区块链和边缘计算——物联网的新形态？

Posted 2021-01-16

相信最近不少读者都听过这样的一个命题：区块链与边缘计算的结合。初次接触这个命题的读者，可能会有这些疑问：边缘计算是什么？和区块链怎么结合？两者结合有什么不足？将对哪些产业有影响？纯理论不免干涩难懂，我们不妨结合物联网，在下文中探讨区块链和边缘计算的结合。

物联网的不足

1. 计算成本
   传统物联网系统基于服务器/客户端的中心化架构，即所有物联设备都通过云实现验证、连接和智能控制。这种架构下，每一个接入物联网的设备都需要通过服务器进行沟通，即使是在家庭应用场景下，两台相邻的设备进行沟通都无法绕过服务器，既增加了成本，也降低了效率。数据汇总到单一的控制中心，可知企业所连接的物联设备越多，其中心云计算服务支出的成本会越大，而且不高效。

2. 安全问题
   数据安全问题。中心化的数据收集和服务方式，无法从根本上向用户保证数据会合法使用。用户的数据保护完全依靠企业单方面的承诺，难以进行有效的监管。
   设备安全问题。中心化物联生态系统中，如果一个设备被攻陷，那么所有的设备都可能会受到影响。例如在摄像头的监控网络中，可以通过感染并控制摄像头、监视器等物联设备，造成大规模网络瘫痪。

单纯区块链结合物联网的问题

首先是数据量与系统性能的问题。区块链的智能合约在原理上要求每个人都有一本完整的账本，并且有时需要追溯每一笔记录。因此用户规模越大，对系统运行性能的要求就会越高，系统整体效能优化难度越大。

其次是计算能力和响应时间的问题。分布式对等计算的时延问题已经是当前公认的难题。此外基于区块链的设备对等海量数据存储的挑战。理论上分布式账簿需要存储在节点本身，这对现有物联网终端而言基本上不可能实现。

边缘计算是什么

边缘计算指在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。

边缘计算将数据处理从云中心转移到网络边缘，计算和数据存储可以分散到互联网靠近物联终端、传感器和用户的边缘，不仅可以缓解云带宽、计算等压力，还可以优化面向感知驱动的网络服务架构。

区块链和边缘计算的有机结合

物联网终端设备有限的计算能力和可用耗能是制约区块链应用的重要瓶颈，但边缘计算可以解决这一问题。以移动边缘计算为例，移动边缘计算服务器可以替终端设备完成工作量证明(Proof-Of-Work)、加密和达成可能性共识等计算任务。

边缘计算与区块链融合能提高物联设备整体效能。以物联网设备群为例，一方面移动边缘计算可以充当物联设备的“局部大脑”，存储和处理同一场景中不同物联设备传回的数据，并优化和修正各种设备的工作状态和路径，从而达到场景整体应用最优。另一方面，物联终端设备可以将数据“寄存”到边缘计算服务器，并在区块链技术的帮助下保证数据的可靠性和安全性，同时也为将来物联设备按服务收费等多种发展方式提供了可能性。

总结

边缘计算与区块链的融合对于物联网是有效的补充，提供了安全性，以及多设备下的运作效率问题。可是这个命题还在探讨中，不免有需要解决的方面：

1. 需要解决安全、计算资源分配不均等问题
   在边缘计算应用场景下，受边缘计算服务器实际计算力的限制，在具有私有性的物联网体系中，比较现实可行的方法是采用“白名单制”。即免去“挖矿”达成共识机制过程，但是如果有设备冒充物联网终端白名单设备与移动边缘计算服务器进行交互，则很容易引发安全问题。

2. 共识机制
   因为移动物联设备本身PoW能力较弱，或者根本不具备挖矿能力，所以需要通过移动边缘计算服务器进行。那么在多物联终端委托统一边缘计算服务器进行计算时，资源如何分配？通过什么样的共识机制能实现最优？

不论如何，现在略显疲态的物联网需要新血液的补充，而边缘计算与区块链的融合正是其中有代表性的候选。

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