去中心化革命：DePIN如何让我们告别低效的电力和通信网络

现有的物理基础设施网络，如电信、能源、水资源和交通，通常是自然垄断行业——在这些市场中，由单一公司提供商品或服务的成本要低于引入竞争的成本。在大多数发达国家，这些行业都受到复杂的政府监管和政策保护。这种监管环境导致创新动力不足，同时也带来了糟糕的用户体验，如复杂难用的界面、低质量的服务和缓慢的响应速度。此外，这些网络往往效率低下、维护不善，这或许并非巧合。看看最近导致 PG&E 破产的加州山火，或者那些保护现有电信公司的监管政策，就能明白其中的问题。而在发展中国家，情况更为严峻：许多基础服务要么根本不存在，要么成本高昂且稀缺。

我们可以做得更好。去中心化物理基础设施网络（DePIN）的兴起，提供了一个超越这些老化垄断体系的机会，让基础设施变得更具韧性、更容易投资，并且更加透明。DePIN 协议本质上是用户拥有并运营的服务，任何人都可以贡献力量，共同支撑我们的日常生活所需的关键基础设施。这种模式有潜力成为一股强大的民主化力量，使社会变得更加高效和开放。

在本文中，我将解释什么是 DePIN，以及它为何重要。我还将分享一个评估 DePIN 协议的框架，并探讨构建 DePIN 协议时需要思考的问题，重点关注验证机制这一关键挑战。

介绍 DePIN

去中心化物理基础设施网络（DePIN）是指一种足够去中心化的网络，它利用密码学和机制设计，确保客户端能够从一组服务提供者那里请求物理服务，从而打破自然垄断，并带来竞争的好处。（我们将在下文更详细地探讨这一点。）客户端通常是终端用户，但也可以是代表终端用户运行的应用程序。提供者往往是小型企业，但根据具体网络的不同，它们可以是零工工作者，也可以是大型传统企业。在这里，“去中心化”指的是权力和控制的去中心化，而不仅仅是物理分布或数据结构的去中心化。

如果设计得当，DePIN 协议可以鼓励用户和小型企业参与物理基础设施网络，并在时间推移中共同治理其演进，同时提供透明的激励机制以促进贡献。正如互联网的核心是用户生成内容（UGC），DePIN 也提供了一个机会，让物理世界被用户生成的服务所主导。更重要的是，正如区块链正在帮助打破科技巨头的“吸引-榨取”垄断循环，DePIN 协议也能够帮助打破物理世界的公用事业垄断。

DePIN 在现实中的应用：能源电网

以能源为例。即使不考虑加密技术，美国的能源电网已经在走向去中心化。传输瓶颈和新发电能力接入电网的长期延误，促使人们寻求分布式发电解决方案。家庭和企业可以安装太阳能电池板，在电网的边缘发电，或者安装电池来储存电力。这意味着他们不仅是电力的消费者，也可以将多余的电力回售给电网。

随着边缘发电和储能设备的普及，许多连接到电网的设备已经不再由公用事业公司拥有。这些用户自有设备在关键时刻可以通过储存和释放能源来优化电网运行，但为什么它们没有发挥这样的作用呢？原因在于，现有的公用事业公司无法有效获取这些用户设备的状态信息，也没有合适的方式来购买和控制这些设备。

Daylight 协议正试图解决能源行业的碎片化问题。Daylight 正在构建一个去中心化网络，使用户能够出售其电网连接设备的状态信息，并允许能源公司在支付费用的情况下，临时控制这些设备。简而言之，Daylight 正在构建一个去中心化的虚拟电厂。

最终的结果可能是：一个更加稳定高效的能源电网、用户自主发电、更优质的数据流通，以及比传统集中式垄断体系更少的信任依赖。这正是 DePIN 所承诺带来的变革。

DePIN 指南

DePIN 协议有潜力改善我们日常接触的关键物理基础设施，但要实现这一目标，至少需要克服三大挑战：

1. 确定去中心化是否必要——在特定场景下，去中心化是否真的能带来优势？
2. 市场推广——如何让 DePIN 协议真正落地并吸引用户？
3. 验证机制——这是最严峻的挑战，如何确保网络中的服务和数据是真实可信的？

我在这里刻意忽略了特定物理基础设施领域的技术挑战，并不是因为它们不重要，而是因为这些挑战因行业而异。我的重点是探讨如何从抽象层面构建去中心化网络，并在本文中为各种不同物理行业的 DePIN 项目提供通用建议。

1. 为什么选择 DePIN？

构建 DePIN 协议的两个常见原因是：降低硬件部署的资本支出（Capex），以及整合零散的资源。此外，DePIN 协议还能在物理基础设施之上创建中立的开发者平台，从而解锁无需许可的创新，例如开放能源数据的 API 或中立的共享出行市场。

通过去中心化，DePIN 协议具备抗审查能力，消除了平台风险，并支持无需许可的创新——这种可组合性和开放性正是以太坊（Ethereum）和 Solana 能够蓬勃发展的关键。传统上，搭建物理基础设施网络成本高昂，通常需要一家中心化公司来承担，但通过 DePIN，去中心化所有权不仅分摊了成本，也分散了控制权。

1.1 资本支出（Capex）

许多 DePIN 协议通过鼓励用户购买硬件并贡献资源，使他们成为网络的所有者和运营者。这些贡献通常需要中心化公司承担巨额甚至难以承受的资本支出（Capex）。资本支出正是许多基础设施项目被认为是自然垄断的主要原因之一，而 DePIN 通过降低 Capex 取得了结构性优势。

以电信行业为例。新的网络标准往往难以推广，原因之一就是部署所需的新硬件涉及巨额资本支出。例如，一项分析预测，美国全国范围内部署 5G 移动网络需要 2,750 亿美元的私人投资。

相比之下，去中心化无线网络 Helium 在全球范围内部署了最大的长距离、低功耗（LoRaWAN）网络之一，而不需要任何单一实体进行大规模的前期硬件投资。LoRaWAN 是一个特别适用于 物联网（IoT） 的标准。Helium 通过与硬件制造商合作，推出 LoRaWAN 路由器，让用户可以直接从制造商处购买这些设备，并成为网络的所有者和运营者。他们为需要 LoRaWAN 连接的客户提供传输服务，并从中获利。目前，Helium 正在扩展其 5G 网络，以增强蜂窝覆盖。

如果像 Helium 这样的 IoT 网络采用传统方式部署，将需要大量前期资本支出，并且面临一个巨大风险：是否会有足够多的客户愿意为新网络的连接服务买单。而 Helium 之所以能够验证市场供给端并降低成本结构，正是因为它采用了 DePIN 协议模式。

1.2 资源容量整合

在某些情况下，大量的潜在物理资源 已经存在，但由于过于分散，传统企业难以有效整合。例如，硬盘上的空闲存储空间。对于单个硬盘来说，这部分空间可能太小，根本不会引起像 AWS 这样的存储公司的注意。但如果通过 Filecoin 这样的 DePIN 协议进行整合，这些零散的存储空间就能形成一个去中心化的云存储服务。

DePIN 协议利用 区块链技术协调普通用户，让他们能够贡献资源，从而共同构建大规模的基础设施网络。这种模式不仅提高了资源利用率，还让更多人可以参与到原本由大型中心化公司主导的行业中。

1.3 无需许可的创新

DePIN 协议最关键的特性是 无需许可的创新（Permissionless Innovation）：任何人都可以基于协议进行开发。这与传统中心化系统（比如本地电力公司的电网）形成鲜明对比。然而，相比于降低资本支出（Capex）或整合分散资源，这一特性往往被低估。

无需许可的创新使物理基础设施的演进速度可以 接近软件的迭代速度。人们常用“比特（bits）”来形容软件的快速创新，而“原子（atoms）”则象征着物理世界创新的缓慢。DePIN 为开发者和投资者提供了一条让物理世界（atoms）更像数字世界（bits） 的道路。

当世界上任何一个有互联网连接的人都能提出新的方法，来组织和协调支撑我们社会运作的物理系统时，聪明且富有创造力的人就能发明出比现有系统更优的解决方案。这正是 DePIN 的革命性潜力所在。

1.4 可组合性

可组合性 是无许可创新能够加速物理基础设施（atoms）向数字世界（bits）转变的原因。可组合性使得开发者能够专注于构建最佳的点解决方案，并且能够轻松地将这些解决方案进行整合。我们已经在去中心化金融（DeFi）中看到了所谓的“货币乐高”的强大力量。而在 DePIN 中，基础设施乐高（infrastructure legos）也能产生类似的影响。

通过可组合性，不同的解决方案和组件可以相互协作，形成一个更强大、更灵活的系统。这为创新提供了更多的可能性，推动了整个领域的进步。

2. 市场推广：机遇与挑战

构建 DePIN 协议比构建区块链更为复杂，因为它不仅需要解决去中心化协议的构建问题，还需要解决传统商业模式的问题。比特币和以太坊最初都与传统金融和云计算世界相互独立。而大多数 DePIN 协议则没有这种优势，它们与物理世界中的现有问题紧密相连。

大多数 DePIN 领域从一开始就必须与现有的中心化系统互动。以公用事业、电视公司、共享出行服务和互联网服务提供商为例。这些现有的网络往往存在监管保护和强大的网络效应，新进者很难与之竞争。正如去中心化网络可以作为互联网垄断的天然解药，DePIN 网络也可以成为物理基础设施垄断的天然解药。

但 DePIN 的开发者需要首先弄清楚他们可以在哪些领域添加价值，目标是逐步扩展，最终挑战现有的物理网络。找到合适的切入点对未来的成功至关重要。DePIN 开发者还需要理解他们的网络将如何与现有的替代方案进行接口对接。大多数传统公司对运行区块链全节点持抵触态度，通常在自我托管或执行链上交易时遇到困难。他们通常不了解加密货币是什么，也不明白它为何重要。

一种方法是，展示你的 DePIN 协议可以带来的价值——而不提及它运行在加密货币的基础设施上。一旦现有的行业参与者认真考虑整合，或者能理解新协议所带来的价值，他们就能更容易接受加密货币的概念。更广泛地说：开发者应该根据他们所接触的受众来传达协议的附加价值，并构建与受众情感相连接的叙事。

从战术上讲，与现有网络的接口通常需要一些早期的中介作用和精心的实体结构，这些结构可能高度依赖于协议所针对的特定物理领域。

企业销售也是 DePIN 协议面临的一大挑战。企业销售通常是一个高端、耗时且定制化的过程。客户希望能找到一个“责任人”，即有直接责任的个人。而在 DePIN 网络中，无法由某一个人或公司代表整个网络，或进行传统的企业销售流程。

一种解决方案是让 DePIN 协议通过与中心化公司合作作为初期分销伙伴，来转售服务。例如，一家中心化的移动通信公司直接向普通消费者销售服务，并收取美元，而实际上使用去中心化的电信网络来提供服务。这种方式将加密钱包和自我托管钱包的复杂性抽象化，并隐藏了产品中的“加密”特性。通过中心化公司分销 DePIN 网络服务的方式可以被称为“DePIN 鱼头”，就像“DeFi 鱼头”已经成为金融服务领域的一种流行模式一样。

3. DePIN 的难点：验证

构建 DePIN 协议最困难的部分是 验证。而验证非常重要：它是确保客户获得他们所支付服务的唯一明确方式，也是确保服务提供者得到正确报酬的关键。

3.1 点对池 vs. 点对点

大多数 DePIN 项目采用了 点对池（peer-to-pool） 模式，在这种模式中，客户向网络发出请求，网络从中选择一个提供者来响应客户的需求。重要的是，这也意味着客户是向网络支付费用，而网络再支付给提供者。

另一种选择是 点对点（peer-to-peer） 模式，在这种模式中，客户直接向提供者请求服务。这意味着客户必须有某种方式来发现一组提供者，并选择他们希望合作的那一个。同时，这也意味着客户直接向提供者支付费用。

在 点对池（peer-to-pool） 模式中，验证比在 点对点（peer-to-peer） 模式中更为重要。在后者中，虽然提供者或客户有可能撒谎，但因为客户是直接向提供者支付费用，所以任何一方都可以在没有需要向网络证明谎言的情况下，发现对方的谎言，并选择停止交易。而在点对池模式中，网络需要有一种方式来裁定客户和提供者之间的争议。提供者通常会同意为网络分配的任何客户提供服务，作为加入网络的条件，因此，防止或解决客户/提供者争议的唯一方法是采用某种去中心化的验证方法。

DePIN 项目选择 点对池（peer-to-pool） 设计有两个原因。首先，点对池使得项目更容易通过使用本地代币提供补贴。其次，它能够提供更好的用户体验，并减少使用网络所需的链下基础设施。一个典型的例子是 DePIN 之外的 点对池 DEX（去中心化交易所）（如 Uniswap）与 点对点 DEX（如 0x）之间的区别。

代币很重要，因为它们有助于解决网络建设中的 冷启动问题。为了建立网络效应（无论是在 Web2 还是 Web3 中），项目通常通过某种补贴的形式为用户提供强大的价值。有时，这种补贴是直接的经济激励，比如降低成本；有时，它则是一个无法扩展的附加值服务。代币通常提供一种财务补贴，同时帮助构建社区，并让客户在网络发展的过程中拥有发言权。

点对池（peer-to-pool） 模式允许用户支付 X，而提供者收到的支付为 Y，其中 X < Y。通常，这种情况之所以可行，是因为 DePIN 项目创建了本地代币并用它来奖励提供者。本地代币的奖励 Y 可以大于客户支付的 X，因为投机者购买代币并将其价值高估（在网络尚未使用之前，代币的初始价值通常非常低或为零）。最终目标是，提供者在提供服务时变得更加高效，DePIN 项目建立了网络效应，从而使 X > Y，DePIN 项目可以将 X 与 Y 之间的差额作为协议收入。

点对点（peer-to-peer） 模式使得代币奖励作为补贴变得更加困难。如果客户支付 X，而提供者收到 Y，其中 X < Y，并且客户与提供者可以直接互动，那么提供者可能会假装从自己那里购买服务——这就是典型的“自我交易”。由于 DePIN 协议是去中心化的，目前没有好的方法在不增加中心化或采用点对池模式的情况下解决这个问题。

3.2 自我交易

自我交易 是指用户同时充当客户和提供者，目的是与自己进行交易，以从网络中提取价值。这显然是有害的，大多数 DePIN 项目试图解决自我交易问题。最简单的解决方案是不提供补贴或代币激励，但这会使解决冷启动问题变得更加困难。

如果自我交易者为自己提供服务的成本为零，那么自我交易可能尤其有害，这通常是事实。为了缓解自我交易，最常见的解决方案是要求提供者质押代币，通常是本地代币，并根据质押权重将客户请求分配给提供者。

质押并不能完全解决自我交易问题，因为对于大规模提供者（即质押了大量代币的提供者）来说，他们仍然可能从分配给自己的客户请求中获利。例如，如果提供者的奖励是客户支付成本的五倍，那么一个拥有 25% 质押代币的提供者将获得五个代币的奖励，而每花费四个代币。这是假设自我交易者为自己提供服务的成本为零，并且自我交易者从分配给其他提供者的请求中获得的利益为零。如果自我交易者可以从分配给其他提供者的请求中获得某些好处或价值，那么对于特定的客户支付成本与提供者奖励的比例，自我交易者可能会提取更多的价值。

3.3 验证方法

既然我们已经了解了验证为什么是一个如此关键的问题，接下来我们将讨论 DePIN 项目可以考虑的不同验证机制。

共识

大多数区块链使用共识机制（结合像工作量证明 PoW 或权益证明 PoS 这样的 Sybil 抵抗机制）。将“共识”重新表述为“重新执行”是有用的，因为它突出了区块链网络中形成共识的每个节点通常必须重新执行网络处理的每个计算。（对于模块化区块链或将共识、执行和数据可用性分离的区块链架构，这不一定成立。）重新执行通常是必要的，因为网络中的每个节点通常都被假定为会表现出拜占庭行为。换句话说，节点必须相互检查彼此的工作，因为它们不能互相信任。当有新的状态更改被提议时，每个验证区块链的节点必须执行该状态更改。这可能涉及大量的重新执行！例如，撰写本文时，Ethereum 就有超过 6000 个节点。

重新执行通常是透明的，除非区块链使用受信执行环境（有时也叫做硬件或安全 enclave）或完全同态加密。更多信息请见下文。

正确执行证明（有效性汇总，ZEXE 等）

与其让区块链网络中的每个节点重新执行每个状态更改，不如让一个节点执行给定的状态更改，并生成一个证明，证明该节点正确执行了状态更改。正确执行的证明比重新执行计算本身更快验证（这个特性使得证明简洁）。这种证明的最常见形式是 SNARK（简洁非交互式知识论证）或 STARK（简洁透明知识论证）。SNARK 和 STARK 通常会扩展为零知识证明，揭示关于所证明陈述的任何信息。因此，你经常会听到 SNARKs/STARKs 和 ZK 证明在压缩计算证明的目的下被混用。

使用正确执行证明的区块链类型中，最为人熟知的可能是零知识汇总（ZKR）。ZKR 是一个 L2 区块链，继承了某个基础区块链的安全性。ZKR 批处理交易，生成证明这些交易已正确执行，然后将证明发布到 L1 进行验证。

正确执行证明通常用于扩展性和性能、隐私，或者两者兼有。zkSync、Aztec、Aleo 和 Ironfish 都是很好的例子。正确执行证明还可以应用于其他领域。Filecoin 将 ZK-SNARK 用于其存储证明（Proof of Storage）。正确执行证明已经开始应用于机器学习推理、机器学习训练、身份验证等领域。

随机抽样 / 统计测量

解决 DePIN 项目验证问题的另一种方法是随机抽取提供者，并测量他们是否正确响应客户请求。通常，这些“挑战”请求会根据提供者在网络中的质押权重按比例分配，这有助于解决验证和自交易问题。由于许多 DePIN 项目为提供者的可用性提供了大额奖励（提供者的可用性奖励通常大于为客户请求提供服务的奖励），随机抽样允许网络确保提供者确实可用。挑战请求偶尔会被路由到提供者，如果提供者正确回答请求，并且请求的哈希值超过某个难度阈值，那么该提供者将获得相当于区块奖励的奖励。这激励理性提供者正确回答客户请求，前提是提供者无法区分客户请求和挑战请求。某种形式的随机抽样已在以网络为重点的 DePIN 项目（如 Nym、Orchid、Helium）中获得了最大的应用。

随机抽样比共识更具可扩展性，因为样本的数量相对于网络中状态变化的数量可能非常少。

受信硬件

受信硬件对于隐私保护（如上所述）非常有用，但它也可以用于验证传感器数据。对于 DePIN 项目来说，去中心化验证的最大挑战之一是，DePIN 项目必须本质上处理预言机问题（以无信任或最小信任的方式将现实世界数据引入区块链）。受信硬件允许网络根据来自现实世界传感器数据的结果来裁定任何客户/提供者的争议。

受信硬件通常存在漏洞，因此最适合作为短期到中期的务实解决方案，或作为深度防御的另一层。最常见的受信执行环境（TEE）包括 Intel SGX、Intel TDX 和 ARM TrustZone。像 Oasis、Secret Network 和 Phala 等区块链都使用了 TEE，而 SAUVE 也计划使用 TEE。

白名单和审计

通常，对于验证来说，最务实且技术复杂度最低的解决方案是将特定的物理设备列入白名单，允许其参与 DePIN 协议，并通过让人工审计员审查日志和遥测数据来确保提供者正确地为客户提供服务。

更具体地说，这通常涉及构建具有嵌入签名密钥的定制硬件，要求所有参与网络的硬件都必须从经过验证的制造商那里购买。制造商随后将一组嵌入密钥列入白名单，只有使用白名单密钥对签名的数据才会被网络接受。这也假设从设备中提取嵌入的密钥非常困难，并且制造商能够准确报告每个设备中嵌入的密钥。通常需要人工审计来解决这些挑战。

最后，为了确保服务的正确提供，DePIN 协议通常会使用协议治理选举一名“审计员”，该审计员负责寻找恶意行为并将其报告给协议。审计员是人工的，能够检测出标准化协议难以识别的巧妙攻击，但一旦被识别，通常对人类来说相对明显。通常，审计员有权提交潜在的惩罚（如削减奖励）给协议治理，或者直接触发削减事件。这也假设协议治理会以协议的最佳利益为行动依据，并面临任何社会共识中涉及的人工激励挑战。

最佳方法？

鉴于潜在验证选择的广泛范围，对于新的 DePIN 协议来说，决定最佳的验证方法通常是困难的。

共识和证明通常不适用于验证。DePIN 协议处理的是物理服务，而共识或证明只能对计算（数字化的，而非物理的）状态变化提供强有力的保证。要使用共识或证明来验证 DePIN 协议，您还必须使用一个 oracle（预言机），而这通常会带来一套（通常较弱的）信任假设。

随机抽样非常适合 DePIN 协议，因为它具有高效性和博弈论性质，能够在物理服务上良好运作。可信硬件和白名单通常是最好的起步方式，因为它们最简单，但也最集中化，且不太可能长期有效。

为什么 DePIN 重要

加密货币之所以流行，是因为人们希望将货币控制权从国家手中剥离，但更为重要的服务——基本的互联网连接、电力和水资源——却将权力集中在少数人手中。通过去中心化这些网络，我们不仅可以创造一个更加自由的社会，还能创造一个更加高效和繁荣的社会。

去中心化的未来意味着许多人——而不仅仅是那少数几个人——可以贡献出更好的解决方案。它的根本理念是，人类的潜在资本无处不在。如果你对去中心化金融系统或去中心化开发平台感到兴奋，不妨看看我们日常使用的其他许多基本网络服务。