節選自《區塊鏈應用藍皮書：中國區塊鏈應用發展研究報告（2020）》

區塊鏈構建了一個分布式點對點的系統，作為一種安全可驗證的分散確認事務的機制，廣泛應用于金融經濟、物聯網、大數據、邊云計算和邊緣智能領域。

1、區塊鏈賦能的邊緣智能與物聯網

在無人駕駛等高動態、超低延時、資源受限、數據與計算解耦的邊緣智能與物聯網的應用場景下，區塊鏈技術可以有效加速邊緣人工智能與物聯網計算的落地，其具有的安全可信、隱私保護、細粒度激勵等特點則為邊緣人工智能與物聯網帶來了新的機遇。

邊緣人工智能計算中的節點本身及在相互通信的過程中可能會遭受網絡攻擊，而以區塊鏈作為底層支撐的可信邊緣人工智能計算架構更適合于多變邊緣計算環境下的AI場景；

參與邊緣智能的節點可能存在惡意行為，或者對于為系統做貢獻的行為缺乏足夠的激勵，同時信息與數據作為人工智能的核心是不可或缺的，而區塊鏈技術可以有效激勵邊緣智能場景中信息與數據的共享與交換；

區塊鏈可以有效提升邊緣人工智能計算系統中數據管理、存儲和傳輸的安全性。

盡管將區塊鏈技術融合邊緣智能和物聯網具有諸多優勢，但是區塊鏈賦能的融合技術也存在許多的技術挑戰。

盡管將區塊鏈技術融合邊緣智能和物聯網具有諸多優勢，但是區塊鏈賦能的融合技術也存在許多的技術挑戰。區塊鏈本身的性能問題會在一定程度上限制其技術在邊緣智能與物聯網環境中的應用，尤其是事務吞吐量、交易確認時延、區塊容量等問題。對于硬件能力十分有限的邊緣設備來說，事務數量很難在本地保存完整的區塊鏈賬本，因此未來應該探索對資源有限設備更加友好的區塊鏈。

構建跨域/泛中心網絡中的分布式信任

在邊緣智能計算的場景中，存在著更多設備與設備之間的合作。區塊鏈以其不可篡改性保證記錄數據的真實性，以其可追溯性和共識機制有助于確認記錄數據的可靠性，因而可以在跨域/開放網絡中更好地構建信任，但這一方面研究的難點在于：如何通過模擬實驗來驗證所提方案的有效性，如何設定信任的衡量方式，以及如何模擬部分節點不同程度的“不可信”情況。

群智計算與數據隱私的權衡

區塊鏈具有匿名性、分散性、安全性等關鍵特性，因而被認為能夠方便、高效、可靠、安全地應對系統中的安全和隱私問題。但是，這些基于密碼學中的算法還需要進一步設計與研究，比如交互式的零知識通信協議過于復雜，以致容易受到惡意軟件的攻擊；若采用非交互式簡潔零知識證明技術，其證明過程需要大量的內存，這意味著在受限設備上很難使用。

2、區塊鏈賦能的邊緣計算與物聯網

在物聯網時代，幾乎所有的電子設備都是物聯網的一部分，它們是數據的生產者和消費者。在未來幾年之內，這些終端電子設備的數量將會突破十億，由這些終端產生的原始數據量是巨大的。如果只依靠云端進行處理，將會給云計算帶來巨大挑戰，過去以計算資源集中為特色的云計算模式已經無法物聯網的泛在計算需求，邊緣計算正在成為滿足物聯網的智能計算支撐平臺。

目前，業界已經在物聯網領域中開展了許多區塊鏈技術與邊緣計算的融合研究。然而，這些解決方案在數據安全、隱私保護、訪問控制、資源管理等方面仍有欠缺：

(1)數據安全：

在物聯網邊緣計算中，攻擊者可能使用分布式拒絕服務攻擊增加中心服務器的計算負擔，進而影響數據傳輸的正確性。使用區塊鏈技術可以進行去中心化的任務分配和調度，從而有效緩解攻擊帶來的危害。

（2）隱私保護：

在物聯網邊緣計算場景下進行隱私保護也是一個全新的挑戰，可以利用受區塊鏈保護的智能合約對用戶自定義的敏感數據進行加密，并提供安全可信的條件訪問和解密查詢方法。

(3)訪問控制：

借助可信任的區塊鏈技術，可以進一步拓展物聯網邊緣計算訪問控制的功能。例如，針對物聯網中集中式授權造成的性能瓶頸或單點故障，可以利用區塊鏈技術對大型物聯網系統中的設備、服務和信息進行有效的訪問控制。

（4）資源管理：

邊緣計算將計算任務遷移到附近的節點中處理，來緩解遠程云服務器的壓力，降低網絡時延?，F有的區塊鏈技術，大多需要強大的計算能力與能量消耗的支持。結合邊緣計算的特點，可以將構建區塊鏈所需的計算任務卸載到邊緣計算節點中，實現區塊鏈的快速構建。

3、區塊鏈賦能的軟件定義網絡與物聯網

軟件定義網絡（Software-Defined Networking, SDN）是一種新型網絡架構模型，其最大的優勢是在于將網絡中的數據平面和控制平面的解耦合，分離的數據平面和控制平面，打破了傳統網絡的網絡結構格局。并且，SDN具有網絡全局拓撲，可以通過控制器管理數據流的轉發，能夠完成設備和數據的集中管理；簡化了數據平面的傳輸流程，統一的南北向接口在提升架構擴展性的同時，還實現了網絡的可編程化。因此，SDN為物聯網的實現提供了有效的解決方案。

然而，SDN為物聯網帶來種種優點的同時，也帶來了新的挑戰，包括如下幾方面：

(1)服務質量問題：

由于集中式控制器的存在，在廣域網范圍內會存在實時調度服務質量底下的問題，無法滿足物聯網的QoS需求。

（2）服務安全問題：

SDN 控制器在網絡控制決策中的決定性地位，很容易成為攻擊者的目標，存在的 DDoS/DoS 攻擊、非法訪問、單點失效等安全問題，使得系統為合法用戶服務的質量下降，甚至無法提供服務。

基于區塊鏈的去中心化、不可篡改、可追溯、高可信和高可用的特性，可以有效地緩解上述問題：利用區塊鏈的智能合約技術賦予不同SDN控制器自主進行資源拍賣能力，以此確定不同業務對各類資源使用的優先級，并組成由不同資源連接而成的功能服務鏈。對于各種功能服務鏈形成的隊列，使用包含優先級調度模型、QoS框架模型的多跳模型來保證隊列滿足物聯網QoS下的合理調度要求。

使用區塊鏈技術，在各 SDN 控制器上構建一個由一個可讀取、可添加、不可篡改的分布式數據庫組成的區塊鏈存儲，共同維護區塊的記錄列表；并利用高效安全的共識算法對區塊的消息進行驗證，并建立分析模型對安全性以及性能進行分析。

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