區(qū)塊鏈+邊緣計(jì)算應(yīng)用研究與探討

任夢(mèng)璇，薛 淼，劉千仞，任 杰，王光全（中國(guó)聯(lián)通研究院，北京 ）

0 引言

區(qū)塊鏈最早出現(xiàn)在2008年中本聰提出的比特幣概念中，區(qū)塊鏈作為比特幣記賬技術(shù)，并不是單獨(dú)的一種技術(shù)，而是基于分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法等多種計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式。區(qū)塊鏈已經(jīng)成為一個(gè)獨(dú)立于比特幣的平臺(tái)架構(gòu)。這種應(yīng)用模式以去中心化的方式，實(shí)現(xiàn)了安全可靠、不可篡改和全程可追溯的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。區(qū)塊鏈應(yīng)用目前已延伸到數(shù)字資產(chǎn)管理、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、供應(yīng)鏈金融等多個(gè)領(lǐng)域。2020年4月，區(qū)塊鏈技術(shù)正式被納入新基建信息技術(shù)設(shè)施的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中，成為未來(lái)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要一環(huán)。

邊緣計(jì)算是5G關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施之一，是滿足5G增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、海量連接的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及高可靠低時(shí)延三大主要業(yè)務(wù)場(chǎng)景的重要技術(shù)手段，也是5G生態(tài)的重要組成部分。

區(qū)塊鏈以其極具潛力的安全特性和分布式特質(zhì)，能夠?yàn)檫吘売?jì)算網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供一套創(chuàng)新解決方案，從而提升業(yè)務(wù)連續(xù)性和安全性、改善網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)和優(yōu)化業(yè)務(wù)模式的目的。因此，區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算應(yīng)用將為網(wǎng)絡(luò)功能升級(jí)和服務(wù)質(zhì)量的突破帶來(lái)重大機(jī)遇。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 區(qū)塊鏈原理

區(qū)塊鏈的本質(zhì)是一種數(shù)字分布式賬本，以分布式、不可篡改和可信的方式保證所記錄交易的完整性、不可反駁和不可抵賴(lài)性。區(qū)塊是一種只可寫(xiě)入和添加的數(shù)據(jù)集，包含交易及其他記錄的確認(rèn)、合約、存儲(chǔ)、復(fù)制、安全等信息。

區(qū)塊鏈的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)由單個(gè)區(qū)塊構(gòu)成，每一個(gè)區(qū)塊都通過(guò)區(qū)塊頭中的哈希標(biāo)簽連接到上一個(gè)區(qū)塊，從而形成一條單向鏈結(jié)構(gòu)，第一個(gè)區(qū)塊被稱(chēng)為創(chuàng)始區(qū)塊。每一個(gè)區(qū)塊都包含區(qū)塊頭和區(qū)塊體2個(gè)部分，其中區(qū)塊頭包含80 B的關(guān)鍵字標(biāo)識(shí)，區(qū)塊體主要包含交易信息等數(shù)據(jù)。區(qū)塊鏈主要包含以下關(guān)鍵技術(shù)。

a）分布式賬本。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式賬本架構(gòu)，沒(méi)有中心化節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)都保存全部且相同的區(qū)塊賬本信息。通常分布式賬本數(shù)據(jù)的更新需要網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)對(duì)更新進(jìn)行投票并達(dá)成協(xié)議，以確保大多數(shù)節(jié)點(diǎn)的賬本數(shù)據(jù)是一致的。分布式賬本記錄傳輸類(lèi)似于網(wǎng)絡(luò)成員之間的數(shù)據(jù)交換過(guò)程。在不需要第三方執(zhí)行交易的分布式環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)參與者可以通過(guò)協(xié)商一致機(jī)制達(dá)成協(xié)議。

b）共識(shí)機(jī)制。在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中采用共識(shí)協(xié)議或機(jī)制的方法來(lái)確保去中心化的網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)上賬本的一致性，常見(jiàn)的共識(shí)機(jī)制包括工作量證明算法（PoW，也是比特幣采用的共識(shí)算法）、股權(quán)證明算法（PoS）、授權(quán)股權(quán)證明算法（DPoS）、實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法（PBFT）等。

c）密碼學(xué)特性。區(qū)塊鏈的不可篡改性是通過(guò)密碼學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)保證的，包括了常見(jiàn)的密碼學(xué)算法種類(lèi)，比如哈希算法和非對(duì)稱(chēng)加密算法等。信息數(shù)據(jù)在傳輸?shù)臅r(shí)候，都會(huì)進(jìn)行加密處理，且保證所傳輸?shù)男畔⑹峭暾麪顟B(tài)，不能在中間被惡意篡改或者增添、刪除。同時(shí)，相應(yīng)的密碼學(xué)信息，在任何一個(gè)時(shí)間下都應(yīng)該可以被外界所用。

d）智能合約。智能合約是運(yùn)行在可復(fù)制、可共享的分布式賬本上的計(jì)算機(jī)程序，可以處理信息，接受、存儲(chǔ)和發(fā)送數(shù)字資產(chǎn)。區(qū)塊鏈上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以獨(dú)立執(zhí)行不同作用的智能合約，并確定能否達(dá)成共識(shí)，或者對(duì)執(zhí)行進(jìn)程進(jìn)行回溯，驗(yàn)證執(zhí)行結(jié)果的有效性。智能合約可以將區(qū)塊鏈系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯以代碼的形式實(shí)現(xiàn)、編譯并部署，完成既定規(guī)則的條件觸發(fā)和自動(dòng)執(zhí)行，大限度地減少人工干預(yù)。

根據(jù)鏈的所屬關(guān)系，區(qū)塊鏈大致可以分為以下3類(lèi)（見(jiàn)表1）。

表1 區(qū)塊鏈分類(lèi)

1.2 標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

a）國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局（ITU-T）。

（a）SG13：Y.3530標(biāo)準(zhǔn)研究區(qū)塊鏈云服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景，提出相關(guān)功能要求；Y.2342標(biāo)準(zhǔn)研究NGNe場(chǎng)景中區(qū)塊鏈應(yīng)用場(chǎng)景和通用框架。

（b）SG16：2018年新增Q16研究DLT及e-servic?es，聚焦區(qū)塊鏈應(yīng)用領(lǐng)域研究。

（c）SG17：2017年新增Q14研究DLT安全，當(dāng)前有多個(gè)項(xiàng)目在研，包括基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用和服務(wù)，識(shí)別安全問(wèn)題和威脅，研究安全機(jī)制、協(xié)議和技術(shù)，研究個(gè)人信息保護(hù)、安全管理和互聯(lián)互通安全和制定安全方案建議等。

（d）SG20：Y.IoT-BoT-FW項(xiàng)目研究IoT場(chǎng)景下區(qū)塊鏈架構(gòu)、要求、能力、用例等。

（e）FG-DLT：2017年5月成立，研究DLT的應(yīng)用和業(yè)務(wù)、實(shí)施及標(biāo)準(zhǔn)路線。

（f）FG-DPM：2017年3月成立，研究IoT及智慧城市的數(shù)據(jù)處理和管理，其中WG5研究數(shù)據(jù)共享交互及區(qū)塊鏈。

（g）FG-DFC：2017年5月成立，重點(diǎn)研究數(shù)字貨幣網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和數(shù)字經(jīng)濟(jì)相關(guān)內(nèi)容。

b）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）。2016年9月成立了區(qū)塊鏈及電子化的分布式賬本技術(shù)組（ISO/TC307），ISO/TC307負(fù)責(zé)區(qū)塊鏈的標(biāo)準(zhǔn)研制、研究用例、安全隱私、身份標(biāo)識(shí)、智能合約、參考架構(gòu)，以促進(jìn)區(qū)塊鏈的互通及互操作。

c）全球移動(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)（GSMA）。IG組研究區(qū)塊鏈在移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的應(yīng)用，發(fā)布白皮書(shū)《區(qū)塊鏈—移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商機(jī)會(huì)》；策略組討論基于區(qū)塊鏈CBSG聯(lián)盟，討論基于區(qū)塊鏈的分布式數(shù)字身份方案。

d）萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟（W3C）。W3C正在開(kāi)展制定分布式數(shù)字身份DID標(biāo)準(zhǔn)工作。

e）中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）。

（a）TC1成立WG6大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈組，WG6研究區(qū)塊鏈總體技術(shù)要求、評(píng)測(cè)指標(biāo)及測(cè)試方法。

（b）TC10承擔(dān)基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)等應(yīng)用研究。

（c）TC11 WG2承擔(dān)基于區(qū)塊鏈的自主權(quán)身份相關(guān)研究。

f）歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI）。ETSI于2018年底成立ISG PDL，他研究區(qū)塊鏈的運(yùn)維、業(yè)務(wù)用例、功能架構(gòu)及解決方案，包括接口/API/協(xié)議/數(shù)據(jù)模型等。

1.3 開(kāi)源社區(qū)

Hyperledger開(kāi)源項(xiàng)目，旨在推動(dòng)區(qū)塊鏈跨行業(yè)應(yīng)用，由Linux基金會(huì)在2015年12月主導(dǎo)發(fā)起該項(xiàng)目，成員涵蓋金融、銀行、物聯(lián)網(wǎng)、供應(yīng)鏈、制造和科技等行業(yè)，包含F(xiàn)abric、Sawtooth等多個(gè)區(qū)塊鏈開(kāi)源項(xiàng)目。

以太坊是一款能夠在區(qū)塊鏈上實(shí)現(xiàn)智能合約、開(kāi)源的底層系統(tǒng)，以太坊在比特幣的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，提供了圖靈完備的智能合約語(yǔ)言以及創(chuàng)新性地提供了基于以太坊虛擬機(jī)的智能合約運(yùn)行環(huán)境。同時(shí)，微軟圍繞以太坊和Azure平臺(tái)打造區(qū)塊鏈生態(tài)，并開(kāi)源了Bletchley、Coco等框架。

IOTA是為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的類(lèi)區(qū)塊鏈開(kāi)源項(xiàng)目，其獨(dú)特的糾纏結(jié)構(gòu)大大提升了區(qū)塊鏈的可擴(kuò)展性和效率，提供物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和價(jià)值交換的基礎(chǔ)設(shè)施，交易可以在分布式的環(huán)境中安全地執(zhí)行。目前，IOTA已與思科，大眾、博世、三星等30多家企業(yè)建立了合作關(guān)系，聯(lián)合推動(dòng)IoT數(shù)據(jù)市場(chǎng)的發(fā)展。

除此之外，BCOS、京東智臻鏈、百度超級(jí)鏈、JP Morgan、Visa、R3等金融企業(yè)和聯(lián)盟均已開(kāi)展自有區(qū)塊鏈系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作，區(qū)塊鏈開(kāi)源化已成為趨勢(shì)。

2 邊緣計(jì)算技術(shù)簡(jiǎn)介

邊緣計(jì)算是一種在靠近數(shù)據(jù)源側(cè)，提供集成網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)和應(yīng)用等核心功能的綜合性平臺(tái)，能夠滿足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、智能應(yīng)用、敏捷連接、數(shù)據(jù)優(yōu)化和安全保護(hù)等行業(yè)數(shù)字化需求的計(jì)算模式。邊緣計(jì)算能夠有效分解集中的云服務(wù)，將大型云端計(jì)算任務(wù)拆分為多個(gè)小型、易處理的任務(wù)，交由多個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分布式處理。邊緣計(jì)算具有數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)性高、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可靠性強(qiáng)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)多樣化程度高的三大特點(diǎn)，在工業(yè)、政務(wù)服務(wù)和企業(yè)應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。邊緣計(jì)算已經(jīng)成為賦能5G生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，它使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算能力部署于更靠近用戶(hù)的邊緣，從而降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，可更好地提供低時(shí)延、高寬帶應(yīng)用。

邊緣計(jì)算具有以下三大優(yōu)勢(shì)。

a）業(yè)務(wù)處理實(shí)時(shí)性提升。邊緣計(jì)算能夠在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和業(yè)務(wù)執(zhí)行，不用全部回傳云端，大大降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，減輕了帶寬和數(shù)據(jù)中心功耗壓力，同時(shí)又提高了本地業(yè)務(wù)性能和需求響應(yīng)速度。

b）業(yè)務(wù)可靠性提升。用戶(hù)隱私數(shù)據(jù)處理靠近用戶(hù)側(cè)在網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備存儲(chǔ)，無(wú)需上傳云端，減少數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)廣域網(wǎng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致斷網(wǎng)時(shí)，業(yè)務(wù)可以在邊緣進(jìn)行處理，能夠保障本地業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

c）應(yīng)用開(kāi)發(fā)多樣性提升。在工業(yè)制造、智能園區(qū)、智能家居和車(chē)聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景中，業(yè)務(wù)近端進(jìn)行處理的模式為新型應(yīng)用和業(yè)務(wù)的研發(fā)提供了更加靈活和開(kāi)放的環(huán)境。

邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用范圍廣，能夠與5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)進(jìn)行深度結(jié)合，其生態(tài)正在不斷快速擴(kuò)展，使相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作得到各大標(biāo)準(zhǔn)組織的高度關(guān)注。

ETSI是最早開(kāi)展邊緣計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化組織，該組織于2014年成立ISG MEC工作組，2015年發(fā)布邊緣計(jì)算白皮書(shū)，內(nèi)容涉及邊緣計(jì)算定義、參考架構(gòu)、應(yīng)用場(chǎng)景等；目前該組織已完成第2階段的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

3GPP重點(diǎn)圍繞5G服務(wù)化架構(gòu)進(jìn)行研究，SA2組設(shè)有5GC邊緣計(jì)算支持的增強(qiáng)研究項(xiàng)目；SA6項(xiàng)目中包含對(duì)邊緣計(jì)算管理增強(qiáng)相關(guān)研究和邊緣計(jì)算應(yīng)用層架構(gòu)的相關(guān)研究。

ITU-T面向垂直行業(yè)應(yīng)用，主要包括對(duì)微服務(wù)、VR業(yè)務(wù)和視覺(jué)監(jiān)控業(yè)務(wù)中的邊緣計(jì)算方案研究。T17-SG20組2018年成立物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算工作組，研究邊緣計(jì)算應(yīng)用場(chǎng)景、技術(shù)架構(gòu)、主要技術(shù)能力等方面內(nèi)容；SG17設(shè)有Q6和Q13項(xiàng)目，主要研究5G邊緣計(jì)算中安全相關(guān)內(nèi)容。

3 區(qū)塊鏈+邊緣計(jì)算融合研究

3.1 融合需求

區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)在于：邊緣計(jì)算在計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)上的分布式特征與區(qū)塊鏈的去中心化模式吻合，服務(wù)重點(diǎn)均面向企業(yè)及垂直應(yīng)用行業(yè)。將區(qū)塊鏈的節(jié)點(diǎn)部署在邊緣能力節(jié)點(diǎn)設(shè)備中，能夠拓展邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)范圍，提供服務(wù)創(chuàng)新和應(yīng)用場(chǎng)景創(chuàng)新機(jī)會(huì)。邊緣計(jì)算設(shè)施可以為區(qū)塊鏈大量分散的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供計(jì)算資源和存儲(chǔ)能力，同時(shí)解決在大量節(jié)點(diǎn)共存的情況下高速傳輸?shù)膯?wèn)題，以滿足區(qū)塊鏈平臺(tái)在邊緣側(cè)的應(yīng)用訴求。區(qū)塊鏈技術(shù)為邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供可信和安全的環(huán)境，提出更加合理的隱私保障解決方案，實(shí)現(xiàn)多主體之間的數(shù)據(jù)安全流轉(zhuǎn)共享和資源高效協(xié)同管理，保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的完整性和真實(shí)性，通過(guò)可靠、自動(dòng)和高效的執(zhí)行方案降低成本，構(gòu)造價(jià)值邊緣網(wǎng)絡(luò)生態(tài)。

區(qū)塊鏈+邊緣計(jì)算將成為運(yùn)營(yíng)商5G時(shí)代重要的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力。以下對(duì)區(qū)塊鏈+邊緣計(jì)算的部署模式和典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行研究和探討。

3.2 部署模式

根據(jù)業(yè)務(wù)需求和用戶(hù)需求，區(qū)塊鏈+邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)可分為邊緣和混合2種部署模式，如圖1所示。

圖1 區(qū)塊鏈+邊緣計(jì)算服務(wù)部署模式

a）邊緣部署。業(yè)務(wù)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)部署在運(yùn)營(yíng)商邊緣計(jì)算資源池內(nèi)，區(qū)塊鏈服務(wù)和數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在運(yùn)營(yíng)商邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中，用戶(hù)訪問(wèn)通過(guò)最近邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)上的區(qū)塊鏈提供服務(wù)，其優(yōu)勢(shì)在于：當(dāng)用戶(hù)沒(méi)有可用的自有硬件資源時(shí)無(wú)需自行搭建區(qū)塊鏈部署環(huán)境，從而降低用戶(hù)成本。

b）混合部署。業(yè)務(wù)區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)一部分部署在運(yùn)營(yíng)商邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)上，一部分部署在業(yè)務(wù)所在組織本地公網(wǎng)/專(zhuān)網(wǎng)中，并與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)連通，部分區(qū)塊鏈服務(wù)和數(shù)據(jù)在本地節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)，指定數(shù)據(jù)同步至其他節(jié)點(diǎn)，其優(yōu)勢(shì)在于：滿足高保密性和隱私性的業(yè)務(wù)安全要求，同時(shí)提高本地實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的處理效率，或當(dāng)用戶(hù)已具備可用的硬件資源時(shí)，為減少資源浪費(fèi)，可采用此方式部署。

3.3 場(chǎng)景案例

3.3.1 共享類(lèi)

區(qū)塊鏈能夠?yàn)槎喾綌?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)提供一個(gè)可信安全的共享環(huán)境，同時(shí)提高共享效率。區(qū)塊鏈可有效連接邊緣計(jì)算、存儲(chǔ)能力和數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源共享和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，如圖2所示。區(qū)塊鏈可以對(duì)不同廠家、不同運(yùn)營(yíng)商、不同架構(gòu)和服務(wù)能力的邊緣計(jì)算和存儲(chǔ)資源進(jìn)行整合后對(duì)外開(kāi)放，用戶(hù)按需訂購(gòu)，訂購(gòu)記錄和資源使用情況上鏈存儲(chǔ)，業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)方可以根據(jù)記錄進(jìn)行計(jì)費(fèi)和結(jié)算。同時(shí)，邊緣計(jì)算平臺(tái)中存有大量數(shù)據(jù)資源，如GPS數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)資源的開(kāi)放和流轉(zhuǎn)不但可以滿足第三方公司業(yè)務(wù)需求，也能為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)新業(yè)務(wù)機(jī)遇。

圖2 共享類(lèi)應(yīng)用方案示意圖

資源和數(shù)據(jù)共享。邊緣計(jì)算運(yùn)營(yíng)方和資源/數(shù)據(jù)使用方均部署聯(lián)盟鏈節(jié)點(diǎn)。邊緣計(jì)算運(yùn)營(yíng)方可將資源信息（數(shù)據(jù)資源、計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源）上傳至區(qū)塊鏈進(jìn)行登記，資源使用方可從區(qū)塊鏈平臺(tái)進(jìn)行能力檢索，獲取多家邊緣計(jì)算運(yùn)營(yíng)方能力和數(shù)據(jù)開(kāi)放詳情和計(jì)費(fèi)規(guī)則，并進(jìn)行按需訂購(gòu)。訂購(gòu)成功后可獲取資源訪問(wèn)授權(quán)信息，相應(yīng)邊緣計(jì)算運(yùn)營(yíng)方節(jié)點(diǎn)發(fā)起交易提案，提案通過(guò)后，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)通過(guò)共識(shí)算法進(jìn)行全鏈訂購(gòu)信息同步。資源使用方可根據(jù)區(qū)塊鏈上的記錄進(jìn)行結(jié)算核驗(yàn)，結(jié)算方式可以按照使用時(shí)間、次數(shù)和數(shù)據(jù)種類(lèi)等。此外，區(qū)塊鏈還可以與可信計(jì)算技術(shù)結(jié)合，保障數(shù)據(jù)使用的安全性和隱私性。

3.3.2 存證類(lèi)

基于邊緣計(jì)算的區(qū)塊鏈存證業(yè)務(wù)就近完成數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)，從而緩解云端網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力和云端存儲(chǔ)壓力，規(guī)避長(zhǎng)距網(wǎng)絡(luò)傳輸安全風(fēng)險(xiǎn)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可以直接保存在部署在邊緣節(jié)點(diǎn)上的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，降低部署額外平臺(tái)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)對(duì)接成本。當(dāng)數(shù)據(jù)量較小時(shí)，如小文檔、普通照片、短視頻等，可以采用全量數(shù)據(jù)存證（全量上鏈）；當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，如長(zhǎng)視頻、高清視頻、高清圖片、大文檔等，可根據(jù)業(yè)務(wù)需要采用數(shù)據(jù)摘要存證或特征存證（摘要上鏈），區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)只記錄數(shù)據(jù)摘要或特征值信息，不記錄原始數(shù)據(jù)，相應(yīng)邊緣節(jié)點(diǎn)可根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。取證和查詢(xún)時(shí)，通過(guò)比對(duì)數(shù)據(jù)摘要或特征值進(jìn)行防篡改核驗(yàn)，如圖3所示。

圖3 存證類(lèi)應(yīng)用方案示意圖

a）個(gè)人數(shù)據(jù)存證。醫(yī)療病例信息是重要的個(gè)人醫(yī)療數(shù)據(jù)之一，利用區(qū)塊鏈構(gòu)建分布式的醫(yī)療病例數(shù)據(jù)資源共享平臺(tái)，醫(yī)院、醫(yī)療機(jī)構(gòu)和第三方數(shù)據(jù)使用者部署區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)，利用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和區(qū)塊鏈相結(jié)合的方式，將患者個(gè)人數(shù)據(jù)信息和單條病例在邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)就近存儲(chǔ)，患者信息特征值和摘要上鏈存儲(chǔ)，防止篡改，分配不同級(jí)別的共享權(quán)限，不同權(quán)限的使用方能夠獲取規(guī)定內(nèi)的數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)使用方可以在鏈上查找患者特征信息，患者病歷數(shù)據(jù)通過(guò)區(qū)塊鏈進(jìn)行共享，并在鏈上記錄共享過(guò)程和信息，記錄數(shù)據(jù)來(lái)源、去向和用途，提高醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和共享的安全性。個(gè)人存證數(shù)據(jù)可以就近上傳至邊緣云中，通過(guò)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)同步至所有節(jié)點(diǎn)。

b）司法存證。傳統(tǒng)電子數(shù)據(jù)存證方式是將數(shù)據(jù)直接在服務(wù)器上進(jìn)行存儲(chǔ)，容易丟失、篡改，且證據(jù)法律效力不高，屬于自證證據(jù)，證據(jù)司法鑒定流程繁復(fù)，周期較長(zhǎng)。而區(qū)塊鏈的塊鏈數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和分布式特性保證了電子存證的防篡改、可追溯和數(shù)據(jù)來(lái)源的可信性，存證數(shù)據(jù)可以為文字、視頻、音頻或圖片等內(nèi)容。存證方、司法鑒定方、審計(jì)方、公證仲裁方等權(quán)威機(jī)構(gòu)組成聯(lián)盟鏈，直接將電子證據(jù)上傳到就近邊緣節(jié)點(diǎn)上的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行存證。證據(jù)存證時(shí)，可以根據(jù)證據(jù)的重要程度和類(lèi)型等選擇全量上鏈或數(shù)據(jù)摘要上鏈2種方式。

c）測(cè)試、巡檢數(shù)據(jù)存證。工業(yè)園區(qū)中存在大量設(shè)備和系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備的日常巡檢和測(cè)試工作中會(huì)產(chǎn)生大量運(yùn)維及日志數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)存在造假和不信任的問(wèn)題?；趨^(qū)塊鏈+邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)存證業(yè)務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠、可信。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存證系統(tǒng)部署在邊緣計(jì)算服務(wù)器上，各類(lèi)巡檢數(shù)據(jù)和運(yùn)維、測(cè)試數(shù)據(jù)采集后，可直接將數(shù)據(jù)摘要保存在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)可驗(yàn)證性，后續(xù)可查可追溯。區(qū)塊鏈服務(wù)部署在邊緣節(jié)點(diǎn)上，數(shù)據(jù)就近上傳存儲(chǔ)在邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)中，數(shù)據(jù)摘要就近上鏈全網(wǎng)同步，可降低回傳網(wǎng)絡(luò)壓力，提高業(yè)務(wù)響應(yīng)速度。

3.3.3 共識(shí)類(lèi)

傳統(tǒng)模式下多方系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)孤島和業(yè)務(wù)隔離，不同機(jī)構(gòu)、不同部門(mén)之間難以形成有機(jī)結(jié)合，網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)導(dǎo)致的協(xié)同成本較高等問(wèn)題。區(qū)塊鏈共識(shí)協(xié)同機(jī)制的引入能夠?yàn)椴煌M織、部門(mén)、業(yè)務(wù)之間建立一個(gè)可信的共享環(huán)境，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)跨層級(jí)跨區(qū)域和跨網(wǎng)絡(luò)的共享協(xié)同。邊緣計(jì)算為共識(shí)類(lèi)業(yè)務(wù)提供了邊-邊高效協(xié)同網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)可以就近接入部署在邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)上的區(qū)塊鏈服務(wù)，同時(shí)將業(yè)務(wù)規(guī)則和業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)同步到所有網(wǎng)絡(luò)層面，提高業(yè)務(wù)協(xié)同效率和用戶(hù)體驗(yàn)（見(jiàn)圖4）。

圖4 共識(shí)類(lèi)應(yīng)用方案示意圖

3.3.4 安全類(lèi)

區(qū)塊鏈中塊鏈結(jié)構(gòu)、不可篡改、基于密碼學(xué)的特性天然適合用于安全應(yīng)用，在提高系統(tǒng)彈性、改善身份認(rèn)證方案、優(yōu)化審計(jì)效率和審計(jì)透明度上均有很強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。

a）用戶(hù)數(shù)字身份認(rèn)證。基于區(qū)塊鏈構(gòu)建的數(shù)字身份系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)身份的建立、認(rèn)證、使用和注銷(xiāo)等操作。身份注冊(cè)時(shí)，運(yùn)營(yíng)商利用算法為實(shí)名認(rèn)證的用戶(hù)或設(shè)備創(chuàng)建數(shù)字身份，身份相關(guān)聯(lián)的私鑰和數(shù)字簽名可以安全地存儲(chǔ)在用戶(hù)終端的eSIM卡上，公鑰上傳至部署在邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)上的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行上鏈。身份認(rèn)證時(shí)，用戶(hù)使用簽名等摘要信息上鏈驗(yàn)證，邊緣計(jì)算就近服務(wù)的原則提高了身份驗(yàn)證和身份注冊(cè)時(shí)的效率，從而優(yōu)化業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

b）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入控制。傳統(tǒng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)接入控制基于集中式管控和中心驗(yàn)證，存在單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)。區(qū)塊鏈為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的接入控制提供了一個(gè)可靠的去中心化的通信網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的控制和協(xié)作數(shù)據(jù)都可以通過(guò)“交易”的方式在區(qū)塊鏈上進(jìn)行記錄，由智能合約自動(dòng)執(zhí)行，使操作具有可追溯性，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的相互認(rèn)證。管理和驗(yàn)證都在邊緣執(zhí)行，能夠提高設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安全性，還能夠?qū)踩呗酝降秸麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)邊緣的多個(gè)廠區(qū)和園區(qū)。

4 問(wèn)題和挑戰(zhàn)

數(shù)據(jù)膨脹問(wèn)題。鏈上數(shù)據(jù)的不可刪除性會(huì)導(dǎo)致區(qū)塊鏈不斷增長(zhǎng)，工業(yè)場(chǎng)景下可能存在的高密度物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備場(chǎng)景會(huì)產(chǎn)生大量認(rèn)證和存證數(shù)據(jù)，從而對(duì)存儲(chǔ)空間提出更高要求，同時(shí)也對(duì)區(qū)塊鏈架構(gòu)的數(shù)據(jù)防膨脹算法提出新需求。

智能合約問(wèn)題。如何將海量合同轉(zhuǎn)化為符合邊緣業(yè)務(wù)生態(tài)系統(tǒng)的有效智能合約，同時(shí)保證智能合約代碼的安全性是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。此外，智能合約的法律屬性認(rèn)定和法律適用性問(wèn)題也是區(qū)塊鏈應(yīng)用挑戰(zhàn)之一。

數(shù)據(jù)隱私問(wèn)題。數(shù)據(jù)隱私對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)十分重要，因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商可能持有客戶(hù)敏感信息，這些信息包括個(gè)人身份、設(shè)備信息以及其他敏感業(yè)務(wù)信息。由于鏈上記錄不可篡改，因此如何在保證業(yè)務(wù)有效性的同時(shí)避免因區(qū)塊鏈特性造成的隱私安全問(wèn)題也需進(jìn)一步研究。

互操作性問(wèn)題。目前區(qū)塊鏈底層實(shí)現(xiàn)方式種類(lèi)繁多，如何實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈底層平臺(tái)之間的無(wú)縫協(xié)同以及跨鏈互操作是未來(lái)區(qū)塊鏈架構(gòu)研究重點(diǎn)之一。

可擴(kuò)展性問(wèn)題。5G網(wǎng)絡(luò)中對(duì)有效負(fù)載和承載數(shù)據(jù)的端到端延遲小于1 ms，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)性能如何滿足5G邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)時(shí)延要求是未來(lái)研究的重點(diǎn)之一。

5 結(jié)束語(yǔ)

區(qū)塊鏈作為去中心化、隱私保護(hù)的技術(shù)工具，與邊緣計(jì)算融合發(fā)展，能夠從信任、數(shù)據(jù)完整性和安全等層面提升邊緣計(jì)算服務(wù)質(zhì)量，優(yōu)化業(yè)務(wù)能力，催生新商業(yè)模式和業(yè)務(wù)場(chǎng)景。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和數(shù)字化程度的不斷加深，區(qū)塊鏈所構(gòu)建的邊緣價(jià)值使能體系將滲透到多個(gè)垂直行業(yè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息和生產(chǎn)要素的高效協(xié)同和共享。此外，區(qū)塊鏈與5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等多種技術(shù)結(jié)合的程度會(huì)逐漸加深，而技術(shù)融合帶來(lái)的價(jià)值也會(huì)逐步放大。

本文對(duì)區(qū)塊鏈的關(guān)鍵技術(shù)、基本類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)情況進(jìn)展及開(kāi)源社區(qū)情況進(jìn)行梳理，并結(jié)合邊緣計(jì)算的技術(shù)特性研究了二者融合的業(yè)務(wù)場(chǎng)景和應(yīng)用部署模式，梳理了在共享、存證、共識(shí)和安全四大類(lèi)型的典型應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，區(qū)塊鏈+邊緣計(jì)算融合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)中，也應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)膨脹、智能合約、數(shù)據(jù)隱私、互操作性和可擴(kuò)展性等問(wèn)題開(kāi)展進(jìn)一步探討和研究。