区块链与边缘计算融合发展的研究

闻琛阳，姚 娟

（湖北邮电规划设计有限公司，湖北 武汉 430023）

0 引 言

区块链技术概念在比特币的概念中就已经提出，作为比特币的记账技术，并不是单独的技术类型，而是在数据传输及共识机制的基础上所应用的新型技术形式。与比特币平台及架构相比，其形式相对对立，可以采取去中心化的方式，实现安全可靠的数据分布，全程数据都可以追溯并不可篡改。区块链技术的应用已经延展到数字资产管理及物联网技术等多个领域，直到2020年以后已经被正式应用到新建的技术体系中，为通信网络基础设施提供服务，也将逐渐成为未来基础设施建设的重要环节。在5G时代中，边缘计算是关键内容，可以满足5G时代增强移动宽带及物联网设备连接的重要支持，属于5G生态环境建设的组成部分。区块链的分布具有一定的特质，能够为边缘计算网络业务提供新的解决方案，进而增强业务的连续性，改善当前网络管理的架构，用于优化业务管理模式，实现网络功能的升级与发展。

1 区块链技术与边缘计算技术的相关内容

1.1 区块链技术的相关内容

该项技术的原理是数字式的账本记录，具有不可篡改的特点，可以保证数据交易的完整性及不可反驳性。区块在本质上属于一种只可写入或者添加信息的数据集块形式，其中可能包括着交易记录或者其他记录，链式的存储结构将每一个单块的区块结构连成整体，每个区块上的标签可以连接上一个区块，形成一个单向的链条结构以后，从第一个创始区块用头和尾进行连接，其中包含着80B的关键字标识。区块体中夹杂着关于交易过程的各种信息，区块链技术的分类及其所属关系如表1所示。

表1 区块链技术的分类及其所属关系

1.1.1 分布式账本

区块链技术属于分布式的账本结构，并没有中心化的节点，所有节点的布置都会保存一定的账本信息。根据数据的更新需求来管理网络中的节点，在投票完成协议以后，多数的节点在账本中的数据都是相同的，书序的记录和成员之间的数据交易基本一致，并且这种形式可以在不需要第三方的基础上完成相应的交易活动，保持一致的协商机制。

1.1.2 共识机制

该项技术中采用的共识机制能够保证网络节点与账本的一致性，如工作量证明算法、股权证明算法等就属于区块链技术中常用的共识机制方法[1]。

1.1.3 密码学特性

区块链技术在本质上是通过密码学来设计的，具有不可篡改性，包括了常见的密码学算法种类，如哈希算法、非对称加密算法等。区块链技术在传输信息数据的过程中，通常会对这些信息进行加密处理，以保证数据信息在传递过程中的完整状态，不会在传输过程中受到篡改或者删除。

1.1.4 智能合约

智能合约在运行中是可以被复制和共享的，属于计算机程序中融入了账本的模式，能够处理信息、接收信息并存储信息。区块上的不同单元可以执行不同的操作，以此来达成共识。各个节点也能够在不同的操作中体现出不同的功能，但是可以达到一定的合约性或者回溯执行的进程，以验证执行的结果。智能合约是区块系统中的业务逻辑编译与代码形式，能够在履行规则的基础上自动触发相应的规则条件，最大程度减少人工干预带来的负面影响[2]。

1.2 边缘计算技术的相关内容

该项技术是在靠近数据源的基础上实现高效计算，可以为设备提供集成网络及计算等功能，打造数据储存、计算于一体的建设平台，能够实时满足业务需求，完成智能化的技术应用，优化传输数据的进程，实现安全保护等需求。边缘计算技术的应用可以有效分解运输服务的集中应用，把规模较大的计算任务分为各个小规模的计算任务，逐个完成，通过多个边缘的节点来处理相关信息和数据。该项技术对数据处理的速度较高，业务数据的可靠性较强，在现代工业及政务等工作中，该性技术的应用显著提升了应用的效果，在实践中具有非常广阔的发展前景。随着边缘计算技术应用范围的推广，可以与5G及人工智能技术等内容深度融合，促进相关技术的标准化发展[3]。

1.2.1 实时性提升业务处理能力

边缘计算的形式可以在网络边缘区域处理相关数据，执行相关业务，并不需要全面回传到云端，在降低信息传输时延方面能够起到一定的作用，减轻带宽与数据中心所承担的功耗压力，提升本地业务性能与响应速度[4]。

1.2.2 可靠性提升业务水平

该项技术在处理用户的隐私数据时会尽量靠近用户的方面，在网络边缘存储的数据并不需要上传到云端中，能够有效减少数据泄漏的风险。如果广域网出现故障，则业务可以在边缘进行处理，以保障本地业务的连续性。

1.2.3 开发多样性的应用功能

在工业制造及智能家居等场景中，边缘计算的业务近端处理模式会被定义为智能的形式，可以为技术研发提供更有利的环境。

2 区块链技术与边缘计算融合发展的相关内容

2.1 融合需求

面向企业及其垂直应用的行业，技术人员可以在其边缘设备中布置相应的区块节点，持续性地拓展计算方面的业务范围，可以创造更多场景的创新服务应用。区块链技术的计算设施相对分散，能够为区域的服务提供一定的功能支持，在计算资源方面能够有效供给，解决大量的节点共存与数据传输问题，迎合当下时代信息传输对速度的要求。同时，区块链技术作为前提条件，能够为相关服务工作创造更值得信赖的工作环境，为相关数据的计算做出合理的隐私保障方案，在多个主体之间安全共享相应的信息，完成信息交流的工作，以保证数据的完整性。区块链技术与边缘计算融合的方式能够为5G时代的发展提供基础的技术支持，更可以为运营商的设施完善带来新的思路，对之后的业务场景构建与部署提供核心的技术支持[5]。

2.2 部署模式

2.2.1 边缘部署

边缘部署将需要的节点布置在运营商的资源池中，会存储到相应的边缘网络里，用户通过访问网站就能够在边缘计算节点上进行信息交互，可以提供区块链的服务，优势在于降低用户成本，可以在用户缺乏独立的硬件设备时自动部署区块链环境，而不需要用户自己搭建。

2.2.2 混合部署

混合部署所需要的节点布置分为两种形式，一是部署在边缘计算的区域，二是将部分业务部署在本企业的专网中，可以和区块链的网络连接。部分区块提供的计算服务数据会储存到本地中，指定了数据的同步传播。其优势在于更好地满足高保密性及隐私性的业务要求，也可以同时优化本地业务的处理效率。如果用户已经具备了一定的硬件资源，则还能够帮助节约资源，创造更稳定的环境[6]。

3 区块链技术与边缘计算融合发展的场景案例

3.1 存证类场景

在区块链技术与边缘计算融合发展的服务项目中，系统要完成数据方面的存储和处理工作。为缓解云端宽带压力及存储压力，该系统要规避长距离网络数据传输的安全风险。业务数据可以直接保存到边缘的节点中，持续降低额外的平台设计等相关费用[7]。如果数据量较小，则文档与普通照片等材料可以通过数据存证的方式上传；如果数据量较大，则可以采用证据摘要存证等方式，标注其特征。所应用的网络智慧记录数据中的摘要信息并不是所有的完整数据，可以通过业务的需求来个性化的存储数据，在取证的过程中，技术人员可以根据数据的对比防止信息被篡改[8]。

3.2 共识类场景

传统的计算模式中，多方系统容易出现数据孤岛问题，在不同的机构与部门之间，可能难以形成有效的融合，正是因为网络的异构因素，使得相应的协同成本变高。区块链的共识机制可以将不同的组织与部门引入同一个共享环境，实现各类型数据的对接，以此构建一个相对可信的环境。为实现各类业务数据的跨层区共享，企业的管理者可以在网络层面中引入不同规则的数据，以此来提升业务的协同效率，用于增强用户的体验[9]。

3.3 安全类场景

区块链中的结构不能更改，用密码学的特性安装于应用中，可以提升系统的整体弹性，帮助人们改善身份认证的具体方案，并且在审计效率及透明度的优化上具有较强的优势。

3.3.1 认证用户的数字身份

为构建数字化的身份系统配合区块计算服务，企业可以建立用户的使用身份，完成用户的认证和使用等环节，并在获得注册身份的同时，运营商会根据相应的算法来实现实名验证，同时为用户创造数字化的账号。相关用于证明使用的私钥都能够储存到终端的客户识别模块（Subscriber Identity Module，SIM）中，然后经过公钥上传到区块链节点。在身份认证的过程中，用户使用签名等信息就可以提升身份验证的效率，进而对业务体验予以优化[10]。

3.3.2 接入并控制工业设备

传统工业中应用的互联网在接入集中式管控中心时需要经过验证，有时可能会受到故障风险的影响。该项技术为其应用实现了各节点之间的高效协同，并通过信息交互的方式记录区块链，可以根据系统中的合约内容自动执行相应的指令。相关操作可以具有相应的可追溯性，与异构网络之间实现相互认证，有助于提升现场设备的安全性。

4 结 论

区块链技术是现代科技产生的一项新技术，在与边缘计算的融合发展的过程中，相关领域的研究人员要能够从数据的完整性角度出发，研究如何提升数据的安全性，积极优化整体计算系统的业务能力。根据当下的市场商业模式与经常应用业务场景，研究出产业转型之路与技术发展的空间，可以使该项技术的数字化程度更高，以此来构建出明显的边缘化价值，实现生产要素之间的协同共享，进而创造出与边缘计算相适应的业务发展模式。