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區塊鏈與物聯網融合發展的(Of)機遇與挑戰

發布時(Hour)間：2021-01-16

區塊鏈構建了(Got it)一(One)個(Indivual)分布式點對點的(Of)系統，作(Do)爲(For)一(One)種安全可驗證的(Of)分散确認事務的(Of)機制，廣泛應用(Use)于(At)金融經濟、物聯網、大(Big)數據、邊雲計算和(And)邊緣智能領域。

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區塊鏈賦能的(Of)邊緣智能與物聯網
在(Exist)無人(People)駕駛等高動态、超低延時(Hour)、資源受限、數據與計算解耦的(Of)邊緣智能與物聯網的(Of)應用(Use)場景下，區塊鏈技術可以(By)有效加速邊緣人(People)工智能與物聯網計算的(Of)落地，其具有的(Of)安全可信、隐私保護、細粒度激勵等特點則爲(For)邊緣人(People)工智能與物聯網帶來了(Got it)新的(Of)機遇。
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邊緣人(People)工智能計算中的(Of)節點本身及在(Exist)相互通信的(Of)過程中可能會遭受網絡攻擊，而以(By)區塊鏈作(Do)爲(For)底層支撐的(Of)可信邊緣人(People)工智能計算架構更适合于(At)多變邊緣計算環境下的(Of)AI場景；

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參與邊緣智能的(Of)節點可能存在(Exist)惡意行爲(For)，或者對于(At)爲(For)系統做貢獻的(Of)行爲(For)缺乏足夠的(Of)激勵，同時(Hour)信息與數據作(Do)爲(For)人(People)工智能的(Of)核心是(Yes)不(No)可或缺的(Of)，而區塊鏈技術可以(By)有效激勵邊緣智能場景中信息與數據的(Of)共享與交換；

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區塊鏈可以(By)有效提升邊緣人(People)工智能計算系統中數據管理、存儲和(And)傳輸的(Of)安全性。

盡管将區塊鏈技術融合邊緣智能和(And)物聯網具有諸多優勢，但是(Yes)區塊鏈賦能的(Of)融合技術也存在(Exist)許多的(Of)技術挑戰。

區塊鏈本身的(Of)性能問題會在(Exist)一(One)定程度上(Superior)限制其技術在(Exist)邊緣智能與物聯網環境中的(Of)應用(Use)，尤其是(Yes)事務吞吐量、交易确認時(Hour)延、區塊容量等問題。對于(At)硬件能力十分有限的(Of)邊緣設備來說，事務數量很難在(Exist)本地保存完整的(Of)區塊鏈賬本，因此未來應該探索對資源有限設備更加友好的(Of)區塊鏈。

——構建跨域/泛中心網絡中的(Of)分布式信任——

在(Exist)邊緣智能計算的(Of)場景中，存在(Exist)着更多設備與設備之間的(Of)合作(Do)。區塊鏈以(By)其不(No)可篡改性保證記錄數據的(Of)真實性，以(By)其可追溯性和(And)共識機制有助于(At)确認記錄數據的(Of)可靠性，因而可以(By)在(Exist)跨域/開放網絡中更好地構建信任，但這(This)一(One)方面研究的(Of)難點在(Exist)于(At)：如何通過模拟實驗來驗證所提方案的(Of)有效性，如何設定信任的(Of)衡量方式，以(By)及如何模拟部分節點不(No)同程度的(Of)“不(No)可信”情況。
——群智計算與數據隐私的(Of)權衡——
區塊鏈具有匿名性、分散性、安全性等關鍵特性，因而被認爲(For)能夠方便、高效、可靠、安全地應對系統中的(Of)安全和(And)隐私問題。但是(Yes)，這(This)些基于(At)密碼學中的(Of)算法還需要(Want)進一(One)步設計與研究，比如交互式的(Of)零知識通信協議過于(At)複雜，以(By)緻容易受到惡意軟件的(Of)攻擊；若采用(Use)非交互式簡潔零知識證明技術，其證明過程需要(Want)大(Big)量的(Of)内存，這(This)意味着在(Exist)受限設備上(Superior)很難使用(Use)。

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區塊鏈賦能的(Of)邊緣計算與物聯網
在(Exist)物聯網時(Hour)代，幾乎所有的(Of)電子設備都是(Yes)物聯網的(Of)一(One)部分，它們是(Yes)數據的(Of)生産者和(And)消費者。在(Exist)未來幾年之内，這(This)些終端電子設備的(Of)數量将會突破十億，由這(This)些終端産生的(Of)原始數據量是(Yes)巨大(Big)的(Of)。如果隻依靠雲端進行處理，将會給雲計算帶來巨大(Big)挑戰，過去以(By)計算資源集中爲(For)特色的(Of)雲計算模式已經無法物聯網的(Of)泛在(Exist)計算需求，邊緣計算正在(Exist)成爲(For)滿足物聯網的(Of)智能計算支撐平台。
目前，業界已經在(Exist)物聯網領域中開展了(Got it)許多區塊鏈技術與邊緣計算的(Of)融合研究。然而，這(This)些解決方案在(Exist)數據安全、隐私保護、訪問控制、資源管理等方面仍有欠缺：


數據安全

在(Exist)物聯網邊緣計算中，攻擊者可能使用(Use)分布式拒絕服務攻擊增加中心服務器的(Of)計算負擔，進而影響數據傳輸的(Of)正确性。使用(Use)區塊鏈技術可以(By)進行去中心化的(Of)任務分配和(And)調度，從而有效緩解攻擊帶來的(Of)危害。



隐私保護

在(Exist)物聯網邊緣計算場景下進行隐私保護也是(Yes)一(One)個(Indivual)全新的(Of)挑戰，可以(By)利用(Use)受區塊鏈保護的(Of)智能合約對用(Use)戶自定義的(Of)敏感數據進行加密，并提供安全可信的(Of)條件訪問和(And)解密查詢方法。



訪問控制

借助可信任的(Of)區塊鏈技術，可以(By)進一(One)步拓展物聯網邊緣計算訪問控制的(Of)功能。例如，針對物聯網中集中式授權造成的(Of)性能瓶頸或單點故障，可以(By)利用(Use)區塊鏈技術對大(Big)型物聯網系統中的(Of)設備、服務和(And)信息進行有效的(Of)訪問控制。



資源管理

邊緣計算将計算任務遷移到附近的(Of)節點中處理，來緩解遠程雲服務器的(Of)壓力，降低網絡時(Hour)延。現有的(Of)區塊鏈技術，大(Big)多需要(Want)強大(Big)的(Of)計算能力與能量消耗的(Of)支持。結合邊緣計算的(Of)特點，可以(By)将構建區塊鏈所需的(Of)計算任務卸載到邊緣計算節點中，實現區塊鏈的(Of)快速構建。

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區塊鏈賦能的(Of)軟件定義網絡與物聯網
軟件定義網絡（Software-Defined Networking, SDN）是(Yes)一(One)種新型網絡架構模型，其最大(Big)的(Of)優勢是(Yes)在(Exist)于(At)将網絡中的(Of)數據平面和(And)控制平面的(Of)解耦合，分離的(Of)數據平面和(And)控制平面，打破了(Got it)傳統網絡的(Of)網絡結構格局。并且，SDN具有網絡全局拓撲，可以(By)通過控制器管理數據流的(Of)轉發，能夠完成設備和(And)數據的(Of)集中管理；簡化了(Got it)數據平面的(Of)傳輸流程，統一(One)的(Of)南北向接口在(Exist)提升架構擴展性的(Of)同時(Hour)，還實現了(Got it)網絡的(Of)可編程化。因此，SDN爲(For)物聯網的(Of)實現提供了(Got it)有效的(Of)解決方案。
然而，SDN爲(For)物聯網帶來種種優點的(Of)同時(Hour)，也帶來了(Got it)新的(Of)挑戰，包括如下幾方面：

(1)服務質量問題：由于(At)集中式控制器的(Of)存在(Exist)，在(Exist)廣域網範圍内會存在(Exist)實時(Hour)調度服務質量底下的(Of)問題，無法滿足物聯網的(Of)QoS需求。

(2)服務安全問題：SDN 控制器在(Exist)網絡控制決策中的(Of)決定性地位，很容易成爲(For)攻擊者的(Of)目标，存在(Exist)的(Of) DDoS/DoS 攻擊、非法訪問、單點失效等安全問題，使得系統爲(For)合法用(Use)戶服務的(Of)質量下降，甚至無法提供服務。

基于(At)區塊鏈的(Of)去中心化、不(No)可篡改、可追溯、高可信和(And)高可用(Use)的(Of)特性，可以(By)有效地緩解上(Superior)述問題：

(1)利用(Use)區塊鏈的(Of)智能合約技術賦予不(No)同SDN控制器自主進行資源拍賣能力，以(By)此确定不(No)同業務對各類資源使用(Use)的(Of)優先級，并組成由不(No)同資源連接而成的(Of)功能服務鏈。對于(At)各種功能服務鏈形成的(Of)隊列，使用(Use)包含優先級調度模型、QoS框架模型的(Of)多跳模型來保證隊列滿足物聯網QoS下的(Of)合理調度要(Want)求。

（2）使用(Use)區塊鏈技術，在(Exist)各 SDN 控制器上(Superior)構建一(One)個(Indivual)由一(One)個(Indivual)可讀取、可添加、不(No)可篡改的(Of)分布式數據庫組成的(Of)區塊鏈存儲，共同維護區塊的(Of)記錄列表；并利用(Use)高效安全的(Of)共識算法對區塊的(Of)消息進行驗證，并建立分析模型對安全性以(By)及性能進行分析。


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