはY（X

自己取引は、ユーザーが顧客とサービス プロバイダーの両方の役割を同時に果たし、自己取引を通じてネットワーク価値を引き出す場合に発生します。自己取引に対する最も簡単な解決策はトークンインセンティブを削除することですが、これによりコールドスタートの難易度が増します。

これは、自己取引サービスのコストがゼロの場合（通常はゼロ）に特に有害です。一般的な解決策は、サービス プロバイダーにトークン (通常はネイティブ トークン) をステークすることを要求し、ステークされた重みに応じて顧客のリクエストを分散することです。

ステーキングは問題を完全に解決するわけではありません。大規模なステーカーは、割り当てられたリクエストから利益を得る可能性があります。たとえば、サービス報酬がクライアントコストの 5 倍の場合、ステークの 25% を保有するサービスプロバイダーは、消費したトークン 4 つごとに 5 つの報酬を受け取ることができます (自己トランザクションサービスコストがゼロで、他のリクエストからの利益がゼロであると仮定)。自己トレーダーが他の割り当てリクエストから利益を得ることができる場合、裁定取引スペースはより大きくなります。

認証がなぜそれほど重要な問題であるかを理解したところで、DePIN プロジェクトでどのような認証メカニズムが考慮されるかについて説明しましょう。

コンセンサスメカニズム

ほとんどのブロックチェーンは、コンセンサス メカニズム (PoW/PoS などのシビル攻撃対策スキームと組み合わせて) を使用します。 「コンセンサス」を「再実行」と考える方が正確です。ネットワーク内の各ノードは通常、すべての計算を再実行する必要があります (モジュラー ブロックチェーンは例外になる場合があります)。この設計はビザンチン動作の防止に基づいており、ノードは互いの結果を検証する必要があります。 Ethereum ネットワーク全体の 6,000 を超えるノードによる同時再実行のコストは明らかです。

信頼できる実行環境 (TEE) または完全準同型暗号化が使用されない限り、再実行プロセスは通常透過的です。

正しい実行の証明（有効性ロールアップ、ZEXE など）

ブロックチェーン ネットワーク内のすべてのノードにすべての状態変更を再実行させる代わりに、単一のノードに特定の状態変更を実行させ、そのノードが状態変更を正しく実行したことの証明を生成することが可能です。正しく実行された証明を検証する方が、計算自体を実行するよりも高速です (この特性により証明が簡潔になります)。このような証明の最も一般的な形式は、SNARK (簡潔な非対話型知識論証) または STARK (簡潔な透明な知識論証) です。 SNARK と STARK は、証明されるステートメントに関する情報を一切明らかにしないゼロ知識証明に拡張されることがよくあります。したがって、計算証明を圧縮するために使用される場合、SNARK/STARK 証明と ZK 証明が一緒に表示されることがよくあります。

おそらく、正しい実行の証明を使用する最もよく知られているタイプのブロックチェーンは、ZK ロールアップ (ZKR) です。 ZKR は、基盤となるブロックチェーンのセキュリティの一部を継承する L2 ブロックチェーンです。 ZKR はトランザクションをバッチ処理し、トランザクションが正しく実行されたことの証明を作成し、検証のために L1 に証明を公開します。

正しい実行の証明は、スケーラビリティとパフォーマンス、プライバシー、またはその両方のためによく使用されます。 zkSync、Aztec、Aleo、Ironfish はすべて良い例です。正しい実行の証明は他のシナリオでも使用できます。 Filecoin はストレージ証明の一部として ZK-SNARK を使用します。正しい実行の証明は、機械学習の推論、機械学習のトレーニング、ID 認識などの分野で導入され始めています。

ランダムサンプリング/統計測定

ランダム サンプリングを通じてサービス プロバイダーの応答の品質を確認します。 「チャレンジリクエスト」は通常、ステークウェイトに応じて配布され、サービスの品質を検証し、自己取引を防止します。オンライン報酬はサービス報酬よりも高いことが多いため、サンプリングによりサービス プロバイダーが実際にオンラインであることを確認できます。チャレンジリクエストがサービスプロバイダーにランダムに送信されます。サービスプロバイダーがリクエストに正しく応答し、リクエストのハッシュ値が一定の難易度しきい値を超えた場合、サービスプロバイダーは応答報酬（1ブロック報酬に相当）を受け取ります。サービス プロバイダーがクライアント要求とチャレンジ要求を区別できない場合は、クライアント要求に正しく応答することが合理的な選択です。ランダム サンプリングのいくつかのバージョンは、Nym、Orchid、Helium などのネットワークに重点を置いた DePin プロジェクトで最も多く採用されています。

コンセンサス メカニズムと比較すると、サンプリング検証はよりスケーラブルです。サンプル サイズは状態変更の数よりもはるかに小さくすることができます。

信頼できるハードウェア

信頼できるハードウェアは、プライバシーを保護するために使用できます (前述のとおり) が、センサー データを認証するためにも使用できます。 DePIN プロジェクトにおける分散型検証の最大の課題の 1 つは、DePIN プロジェクトが本質的にオラクル問題 (信頼できない、または最低限の信頼しかない方法で物理空間からブロックチェーンにデータを持ち込む) に対処する必要があることです。信頼できるハードウェアにより、ネットワークは物理空間センサー データの結果に基づいて顧客とプロバイダー間の紛争を裁定できます。

信頼できるハードウェアには脆弱性があることが多いため、短期から中期的には実用的なソリューションとして、または別の多層防御対策として使用するのが最適です。最も一般的な信頼できる実行環境は、Intel SGX、Intel TDX、ARM TrustZone です。 Oasis、Secret Network、Phalaなどのチェーンはすべて信頼できる実行環境を使用しており、SAUVEも信頼できる実行環境を使用する予定です。

ホワイトリストと監査メカニズム

最も実用的で技術的に最も複雑でない検証ソリューションは、多くの場合、ホワイトリスト メカニズムを通じて特定の物理デバイスが DePIN プロトコルに参加できるようにし、ログとテレメトリ データを人間の監査人が確認して、サービス プロバイダーがコンプライアンスに準拠していることを確認することです。具体的な実装には通常、埋め込み署名キーを使用してハードウェア デバイスをカスタマイズすることや、ネットワークに接続されたすべてのデバイスを認定された製造元から購入することを義務付けることが含まれます。製造元は埋め込まれたキー セットをホワイトリストに登録し、ネットワークはホワイトリストに登録されたキー ペアによって署名されたデータのみを受け入れます。このソリューションは、デバイス キーの抽出が極めて困難であること、および製造元がキーとデバイス間の対応関係を正確に記録していることという 2 つの前提条件を満たす必要があります。これらの領域における潜在的な問題を解決するために、手動監査がよく使用されます。

最後に、サービス品質を確保するために、DePIN プロトコルは、悪意のある動作を検出してレポートを提出するガバナンス メカニズムを通じて「監査人」を選出することがよくあります。人間の監査人は、標準化されたプロトコルでは検出が難しい複雑な攻撃パターン、つまり人間の目には明らかな攻撃を識別できます。監査人は通常、ガバナンス システムにペナルティ提案 (トークン削減など) を提出したり、ペナルティ イベントを直接トリガーしたりする権限を持ちます。このメカニズムは別の前提を暗示しています。プロトコル ガバナンス システムはプロトコルの利益を最優先にすることができますが、社会的合意における人間のインセンティブの問題に対処する必要があります。

最適解の選択

さまざまな認証スキームに直面して、新しい DePIN プロトコルは、多くの場合、選択においてジレンマに直面します。

コンセンサス メカニズムと正しさの証明は多くの場合適用できません。これらはデジタル状態の変更の検証可能性のみを保証できますが、DePIN には物理的なサービス検証が含まれ、さらにオラクル (二次的な信頼の仮定をもたらす) を導入する必要があります。

ランダム サンプリングには、高い効率性とゲーム理論の利点があり、物理的なサービス検証シナリオにうまく適応できます。信頼できるハードウェアとホワイトリストのメカニズムは、実装が最もシンプルで簡単であり、初期の起動に適していますが、集中化された性質により長期的な持続可能性に影響する可能性があります。

4. DePIN がなぜ重要なのか?

暗号技術の台頭は、国家による通貨の独占に挑戦したいという願望から生まれたものだが、インターネットアクセス、電気、水道などのより基本的なサービスの独占は、長い間、少数のグループによってコントロールされてきた。 DePIN を通じてこれらのネットワークを分散化することで、より自由な社会を構築するだけでなく、より効率的で豊かな文明も構築できます。

分散化された未来とは、革新的なソリューションが少数のエリートグループに限定されず、世界中に分散した人的資本を活性化することを意味します。分散型金融や開発者プラットフォームに興味があるなら、このビジョンを、同じように変化を必要としている日常生活のより基本的なネットワーク サービスにまで広げてください。