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区块链与物联网融合的机遇与挑战

币世界-区块链与物联网融合发展的机遇与挑战

区块链构建了一个分布式的点到点系统。作为一种安全可验证的分散确认交易机制,广泛应用于金融经济、物联网、大数据、边缘云计算、边缘智能等领域。

1通过区块链实现边缘智能和物联网

在高动态、超低延迟、资源受限、数据与计算脱钩的边缘智能与物联网无人驾驶等应用场景中,区块链技术可以有效加速边缘人工智能与物联网计算的实施及其安全、隐私保护,细粒度的激励等特性为边缘人工智能和物联网带来了新的机遇。

边缘人工智能计算中以及相互通信过程中的节点可能遭受网络攻击,以区块链为底层支撑的可信边缘人工智能计算架构更适合于边缘计算环境多变的人工智能场景;

同时,信息和数据作为人工智能的核心不可或缺,区块链技术可以有效鼓励边缘智能场景中的信息和数据共享与交换;

区块链可以有效提高边缘人工智能计算系统中数据管理、存储和传输的安全性。

尽管区块链技术与边缘智能、物联网的融合具有诸多优势,但区块链使能技术的融合也面临诸多技术挑战。区块链本身的性能问题将在一定程度上限制其技术在边缘智能和物联网环境中的应用,特别是在交易吞吐量、交易确认延迟、区块容量等方面。对于硬件能力有限的边缘设备,很难在本地保留一个完整的区块链账本来记录交易数量。因此,我们应该在未来探索一条对资源有限的设备更友好的区块链。

跨域/泛中心网络中分布式信任的建立

在边缘智能计算领域,设备间的协作越来越多。区块链以其不可篡改性保证了记录数据的真实性,并以其可追溯性和共识机制帮助确认记录数据的可靠性,从而在跨域/开放网络中更好地建立信任。然而,这方面的难点在于:如何通过仿真实验验证所提方案的有效性,如何设置信任度的度量方法,如何提高记录数据的可靠性,以及如何不同程度地模拟某些节点的“不可信”情况。

群体智能计算与数据隐私的权衡

区块链具有匿名性、分散性和安全性等关键特性,被认为能够方便、高效、可靠、安全地处理系统中的安全和隐私问题。然而,这些基于密码学的算法还需要进一步的设计和研究。例如,交互式零知识通信协议过于复杂,不易被恶意软件攻击;如果采用非交互式、简洁的零知识证明技术,其证明过程需要大量的内存,难以在有限的设备上使用。

2支持区块链的边缘计算和物联网

在物联网时代,几乎所有的电子设备都是物联网的一部分,它们是数据的生产者和消费者。未来几年,这些终端电子设备的数量将超过10亿台,这些终端产生的原始数据量巨大。如果仅仅依靠云进行处理,将会给云计算带来巨大的挑战。过去,以计算资源集中为特征的云计算模式已经无法满足物联网无处不在的计算需求,边缘计算正在成为满足物联网需求的智能计算支撑平台。
目前,业界对物联网领域区块链技术与边缘计算的融合进行了大量研究。然而,这些解决方案在数据安全、隐私保护、访问控制和资源管理方面仍然存在不足:

数据安全:

在物联网边缘计算中,攻击者可能利用分布式拒绝服务攻击来增加中心服务器的计算负担,进而影响数据传输的正确性。利用区块链技术可以分散任务分配和调度,从而有效缓解攻击的危害。

隐私保护:

物联网边缘计算场景中的隐私保护也是一个新的挑战。区块链保护的智能合约可用于加密用户定义的敏感数据,并提供安全可靠的条件访问和解密查询方法。

门禁:

借助可信区块链技术,可以进一步扩展物联网边缘计算访问控制的功能。例如,针对物联网集中授权造成的性能瓶颈或单点故障,可以利用区块链技术有效控制大规模物联网系统中设备、服务和信息的接入。

资源管理:

边缘计算将计算任务迁移到附近节点,减轻远程云服务器的压力,减少网络延迟。现有的区块链技术大多需要强大的计算能力和能耗的支持。结合边缘计算的特点,将构建区块链所需的计算任务卸载到边缘计算节点,实现区块链的快速构建。

三。区块链支持的软件定义网络和物联网

软件定义网络(SDN)是一种新的网络体系结构模型。它最大的优点是将网络中的数据平面和控制平面解耦,将数据平面和控制平面分开,打破了传统的网络结构。SDN具有全局网络拓扑结构,可以管理通过控制器的数据流转发,完成设备和数据的集中管理;统一的南北接口不仅提高了体系结构的可扩展性,而且实现了网络的可编程性。因此,SDN为物联网的实现提供了一个有效的解决方案。然而,SDN在给物联网带来诸多优势的同时,也带来了新的挑战,包括以下几个方面:
服务质量问题:

由于集中式控制器的存在,广域网中会出现实时调度服务质量问题,无法满足物联网的QoS要求。

服务安全问题:

SDN控制器在网络控制决策中起着决定性的作用,很容易成为攻击者攻击的目标。DDoS/DOS攻击、非法访问、单点故障等安全问题的存在,使得合法用户的服务质量下降,甚至无法提供服务。

基于区块链的分散性、防篡改性、可追溯性、高可信性和高可用性等特点,上述问题可以得到有效缓解:

利用区块链的智能合约技术,赋予不同的SDN控制器独立的资源拍卖能力,从而确定不同服务对不同资源的优先级,形成由不同资源连接的功能性服务链。对于由各种功能服务链组成的队列,采用多跳模型,包括优先级调度模型和QoS框架模型,保证在物联网QoS条件下,队列能够满足合理的调度要求。

利用区块链技术,在每个SDN控制器上构建一个由可读、可添加、可篡改的分布式数据库组成的区块链存储,共同维护区块记录列表;采用高效、安全的一致性算法对块消息进行验证,并建立分析模型对其安全性和性能进行分析。

·本文摘自《区块链应用蓝皮书:中国区块链应用与发展研究报告(2020)》,作者:高震、邱超、任晓旭、曹逸凡、汪小菲





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