CN111447234A - 一种适用于边缘计算的区块链架构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于边缘计算的区块链架构，以组件的形式提供区块链服务，包括用于提供区块链基础服务的各个节点的基础层，还包括扩展层，所述扩展层包括共识服务，集成多种共识协议，根据边缘应用配置不同的共识算法并提供统一的共识接口；智能合约服务，为区块链应用于边缘计算提供应用基础；应用服务，为应用层提供统一的区块链服务接口；源调度服务，实时采集各个节点的资源使用状态，为区块链各个服务节点的分配提供支撑。本发明提供灵活可配置的区块链组件，有效提升区块链在边缘计算环境下的存储、计算等效率，为区块链适应不同边缘计算场景提供方法，能够适应多种边缘计算的需要，有效解决区块链在边缘计算中的适应问题。

Description

一种适用于边缘计算的区块链架构
技术领域
本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种适用于边缘计算的区块链架构。
背景技术
随着5G通信、大数据、人工智能、物联网等技术的快速发展，接入网络的设备呈爆发式增长，每天产生的数据也在激增。采用云方式存储和处理数据不能满足实时性较高的应用场景。边缘计算通过在靠近物或数据源头的网络边缘侧，为应用提供融合计算、存储和网络等资源，逐渐成为了一种重要的计算模式。边缘计算模型将原有云计算中心的部分或全部计算任务迁移到数据源附近，相比于传统的云计算模型，边缘计算模型具有实时数据处理和分析、安全性高、隐私保护、可扩展性强、位置感知以及低流量的优势。由于边缘计算一般缺少性能强大的计算中心，在安全上会存在如下问题：
(1)易遭受拒绝服务攻击：非法数据泛洪，导致边缘服务节点无法正常提供服务，浪费大量的计算、通信资源；
(2)易遭受女巫攻击：有害节点伪装成多个正常节点，对正常用户造成恶劣影响；
(3)数据合法性问题：无法验证各个节点数据的合法性。
边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开发平台，就近提供边缘智能服务满足行业数字在敏捷联接、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。
区块链技术源于比特币，2008年由一位自称中本聪的人提出。区块链技术融合了P2P网络、信息安全、分布式数据库等多种信息技术，提供了一种去中心化的数据服务。区块链网络与边缘计算网络在数据传播上有很大的相似性，融合能够有效提升边缘计算的安全性。但传统区块链架构是面向性能较强的计算平台，资源消耗较大，不能适应边缘计算各种资源受限的条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于边缘计算的区块链架构，以组件的形式提供区块链服务并可根据节点的计算能力定制组件。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种适用于边缘计算的区块链架构，以组件的形式提供区块链服务，包括用于提供区块链每个节点基础服务的基础层，还包括为基础层提供扩展服务的扩展层，所述扩展层包括，
共识服务，集成多种共识协议，根据边缘应用配置不同的共识算法并提供统一的共识接口；
智能合约服务，用于提供边缘计算的应用基础；
应用服务，为应用层提供统一的区块链服务接口；
资源调度服务，实时采集各个节点的资源使用状态，为区块链各个服务节点的分配提供支撑。
进一步地，还包括与资源调度服务通信的管理服务，所述管理服务根据资源调度服务生成的最新配置，对本地的区块链服务实时管控。
进一步地，还包括应用层，所述应用层利用区块链提供的服务构建区块链边缘应用。
进一步地，所述共识服务包括，
Leader节点选择接口，为共识节点选择一个Leader节点负责交易打包并分发新块；
交易验证接口，为Leader节点验证接收到的新的交易数据；
打包接口，将验证通过的交易写入本地数据库并向网络广播。
进一步地，所述资源调度服务通过各节点上报的资源数据，预测分析网络资源消耗，根据配置选择执行打包区块和验证区块的节点。
进一步地，所述资源调度服务包括资源统计接口、资源分析与预测接口和资源调度接口；
所述资源统计接口用于定时统计各个节点的资源使用情况；
所述资源分析与预测接口根据节点资源使用情况，分析预测将来资源可能损耗，并为节点功能配置智能化生成策略；
所述资源调度接口根据资源分析与预测接口生成的配置策略通过区块链平台发送至各节点。
进一步地，所述应用服务包括，
交易数据查询接口，用于根据条件查询数据；
区块链状态查询查询接口，用于查询边缘网络内各个参与区块链节点的计算、网络、存储、能量等资源的状态；
智能合约调用接口，用于提供使用操作智能合约的入口；
区块链服务管理接口，用于对区块链的扩展服务进行灵活配置；
资源状态接口，用于对区块链当前状态进行查询。
进一步地，所述基础层包括，
传输服务，通过抽象网络协议形成统一的数据传输接口；
数据加密服务，用于提供数据加密、数字签名和Hash的密码学算法接口；
数据服务，用于提供底层数据库访问接口。
与现有技术相比，本发明得有益效果包括：
(1)本发明提供区块链在边缘计算环境下可行的架构方案，灵活可配置的区块链组件，有效提升区块链在边缘计算环境下的存储、计算等效率；
(2)设计各个组件的核心接口，为区块链适应不同边缘计算场景提供方法，适用于边缘计算的区块链架构具效率高、适应性强、灵活可扩展配置等特点，能够适应多种边缘计算的需要，有效解决区块链在边缘计算中的适应问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明实施例一种适用于边缘计算的区块链架构的结构示意图；
图2是本发明实施例基础层的原理框图；
图3是本发明实施例扩展层的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种适用于边缘计算的区块链架构，以组件的形式提供区块链服务，包括用于提供区块链基础服务的各个节点的基础层，适用于区块链架构核心的扩展层，为基础层提供扩展服务，利用区块链提供的服务构建区块链边缘应用的应用层。
如图2所示，基础层是边缘计算中使用区块链服务每个节点的必要部分，包括传输服务、数据加密服务和数据服务。
传输服务为节点之间发送和接收数据提供了通信基础，通过抽象多种网络协议，包括蓝牙协议、WIFI协议、Zigbee协议等，形成统一的数据传输接口，包括数据发送接口、状态广播接口和节点发现接口，屏蔽协议差异，提升区块链架构在边缘计算环境下的适应性。
数据加密服务为数据存储和通信过程中提供安全保障，主要为区块链提供对称加密接口、非对称加密接口、Hash算法接口、数字签名与验证接口，通过插件化的机制，实现加密算法的可配置、可扩展。
数据服务为区块链提供提层的存储支撑，为区块链提供底层数据库访问接口，包括SQL数据库、NoSQL数据库。
作为本发明的一实施例，如图3所示，扩展层为适用于区块链架构的核心，确保区块链网络和应用稳定可靠运行，其主要包括共识服务、智能合约服务、应用服务以及资源调度服务。
共识服务，集成多种共识协议，根据边缘应用配置不同的共识算法并提供统一的共识接口，解决分布式环境下各个节点数据一致性问题，包括Leader节点选举接口、交易验证接口、打包接口。Leader节点选择接口，为共识节点选择一个Leader节点负责交易打包并分发新块；交易验证接口，为Leader节点验证接收到的新的交易数据；打包接口，将验证通过的交易写入本地数据库并向网络广播。
智能合约服务，为为基于区块链的应用提供业务支撑环境，包括轻量级的智能合约执行环境，智能合约注册、触发、执行以及注销等功能，具体包括启动执行环境接口、关闭执行环境接口、智能合约注册接口、智能合约验证接口、智能合约触发接口、智能合约注销接口。
其中，启动执行环境接口用于在智能合约的执行启动一个沙盒环境，确保智能合约执行处于安全环境中；关闭执行环境接口用于在智能合约执行完毕后关闭执行环境，减少资源消耗；智能合约注册接口用于将智能合约代码注册到区块链上，供上层应用调用；智能合约验证接口用于验证智能合约的合法性和合规性；智能合约触发接口用于满足合约条件后调用智能合约；智能合约注销接口为注销某个智能合约，后续不再使用。
资源调度服务，实时采集各个节点的资源使用状态，通过各节点上报的资源数据，预测分析网络资源消耗，根据配置选择执行打包区块和验证区块的节点，为区块链各个服务节点的分配提供支撑，包括资源统计接口、资源分析与预测接口和资源调度接口。资源统计接口用于定时统计各个节点的资源使用情况；资源分析与预测接口根据节点资源使用情况，分析预测将来资源可能损耗，并为节点功能配置智能化生成策略；资源调度接口根据资源分析与预测接口生成的配置策略通过区块链平台发送至各节点。
作为本发明的一实施例，还包括与资源调度服务通信的管理服务，管理服务根据资源调度服务生成的最新配置，对本地的区块链服务实时管控。
作为本发明的一实施例，应用服务是为上层应用服务，主要包括交易数据查询接口、区块链状态查询查询接口、智能合约调用接口、区块链服务管理接口、资源状态接口。交易数据查询接口用于根据条件查询数据，条件一般包括Hash值、接收者、发送者、时间及时间范围、数据业务类型等；区块链状态查询接口用于查询边缘网络内各个参与区块链节点的计算、网络、存储、能量等资源的状态，为后续决策提供数据基础；智能合约调用接口为应用提供使用操作智能合约的入口，从而使用智能合约；区块链服务管理接口用于对区块链的扩展服务进行灵活配置；资源状态接口主要是对区块链当前状态进行查询。
本发明适用于边缘计算的区块链架构，提供区块链在边缘计算环境下可行的架构方案，灵活可配置的区块链组件，有效提升区块链在边缘计算环境下的存储、计算等效率；设计各个组件的核心接口，为区块链适应不同边缘计算场景提供方法，适用于边缘计算的区块链架构具效率高、适应性强、灵活可扩展配置等特点，能够适应多种边缘计算的需要，有效解决区块链在边缘计算中的适应问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种适用于边缘计算的区块链架构，以组件的形式提供区块链服务，包括用于提供区块链每个节点基础服务的基础层，其特征在于：还包括为基础层提供扩展服务的扩展层，所述扩展层包括
共识服务，集成多种共识协议，根据边缘应用配置不同的共识算法并提供统一的共识接口；
智能合约服务，用于提供边缘计算的应用基础；
应用服务，为应用层提供统一的区块链服务接口；
资源调度服务，实时采集各个节点的资源使用状态，为区块链各个服务节点的分配提供支撑。
2.根据权利要求1所述的适用于边缘计算的区块链架构，其特征在于：还包括与资源调度服务通信的管理服务，所述管理服务根据资源调度服务生成的最新配置，对本地的区块链服务实时管控。
3.根据权利要求1所述的适用于边缘计算的区块链架构，其特征在于：所述应用层利用区块链提供的服务构建区块链边缘应用。
4.根据权利要求1所述的适用于边缘计算的区块链架构，其特征在于：所述共识服务包括，
Leader节点选择接口，为共识节点选择一个Leader节点负责交易打包并分发新块；
交易验证接口，为Leader节点验证接收到的新的交易数据；
打包接口，将验证通过的交易写入本地数据库并向网络广播。
5.根据权利要求1所述的适用于边缘计算的区块链架构，其特征在于：所述资源调度服务通过各节点上报的资源数据，预测分析网络资源消耗，根据配置选择执行打包区块和验证区块的节点。
6.根据权利要求5所述的适用于边缘计算的区块链架构，其特征在于：所述资源调度服务包括资源统计接口、资源分析与预测接口和资源调度接口；
所述资源统计接口用于定时统计各个节点的资源使用情况；
所述资源分析与预测接口根据节点资源使用情况，分析预测将来资源可能损耗，并为节点功能配置智能化生成策略；
所述资源调度接口根据资源分析与预测接口生成的配置策略通过区块链平台发送至各节点。
7.根据权利要求1所述的适用于边缘计算的区块链架构，其特征在于：所述应用服务包括，
交易数据查询接口，用于根据条件查询数据；
区块链状态查询查询接口，用于查询边缘网络内各个参与区块链节点的计算、网络、存储、能量等资源的状态；
智能合约调用接口，用于提供使用操作智能合约的入口；
区块链服务管理接口，用于对区块链的扩展服务进行灵活配置；
资源状态接口，用于对区块链当前状态进行查询。
8.根据权利要求1所述的适用于边缘计算的区块链架构，其特征在于：所述基础层包括，
传输服务，通过抽象网络协议形成统一的数据传输接口；
数据加密服务，用于提供数据加密接口、数字签名与验证接口和Hash算法接口；
数据服务，用于提供底层数据库访问接口。
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