邊緣計(jì)算融合區(qū)塊鏈：物聯(lián)網(wǎng)的下一個(gè)風(fēng)口？

劉玉書

邊緣計(jì)算是分布式計(jì)算技術(shù)的一種，是在靠近物聯(lián)設(shè)備終端的位置上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法。圖/視覺中國(guó)

邊緣計(jì)算與區(qū)塊鏈?zhǔn)钱?dāng)前物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域火熱的關(guān)鍵詞。但相較于業(yè)界的火爆，政府始終保持著比較審慎的態(tài)度，截至當(dāng)前，中央還沒有正式推出相關(guān)重大戰(zhàn)略。邊緣計(jì)算和區(qū)塊鏈都具有去中心化傾向，物聯(lián)網(wǎng)作為智能制造的重要領(lǐng)域如何應(yīng)對(duì)是政策評(píng)估和戰(zhàn)略發(fā)展的標(biāo)桿性問(wèn)題。

傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)將被淘汰

伴隨著近年來(lái)通用計(jì)算機(jī)設(shè)備的飛速發(fā)展，各類自動(dòng)化的智能設(shè)備開始進(jìn)入人們視野，背后是廉價(jià)傳感器和控制設(shè)備的爆炸性增長(zhǎng)。國(guó)際市場(chǎng)調(diào)研公司Gartner稱，2017年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量約達(dá)84億，比2016年的64億增長(zhǎng)31%。設(shè)備的海量增長(zhǎng)，制約傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基于服務(wù)器/客戶端的中心化架構(gòu)。即所有物聯(lián)設(shè)備都通過(guò)云實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證、連接和智能控制。

中心化的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)存在三個(gè)問(wèn)題。

一是云計(jì)算成本，例如在家庭應(yīng)用場(chǎng)景下，兩臺(tái)家電相距不到一米，也需要通過(guò)云端進(jìn)行溝通。數(shù)據(jù)匯總到單一的控制中心，企業(yè)所銷售的物聯(lián)設(shè)備越多，其中心云計(jì)算服務(wù)支出的成本會(huì)越大。由于終端物聯(lián)設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，利潤(rùn)走低，中心計(jì)算成本矛盾會(huì)越來(lái)越突出。

同時(shí)，中心化的數(shù)據(jù)收集和服務(wù)方式，無(wú)法從根本上向用戶保證數(shù)據(jù)會(huì)合法使用。用戶的數(shù)據(jù)保護(hù)完全依靠企業(yè)單方面的承諾，難以進(jìn)行有效的監(jiān)管。

第三，中心化物聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)中，一個(gè)設(shè)備被攻陷，所有的設(shè)備會(huì)受到影響。例如《麻省理工科技評(píng)論》2017年所指出的僵尸物聯(lián)網(wǎng)，可以通過(guò)感染并控制攝像頭、監(jiān)視器等物聯(lián)設(shè)備，造成大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

邊緣計(jì)算帶給物聯(lián)網(wǎng)什么？

邊緣計(jì)算是分布式計(jì)算技術(shù)的一種，是在靠近物聯(lián)設(shè)備終端的位置上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方法。通俗講，可理解為設(shè)備大部分情況下不用連接云平臺(tái)，通過(guò)局部數(shù)據(jù)計(jì)算就可以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)設(shè)備的智能控制。

邊緣計(jì)算將數(shù)據(jù)處理從云中心轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以分散到互聯(lián)網(wǎng)靠近物聯(lián)終端、傳感器和用戶的邊緣，不僅可以緩解云帶寬、計(jì)算等壓力，還可以優(yōu)化面向感知驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu)。例如家里的空調(diào)、熱水器與冰箱、安防攝像頭等可以通過(guò)邊緣計(jì)算進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)行，即使是在連接不上云服務(wù)器的情況下，也能確保最佳的節(jié)能和服務(wù)狀態(tài)。

第三方數(shù)據(jù)分析機(jī)構(gòu)IDC預(yù)測(cè)，到2020年，全球?qū)⒂屑s500億的智能設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，其中主要涉及智能手機(jī)、人體穿戴設(shè)備、個(gè)人交通工具等，其中40%的數(shù)據(jù)需要邊緣計(jì)算服務(wù)。由此可見邊緣計(jì)算有著強(qiáng)大市場(chǎng)潛力，也是當(dāng)前各服務(wù)商爭(zhēng)奪的熱點(diǎn)。

但邊緣計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合存在計(jì)算力通用性、付費(fèi)模式和數(shù)據(jù)安全三個(gè)問(wèn)題，邊緣計(jì)算當(dāng)前只是云計(jì)算的補(bǔ)充。以個(gè)人邊緣計(jì)算為例，首先是移動(dòng)場(chǎng)景切換問(wèn)題，個(gè)人在家的時(shí)候主要是在一個(gè)計(jì)算服務(wù)器就可以覆蓋的范圍內(nèi)，但如果出去跑步、逛街等就涉及到不同邊緣計(jì)算服務(wù)器的交互切換問(wèn)題，如何能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)？

邊緣設(shè)備計(jì)算力通用性也是難點(diǎn)，例如如何利用洗衣機(jī)多余的計(jì)算力來(lái)計(jì)算冰箱的數(shù)據(jù)？

第三是付費(fèi)模式的問(wèn)題，邊緣計(jì)算將原來(lái)的集中云付費(fèi)分散到了網(wǎng)絡(luò)邊緣領(lǐng)域，其中涉及多廠家設(shè)備協(xié)同參與，那么如何計(jì)費(fèi)？同時(shí)，原有集中云服務(wù)模式下需要收費(fèi)的服務(wù)在邊緣計(jì)算場(chǎng)景下可能出現(xiàn)多種替代性方案，如何計(jì)價(jià)？

最后是安全問(wèn)題，邊緣計(jì)算的分布式多終端協(xié)同數(shù)據(jù)服務(wù)模式會(huì)帶來(lái)全新的安全問(wèn)題，原有的云計(jì)算集中防御機(jī)制能否適應(yīng)新的邊緣計(jì)算應(yīng)用？從應(yīng)用場(chǎng)景看，邊緣計(jì)算目前是云計(jì)算的重要補(bǔ)充，未來(lái)的走向還未知。

區(qū)塊鏈結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)

區(qū)塊鏈技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合面臨服務(wù)托管、計(jì)算性能、響應(yīng)時(shí)間和海量存儲(chǔ)等方面的挑戰(zhàn)。

首先是數(shù)據(jù)量與系統(tǒng)性能的問(wèn)題。區(qū)塊鏈的智能合約在原理上要求每個(gè)人都有一本完整的賬本，并且有時(shí)需要追溯每一筆記錄。因此用戶規(guī)模越大，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行性能的要求就會(huì)越高，系統(tǒng)整體效能優(yōu)化難度越大。

其次是計(jì)算能力和響應(yīng)時(shí)間的問(wèn)題。分布式對(duì)等計(jì)算的時(shí)延問(wèn)題已經(jīng)是當(dāng)前公認(rèn)的難題。此外基于區(qū)塊鏈的設(shè)備對(duì)等海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的挑戰(zhàn)。理論上分布式賬簿需要存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)本身，這對(duì)現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)終端而言基本上不可能實(shí)現(xiàn)。

區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合需要應(yīng)對(duì)服務(wù)商可信度、認(rèn)證安全和法律監(jiān)管缺失三大風(fēng)險(xiǎn)。

一方面，任何由中心化組織提供的技術(shù)服務(wù)，其可信度不會(huì)超過(guò)組織本身的信譽(yù)。區(qū)塊鏈服務(wù)商也難逃以人為基本單元的中心化組織本身的規(guī)律。目前各大IT公司都在爭(zhēng)相開發(fā)區(qū)塊鏈相關(guān)的框架體系和應(yīng)用，但當(dāng)前處于區(qū)塊鏈技術(shù)的初級(jí)階段，即使是IBM等國(guó)際大公司所提供的區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用案例也處于探索階段。當(dāng)企業(yè)或者個(gè)人選擇區(qū)塊鏈服務(wù)時(shí)，服務(wù)商本身的可信程度依然是最重要的因素。

另一方面是認(rèn)證安全問(wèn)題。當(dāng)前區(qū)塊鏈基于公私鑰密碼體系保證每個(gè)人都有自己唯一的私鑰。在去中心化的狀態(tài)下，如果私鑰丟失，用戶將無(wú)法證明“自己”是“自己”，造成的損失將無(wú)法挽回。而在中心化的體系中，如銀行卡等的遺失可以前往銀行營(yíng)業(yè)點(diǎn)進(jìn)行處理.并不會(huì)導(dǎo)致賬戶控制的資金或數(shù)據(jù)的完全損失。而且，用戶在區(qū)塊鏈中是透明的，會(huì)給用戶帶來(lái)隱私安全方面的隱患。

另一個(gè)重要的風(fēng)險(xiǎn)是法律監(jiān)管的缺失。區(qū)塊鏈發(fā)展至今仍然是一個(gè)全新的領(lǐng)域，沒有任何法律或監(jiān)管規(guī)則，這給物聯(lián)網(wǎng)制造商和區(qū)塊鏈服務(wù)提供商帶來(lái)了前所未有的自由度，也同時(shí)給用戶帶來(lái)了更多不確定性。

“去中心化”作為區(qū)塊鏈的核心優(yōu)勢(shì)已在過(guò)去十年中被不斷強(qiáng)調(diào)。但區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展至今，我們發(fā)現(xiàn)依然存在一個(gè)三元悖論：去中心化的區(qū)塊鏈體系中，受制于現(xiàn)有的計(jì)算能力，區(qū)塊鏈的安全性、低成本、易用性三者只能兼顧其二。

要解決上述問(wèn)題，一個(gè)相對(duì)可行的辦法就是請(qǐng)服務(wù)商（中介）進(jìn)行委托管理，或者直接使用區(qū)塊鏈服務(wù)商的平臺(tái)。因此，在區(qū)塊鏈參與個(gè)體計(jì)算力不對(duì)等的情況下，區(qū)塊鏈的“去中心化”會(huì)轉(zhuǎn)變成“去中介化”的問(wèn)題。而在國(guó)家層面上。政策落腳點(diǎn)是在區(qū)塊鏈平臺(tái)還是在區(qū)塊鏈本身？這依然需要時(shí)間觀察。

邊緣計(jì)算與區(qū)塊鏈融合是物聯(lián)網(wǎng)的下一步

物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備有限的計(jì)算能力和可用耗能是制約區(qū)塊鏈應(yīng)用的重要瓶頸，但邊緣計(jì)算可以解決這一問(wèn)題。以移動(dòng)邊緣計(jì)算為例，移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器可以替終端設(shè)備完成工作量證明（Proof-Of-Work）、加密和達(dá)成可能性共識(shí)等計(jì)算任務(wù)。

邊緣計(jì)算與區(qū)塊鏈融合能提高物聯(lián)設(shè)備整體效能。以物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備群為例，一方面移動(dòng)邊緣計(jì)算可以充當(dāng)物聯(lián)設(shè)備的“局部大腦”，存儲(chǔ)和處理同一場(chǎng)景中不同物聯(lián)設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)，并優(yōu)化和修正各種設(shè)備的工作狀態(tài)和路徑，從而達(dá)到場(chǎng)景整體應(yīng)用最優(yōu)。

另一方面，物聯(lián)終端設(shè)備可以將數(shù)據(jù)“寄存”到邊緣計(jì)算服務(wù)器，并在區(qū)塊鏈技術(shù)的幫助下保證數(shù)據(jù)的可靠性和安全性，同時(shí)也為將來(lái)物聯(lián)設(shè)備按服務(wù)收費(fèi)等多種發(fā)展方式提供了可能性。

所以，物聯(lián)網(wǎng)中邊緣計(jì)算與區(qū)塊鏈的結(jié)合是大勢(shì)所趨。

邊緣計(jì)算與區(qū)塊鏈的融合需要解決安全、計(jì)算資源分配不均等問(wèn)題。在邊緣計(jì)算應(yīng)用場(chǎng)景下，受邊緣計(jì)算服務(wù)器實(shí)際計(jì)算力的限制，在具有私有性的物聯(lián)網(wǎng)體系中，比較現(xiàn)實(shí)可行的方法是采用“白名單制”。即免去“挖礦”達(dá)成共識(shí)機(jī)制過(guò)程，但是如果有設(shè)備冒充物聯(lián)網(wǎng)終端白名單設(shè)備與移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器進(jìn)行交互，則很容易引發(fā)安全問(wèn)題。

另外，因?yàn)橐苿?dòng)物聯(lián)設(shè)備本身PoW能力較弱，或者根本不具備挖礦能力，所以需要通過(guò)移動(dòng)邊緣計(jì)算服務(wù)器進(jìn)行。那么在多物聯(lián)終端委托統(tǒng)一邊緣計(jì)算服務(wù)器進(jìn)行計(jì)算時(shí)，資源如何分配？通過(guò)什么樣的共識(shí)機(jī)制能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)？目前相關(guān)研究較少。

審慎監(jiān)管智能制造去中心化

一是算法和物理設(shè)備權(quán)責(zé)體系如何界定？以往的權(quán)責(zé)體系落腳到實(shí)際物體上。但按現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)，物理設(shè)備逐步演化為算法的執(zhí)行單元，而決策系統(tǒng)與終端本身開始分離。例如裝載優(yōu)步自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的沃爾沃汽車撞死行人后，是自動(dòng)駕駛控制算法提供商的責(zé)任還是沃爾沃汽車傳感器的責(zé)任？當(dāng)前軟件服務(wù)和硬件供給已產(chǎn)生明顯的分離趨勢(shì)。但相應(yīng)的監(jiān)管、權(quán)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)卻并不清晰，與之相關(guān)的利益報(bào)酬機(jī)制也不明確。這會(huì)直接影響智能制造的升級(jí)和發(fā)展。

二是智能制造標(biāo)準(zhǔn)制定思路是否應(yīng)該轉(zhuǎn)變？技術(shù)高速發(fā)展導(dǎo)致很多標(biāo)準(zhǔn)制定出來(lái)就已經(jīng)滯后于現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展。特別是在基于區(qū)塊鏈的智能合約體系大面積滲透的驅(qū)使下，各國(guó)政府都面臨類似問(wèn)題。在面向未來(lái)的智能制造發(fā)展中，是否可以將標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)放回市場(chǎng)，讓其在技術(shù)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)中自然產(chǎn)生呢？什么技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需要由市場(chǎng)決定？什么標(biāo)準(zhǔn)需要由政府主導(dǎo)？需要有更明確的界限。

三是5G會(huì)給邊緣計(jì)算、區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)什么沖擊？5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱。理論上5G下載速度能達(dá)到1.25GB/s（實(shí)際速度有差異）?；?G的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通信體系會(huì)引發(fā)什么樣的技術(shù)連鎖反應(yīng)？當(dāng)前依然是未知的，在政策層面更是需要謹(jǐn)慎觀察。

總之，要評(píng)估邊緣計(jì)算與區(qū)塊鏈?zhǔn)欠駷槲锫?lián)網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)風(fēng)口，除了考慮以上提到的問(wèn)題，更要從數(shù)字中國(guó)大時(shí)代背景和政府戰(zhàn)略決策的謹(jǐn)慎態(tài)度去考慮。進(jìn)入數(shù)字時(shí)代后，計(jì)算力分配不均的問(wèn)題上將會(huì)愈發(fā)明顯。

作為政府要考慮計(jì)算力效率的問(wèn)題，在政策制定和監(jiān)管上也會(huì)考慮公平問(wèn)題。這是政府保持審慎態(tài)度的重要原因。否則，在不久的未來(lái)，弱勢(shì)人群將面臨得到的計(jì)算力服務(wù)還不如富人家中一個(gè)冰箱的現(xiàn)實(shí)。

（編輯：謝麗容）