移动边缘计算的区块链技术新体系：共识机制和可扩展性方案

我们回顾了传统区块链和新型分布式账本技术中最重要的共识协议，以及区块链和边缘计算集成带来的不同应用和用例。特别地，我们描述了底层的一致性协议如何影响不同DLT系统在边缘计算方面的应用，重点是当前在可伸缩性和性能方面的研究趋势。我们在四个主要用例中列出了以太坊、超账本和物联网的主要优点和缺点：

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（i）边缘资源和服务的协调，

（ii）边缘服务市场的实现，

（iii）加强单个边缘服务的安全、隐私或身份管理，

（四）为工业物联网数据管理提供框架。

本文来自arxiv的最新云计算技术相关论文

PDF版论文下载：https://arxiv.org/pdf/2006.07578.pdf

摘要

移动边缘计算（MEC）和下一代移动网络被设置为破坏智能和自治系统互连的方式。这将对很多领域产生影响，从物联网到智能移动机器人。在固有的分布式体系结构中集成这样多种MEC服务需要一个健壮的系统来管理硬件资源、平衡网络负载和保护分布式应用程序。区块链技术已经成为管理MEC服务的一种解决方案，具有一致的协议和数据完整性检查，从而实现透明和高效的分布式决策。除了透明度之外，从安全角度来看，好处也是显而易见的。然而，区块链技术在可扩展性方面面临着巨大的挑战。在本章中，我们将回顾在成熟的和下一代区块链体系结构中的现有共识协议和可伸缩性技术。由此，我们评估了最适合管理MEC服务的解决方案，并讨论了可用替代方案的优点和缺点。

1简介

物联网（IoT）的范围在过去的十年里不断扩大，覆盖了一个覆盖多个领域的更大的生态系统。一些最突出的研究方向是智能城市[1，2]、车辆技术[3，4]或智能医疗系统[5，6，7]。在所有这些领域中，一个共同的因素是物联网系统正朝着更分布式的体系结构发展[8]。这种转变更传统的以云为中心的架构已经在边缘计算范式中结晶出来[9，10，11]。与此同时，新技术的设计从一开始就越来越考虑到分散性。其中，区块链技术学将成为近期技术格局崩溃背后的关键驱动力之一[12，13]。去中心化技术也是互联网3.0和工业4.0革命背后的基石。

区块链技术已经成为分散和分布式物联网系统背后的驱动力，提供安全性[15]、信任度[16，17]、数据管理[18]、点对点交易[19]和容错中间件[20]。区块链平台可分为两种主要类型，这取决于它们如何管理对其适用性有直接影响的用户凭据：（i）无许可的或公共的，以及（ii）许可的、私有的或联盟的区块链。它们的区别在于，公共区块链基于具有等效状态的匿名节点，而联盟或私有区块链引入不同类型的节点和权限，其中一些节点和权限需要身份验证才能执行某些操作。虽然对无权限区块链的信任是共享和分发的，但在有权限区块链中，有一系列验证节点表示受信任的权限[21]。

阻止物联网系统更广泛采用区块链的一个主要问题是可伸缩性，这是比特币体系结构的一个固有问题，许多研究人员一直在解决这个问题[22，23]。虽然智能合约在物联网和一般分布式系统中具有巨大潜力，但其可扩展性和性能与区块链系统的总体性能密切相关[24]。尽管如此，近年来的多项进展已经证明，新技术可以为下一代区块链系统带来显著更高的可扩展性和性能。其中，Elastico在一个无许可的区块链中首次实现了分片协议[25]。分片是一种技术，能够将区块链中的节点分布到子链中，以执行并行验证，从而增加吞吐量并减少延迟。最新的可伸缩区块链是OmniLedger[26]，它比Elastico报告了更好的可伸缩性，并承诺在网络中形成足够多的节点时，VISA级别的延迟和吞吐量。

由于区块链系统的分布式性质和分布式账本技术（DLT）的普遍性，集成它们的物联网系统必须已经有了自己的分布式架构。因此，在大多数情况下，区块链在边缘层进行整合是很自然的，这代表了典型物联网系统中分布最广、互联最紧密的一层。虽然可以认为传感器和执行器更为分散，但它们不一定能够进行节点间通信。通过这一章，我们使用术语区块链和分布分类账相等。然而，分布式账本技术（DLT）通常被用来包含更多的一般系统，这些系统本身并不实现区块链，而是依赖于其他类型的网络或数据管理体系结构。IOTA就是一个例子，它利用非循环有向图来表示更一般的数据结构。本文的其余部分将深入探讨移动边缘计算的本质及其与区块链/分布式账本技术的集成。

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