CN108833161A - 一种建立基于雾计算的智能合约微服务模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种建立基于雾计算的智能合约微服务模型的方法，包括如下步骤：步骤一，将合约处理数据分类定义，根据现有云、雾端设备的特点对整体处理的数据类型进行划分，合理的将数据分配到云、雾端，将所需执行的智能合约发放到对应的合约执行端，提升合约执行效率；步骤二，建立基于雾计算的智能合约微服务模型，将智能合约部署在便于移植的合约容器中，某些合约微服务可快速的被移动到网络的边缘，并植入到雾端设备中，使得部分对实时性要求较高的业务需求在近请求端被处理，从而应用为低延时。将智能合约微服务的分散至雾设备端，可有效提升总体业务逻辑处理的速度，并能有效减轻中心网络的压力和云中心智能合约服务的负载压力。

Description

一种建立基于雾计算的智能合约微服务模型的方法

技术领域

本发明涉及区块链、智能合约以及雾计算领域，特别是涉及到基于雾计算的智能合约模型的建立，用于提升智能合约的性能。

背景技术

智能合约的发起者是Nick Szabo，他在1997年的“Formalizing and SecuringRelationships on Public Networks”中首次提出了智能合约的概念。分析了传统合约的不足，提出了智能合约的概念与原则，并说明通过利用计算机、互联网和密码协议等新技术构造智能合约的可能性与优势。2000年，Mark S.Miller以Nick Szabo智能合约概念的基础上设计了一个E系统(“Capability-based Financial Instruments”)，并有配套的E语言。在此基础之上，还有ERTP协议(Electronic Rights Transfer Protocol)，即电子权利转移协议，以及Waterken IOU Protocol作为ERTP的改进版。

智能合约作为计算法律学的一个新技术，有一个很重要的特性是当条件满足的时候可以自动执行相应动作。但这一特性在其他应用领域已经有类似的技术了。例如，二十世纪八十年代的基于知识系统(knowledge-based systems)都有这一特性。一个是基于规则的系统(rule-based systems)，当满足某个条件时，相应的规则就会被触发。如果是有多个规则同时被触发，会有相应的解决机制协调这些规则的执行。一个是黑板架构系统(blackboard architecture)，在这个系统中，有多个代理同时监控，当某个条件满足时，相应的代理会激活自身的规则并执行。与基于规则的系统不同的地方在于，这些代理是可以被分组的，同一组的代理会处于同一平台上，分享相同的信息。一个是数据库激发器，当数据库中的某个数据的改变满足了数据库激发器的条件，相应的程序也会被激活执行。还有一个是面向服务的系统，当服务调用者满足条件时，系统就会提供相应的服务给服务调用者。

智能合约的优点是可观察性、可验证性、接入控制性和自强制性，如果要把智能合约与现实紧密的联系起来，只需要智能合约与现有法律保持一致，并且自身能够得到律师、法庭的认可即可。但智能合约需要被嵌入到软、硬件中自动执行，但编程语言不像现实中的语言一样有丰富的语义。因此，智能合约的发展一直很缓慢，正是因为没有技术满足智能合约的可观察性、可验证性与自强制性。区块链出现以前，合约方无法直接观察与验证其他合约方的执行动作，只有让第三方审核各方合约执行的记录。

区块链是安全的分布式数据库，只能通过消息来改变合约的状态，而且状态的改变需要经过拜占庭算法保持一致性。Ethereum大大推进了智能合约的发展，满足了当时Nick Szabo对智能合约的基本要求。Ethereum是一个带有基于内置图灵完备编程语言虚拟机的区块链平台，把合约本身及其状态存储在区块链中，当合约的条款条件满足时，存储在区块链的合约代码也会被触发执行。由于Ethereum智能合约的执行是由区块链上的分布式虚拟机完成，相当于分布式系统，所以不仅不存在单点失效，而且还能直接拥有区块链不可更改与可验证的特点。因此，智能合约与区块链结合的研究有很大的发展空间，目前已经有很多家公司投入研究基于区块链智能合约的，包括Codius、SmartContract、IBM和Eris等。

目前，基于区块链的智能合约还不够成熟，还存在很多问题：如合约语言的选择；Ethereum只是提供智能合约与区块链结合的平台，但合约的具体执行模型还有待完善；此外还有合约的生成与验证等。当前的智能合约研究还处于初级阶段，应用还十分简单的，基于区块链的智能合约的执行效率低下，以太坊上运行的智能合约的平均执行时间为20秒，很难满足一些对于实时性要求高的场景。

随着区块链的快速发展，其应用场景也在逐步扩大，从原有的金融行业逐步向医疗、能源等行业发展。而由此产生的结果是行业对于区块链的需求也越来越大，区块链繁琐的搭建过程促使了云上区块链BaaS(Blockchain as a Service)的出现。BaaS被定义在云服务中的PaaS(Platform as a Service)层，提供给开发人员可快速搭建的区块链开发环境，并降低区块链部署成本。区块链与云技术的结合为智能合约与云技术的结合提供了可行性，也为解决基于区块链的智能合约的现有问题提供了新的途径。然而，云计算无法节省骨干带宽，处理速度相对还是较慢，因此需要在云计算上进行计算延伸技术的发展从而解决合约执行效率低的问题。

发明内容

本发明的发明构思在于一方面提出一种新的计算架构，即雾计算或雾联网，与云计算相比，雾计算强调接近最终用户和客户目标，密集的地理分布和本地资源池，减少延迟和节省骨干带宽，以实现更好的服务质量(QoS)和边缘分析/流挖掘，从而在用户体验上具有卓越的优势，并且在发生故障的情况下具有冗余性。本发明的发明构思另一方面在于利用云的延伸技术——雾计算，将区块链上(云端)的部分智能合约操作移至链下(雾端)进行，构建智能合约雾计算模型，有效的降低合约总体执行时间，提升合约执行效率和整体执行性能，从而很好的解决合约执行效率低的问题。

本发明的目的在于提供一种建立基于雾计算的智能合约微服务模型的方法，包括如下步骤：

步骤一，将合约处理数据分类定义；

步骤二，建立基于雾计算的智能合约微服务模型。

优选的，所述步骤一包括根据现有云、雾端设备的特点对整体处理的数据类型进行划分，合理的将数据分配到云、雾端，将所需执行的智能合约发放到对应的合约执行端，提升合约执行效率。

优选的，所述云端设备的特点包括：远离终端、移动性差、计算存储能力强以及数量少而集中，划分到所述云端设备执行的合约处理数据对应的合约操作包括类型为：

(1)合约逻辑复杂，计算能力要求高；

(2)合约实时性要求不高；

(3)合约有历史数据的回溯功能，与历史数据相关联，需完整的历史信息，对数据存储空间要求较高。

优选的，所述雾端设备的特点包括：靠近终端、移动灵活、延迟短、存储计算能力弱、数量多而分散，划分到所述雾端设备执行的合约处理数据对应的合约操作包括类型为：

(1)合约逻辑复杂度低，计算能力要求不高；

(2)合约实时性要求高，需要低延迟；

(3)合约同一时刻处理请求数量较小，合约请分散到众多雾设备中处理；

(4)合约关联的数据量少，对存储量要求不高，与历史数据关联性小，过期数据可定时清理。

优选的，所述步骤二的所述基于雾计算的智能合约微服务模型包括：将智能合约部署在便于移植的合约容器中，某些合约微服务可快速的被移动到网络的边缘，并植入到雾端设备中，使得部分对实时性要求较高的业务需求在近请求端被处理，从而应用为低延时。

优选的，所述基于雾计算的智能合约微服务模型工作流程包括：

(1)首先从云端将部分合约微服务下放至雾设备上；

(2)边缘设备提出请求后，请求首先经过雾设备并进行计算类型判定，当判定所述计算类型为边缘处理类型时，便调用雾设备中对应的合约微服务进行业务处理并返回处理结果，当判定所述计算类型为中心处理类型时，则继续将请求上传至云端处理；

(3)雾端设备周期性的将所述合约微服务的处理信息整合上传至云中心，经云中心处理后，将其保存在区块链中，实现雾端合约微服务的异步可靠记录。

优选的，所述雾端设备为异构边缘设备。

采用本发明建立的基于雾计算的智能合约微服务模型进行区块链的多种应用，微服务任务被部分分散至雾设备端，使得部分对实时性要求较高的业务需求能够在近请求端被处理，达到现有雾计算应用低延时的特点，可有效提升总体业务逻辑处理的速度，并能有效减轻中心网络的压力和云中心智能合约服务的负载压力。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

附图1为根据本发明实施例的基于雾计算的智能合约模型的工作流程图。

具体实施方式

基于雾计算的智能合约模型的实现方法，包括如下步骤：

(1)合约处理数据分类定义；

(2)设计基于雾计算的智能合约微服务模型；

关于合约处理数据分类定义：

在现有的云、雾体系架构中，智能合约可在云、雾两端执行，故需要对整体处理的数据类型进行划分，合理的将数据分配到云、雾端，并利用智能合约进行处理。主要通过对现有云、雾端的设备特点进行划分。

云端设备通常具有远离终端、移动性差、计算存储能力强、数量少而集中的特点，故在云端执行的合约操作需具备如下特点：

1)合约逻辑复杂，要求高计算能力；

2)合约实时性要求不高；

3)合约有历史数据的回溯功能，与历史数据相关联，需完整的历史信息，对数据存储空间要求较高。

雾端设备通常具有靠近终端、移动灵活、延迟短、存储计算能力弱、数量多而分散的特点，故在雾端执行的合约操作需具备如下特点：

1)合约逻辑复杂度低，计算能力要求不高；

2)合约实时性要求高，需要低延迟；

3)合约同一时刻处理请求数量较小，合约请求应分散到众多雾设备中处理；

4)合约关联的数据量少，对存储量要求不高，另外，与历史数据关联性小，过期数据可定时清理。

依照以上的合约划分方法，可有效的将所需执行的智能合约发放到对应的合约执行端，有效的提升合约执行效率。

基于雾计算的智能合约微服务模型：

将智能合约部署在容器之中，而容器具备便于移植的特点，某些合约微服务可快速的被移动到网络的边缘，并植入到异构边缘设备(雾设备)中去，使得部分对实时性要求较高的业务需求能够在近请求端被处理，达到现有雾计算应用低延时的特点。

基于雾计算的智能合约微服务的工作流程如图1所示。

1)首先从云端将部分合约微服务下放至雾设备上。

2)边缘设备提出请求后，其首先经过雾设备并进行类型判定，当判定为边缘处理类型时，便调用雾设备中对应的合约微服务进行业务处理并返回处理结果，当判定为中心处理类型时，则继续将请求上传至云端处理。

3)雾端设备周期性的将合约微服务处理信息整合上传至云中心，经云中心处理后，将其保存在区块链中，实现雾端合约微服务的异步可靠记录。

采用上述方法，将智能家电作为该实施例的应用场景，假如智能家电与云上联网，若接收到了用户下发的指令，则需将信息上传至云端触发智能合约并计算得到最终指令再下放给对应家电执行，期间的延时将不能被接受。但将云上智能合约部分功能下放至家电端(即雾端)，能够在家电端执行智能合约，计算并处理用户指令，则可极大的降低延时。额外的，家电周期性的将这段时间内的运行状态上传至云(可选在用户极少使用家电的时间段，即无延时需求的时间段)，由云上智能合约进行分析处理，可时刻保证家电的正常运行。

本实施例将智能合约微服务分散至雾设备端，可有效提升总体业务逻辑处理的速度，并能有效减轻中心网络的压力和云中心智能合约服务的负载压力。

虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。

Claims (7)

1.一种建立基于雾计算的智能合约微服务模型的方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，将合约处理数据分类定义；

步骤二，建立基于雾计算的智能合约微服务模型。

2.根据权利要求1所述的一种建立基于雾计算的智能合约微服务模型的方法，其特征在于所述步骤一包括根据现有云、雾端设备的特点对整体处理的数据类型进行划分，合理的将数据分配到云、雾端，将所需执行的智能合约发放到对应的合约执行端，提升合约执行效率。

3.根据权利要求2所述的一种建立基于雾计算的智能合约微服务模型的方法，其特征在于所述云端设备的特点包括：远离终端、移动性差、计算存储能力强以及数量少而集中，划分到所述云端设备执行的合约处理数据对应的合约操作包括类型为：

(1)合约逻辑复杂，计算能力要求高；

(2)合约实时性要求不高；

(3)合约有历史数据的回溯功能，与历史数据相关联，需完整的历史信息，对数据存储空间要求较高。

4.根据权利要求2所述的一种建立基于雾计算的智能合约微服务模型的方法，其特征在于所述雾端设备的特点包括：靠近终端、移动灵活、延迟短、存储计算能力弱、数量多而分散，划分到所述雾端设备执行的合约处理数据对应的合约操作包括类型为：

(1)合约逻辑复杂度低，计算能力要求不高；

(2)合约实时性要求高，需要低延迟；

(3)合约同一时刻处理请求数量较小，合约请分散到众多雾设备中处理；

(4)合约关联的数据量少，对存储量要求不高，与历史数据关联性小，过期数据可定时清理。

5.根据权利要求1所述的一种建立基于雾计算的智能合约微服务模型的方法，其特征在于所述步骤二的所述基于雾计算的智能合约微服务模型包括：将智能合约部署在便于移植的合约容器中，某些合约微服务可快速的被移动到网络的边缘，并植入到雾端设备中，使得部分对实时性要求较高的业务需求在近请求端被处理，从而应用为低延时。

6.根据权利要求5所述的一种建立基于雾计算的智能合约微服务模型的方法，其特征在于所述基于雾计算的智能合约微服务模型工作流程包括：

(1)首先从云端将部分合约微服务下放至雾设备上；

(2)边缘设备提出请求后，请求首先经过雾设备并进行计算类型判定，当判定所述计算类型为边缘处理类型时，便调用雾设备中对应的合约微服务进行业务处理并返回处理结果，当判定所述计算类型为中心处理类型时，则继续将请求上传至云端处理；

(3)雾端设备周期性的将所述合约微服务的处理信息整合上传至云中心，经云中心处理后，将其保存在区块链中，实现雾端合约微服务的异步可靠记录。

7.根据权利要求1-6所述的一种建立基于雾计算的智能合约微服务模型的方法，其特征在于所述雾端设备为异构边缘设备。