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区块链与物联网融合发展的机遇和挑战是什么?

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区块链与物联网融合发展都会有哪些机遇与挑战

区块链构建分布式对等系统。作为一种安全、可验证的去中心化交易确认机制,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。

区块链赋能与物联网的边缘智能

在边缘智能和物联网高动态、超低时延、资源有限、数据和计算解耦的应用场景中,区块链技术可以有效加速边缘人工智能和物联网计算的落地。其安全可信、隐私保护、细粒度激励的特点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的节点自身和相互通信过程中可能受到网络攻击,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多变边缘计算环境下的AI场景;

边缘智能中涉及的节点可能具有恶意行为,或者缺乏足够的动机来为系统做出贡献。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激发边缘智能场景中信息和数据的共享和交换;

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。

虽然区块链技术与边缘智能和物联网的融合有很多优势,但区块链赋能的融合技术也存在很多技术挑战。区块链本身的性能问题会在一定程度上限制其技术在边缘智能和物联网环境下的应用,尤其是交易吞吐量、交易确认延迟、阻塞容量等问题。对于硬件能力非常有限的边缘设备来说,交易数量很难在本地保持一个完整的区块链账本,所以我们应该在未来探索一个对资源有限的设备更加友好的区块链。

在跨域/泛中心网络中构建分布式信任

在边缘智能计算的场景下,设备之间的协作更多。区块链因其不可篡改性保证了记录数据的真实性,其可追溯性和共识机制有助于确认记录数据的可靠性,因此可以更好地在跨域/开放网络中建立信任。然而,这方面的难点在于:如何通过仿真实验验证所提出方案的有效性,如何设置信任的度量方法,以及如何模拟部分节点不同程度的“不可信”。

智能计算和数据隐私之间的权衡

区块链具有匿名性、去中心化、安全性等关键特征。所以被认为是方便、高效、可靠、安全的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,无法被恶意软件攻击。如果采用非交互简洁的零知识证明技术,证明过程需要大量内存,这意味着很难在受限设备上使用。

区块链赋能与物联网的边缘计算

物联网时代,几乎所有的电子设备都是物联网的一部分。他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十亿,这些终端产生的原始数据量是巨大的。如果仅仅依靠云端进行处理,会给云计算带来很大的挑战。以往以集中计算资源为特征的云计算模式已经无法满足物联网的泛在计算需求,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,业界已经对物联网领域的区块链技术和边缘计算的融合进行了很多研究。然而,这些解决方案在数据安全、隐私保护、访问控制、资源管理等方面仍然存在不足:

数据安全性:

在物联网的边缘计算中,攻击者可能会使用分布式拒绝服务攻击来攻击物联网

物联网边缘计算场景下的隐私保护也是一个全新的挑战。您可以使用区块链保护的智能合约来加密用户自定义的敏感数据,并提供安全可信的条件访问和解密查询方法。

访问控制:

借助可信区块链技术,物联网边缘计算的访问控制功能可以进一步扩展。例如,针对物联网中集中授权导致的性能瓶颈或单点故障,可以利用区块链技术有效控制大型物联网系统中设备、服务和信息的访问。

资源管理:

边缘计算将计算任务迁移到附近的节点,以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,可以将建设区块链所需的计算任务卸载到边缘计算节点上,从而实现区块链的快速建设。

支持区块链的软件定义网络和物联网

软件定义网络(SDN)是一种新的网络架构模型。其最大的优势在于网络中数据平面和控制平面的解耦,打破了传统网络的网络结构。而且SDN具有全局网络拓扑,可以通过控制器管理数据流的转发,可以完成设备和数据的集中管理;简化了数据平面的传输过程,统一的南北接口既提高了架构的可扩展性,又实现了网络的可编程性。因此,SDN为物联网的实现提供了有效的解决方案。

然而,SDN在为物联网带来优势的同时,也带来了新的挑战,包括以下几个方面:

服务质量问题:

由于集中控制器的存在,在广域网中实时调度服务质量下会出现问题,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,很容易成为攻击者的攻击目标。现有的安全问题如DDoS/DoS攻击、非法访问、单点故障等。使系统对合法用户的服务质量下降,甚至无法提供服务。

基于区块链的去中心化、不可篡改、可追溯、高可信、高可用等特点,可以有效缓解上述问题:

利用区块链的智能合约技术,赋予不同SDN控制器独立拍卖资源的能力,从而确定不同业务对各种资源的优先级,形成不同资源连接的功能服务链。对于各种功能服务链形成的队列,采用包括优先级调度模型和QoS框架模型的多跳模型,保证队列在物联网的QoS下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、可附着、不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该模块的消息进行验证,并建立分析模型对其安全性和性能进行分析。

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