CN111770073B - 一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法 - Google Patents

一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法，属于移动通信技术领域。首先，针对移动设备的不同任务需求，进行最优卸载决策，并对卸载过程中的网络资源进行最优分配，提高任务卸载效率。其次，为解决网络安全问题，本发明引入区块链技术，通过选举出的主节点对交易处理形成新的块，并经过验证节点共识操作后，新的区块接入区块链系统中；针对区块链节点“勾结选票”问题，会出现恶意节点通过抱团等行为影响投票，导致选举出恶意节点成为主节点，采用改进的授权权益证明共识算法，通过基于信誉度的选举机制，选举信誉度高的节点成为区块链服务节点，并在共识过程中对新产生的区块内的交易信息实时监督验证。

Description

一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，涉及一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法。
背景技术
随着语音控制、人脸识别、互动游戏、增强现实等计算密集型移动应用的飞速发展，资源有限的移动设备很难满足这些移动应用的性能要求。最近，移动边缘计算(MEC)被引入来解决这个问题，它将计算任务分配给网络中资源丰富的边缘服务器或边缘节点。与传统的集中式云计算系统相比，MEC系统的分布式结构有很多优点，包括降低延迟、降低能耗、提高体验质量。然而，由于与边缘节点的交互以及会发生跨MEC服务器的服务迁移，安全性和隐私问题是MEC计算卸载的重要挑战。
在现代物联网环境下，雾计算的引入扩充了移动边缘计算的应用场景和领域，与边缘计算相类似，通过布置大量广泛分布的雾节点(fognode)用来及时处理移动设备的卸载请求，由于节点分布距离设备端更近，大大降低了任务时延，提高了服务质量；然而，由于雾节点的广泛分布，大量的节点都长期处于无人管理的环境下，同时雾节点由于其服务特性，需要收集处理大量的移动终端数据信息，如何保证设备传输的任务信息不被恶意节点篡改，造成对用户隐私的威胁和其他安全问题是当前亟待解决的问题。
为了解决这些问题，区块链被认为是一种可靠有效的方法。传统的数字账本方法依赖于可信的一个中央权威机构，而区块链使用社区验证来同步分散的账本，这些账本在多个节点上复制共识。区块链技术本质上是一种对等peertopeer(P2P)网络，其中由网络产生的交易以完全分散、透明和安全的方式被记录，网络中的任何节点都可以参与记录这些交易。因此，区块链在移动边缘计算和雾计算中的应用引起了人们极大兴趣。当前，大多数现有工作认为区块链是覆盖在fog系统之上的系统，因此，区块链和fog的设计和优化是分开进行的，这将导致系统性能的降低。由于fog节点的计算能力有限，当fog服务器同时处理卸载任务和区块链任务时，很容易造成区块链系统和fog系统之间计算资源分配不平衡。此外，当fog系统分配到较少计算资源时，在fog节点上卸载任务的执行时间会变得过高。同样，当区块链节点分配到的计算资源较低，验证新的区块延迟也会过高，影响将事务记录到区块链中的效率。
针对以上现象，本发明提出一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方案。针对fog系统和区块链系统进行联合优化，以最小化网络总任务处理时延为目标，做出最优卸载决策，并且针对区块链系统的安全性和稳定性，采用基于信誉度的DPoS共识算法，选举出信誉度较高的fog节点参与区块链操作，实现分布式账本的可靠性，对网络的交易和数据的内容实现监督和审查，对区块链系统的计算和通信资源做出最优分配。
综上所述，本发明为解决传统雾网络任务传输的可靠性和用户隐私保护问题，结合fog系统和区块链系统，提出了一种基于区块链的雾网络卸载决策和最优资源分配方案。Fog系统上传的交易由选举出的主节点打包验证操作，通过主节点和验证节点的相互监督验证，可以有效的保证传输数据的安全性。此外，对数据进行的任何操作将导致共识过程中Hash结果值不同，可以及时被检测发现，并取消交易，保证了用户数据的隐私性。最后，为提高网络资源利用率，本发明综合考虑两个系统下的任务处理总延时，以最小化网络总任务处理时延为优化目标，优化在两个系统下fog资源分配，保证网络的稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法，以解决区块链-雾网络中的数据可靠传输和用户隐私性的问题，同时优化网络资源分配，提升网络服务质量。在雾网络架构下，由于大量的fog节点随机且广泛的分布在网络中，越来越多的IoT终端设备的交互和业务传输会经过fog媒介，一些计算密集型的任务可能会经过多个fog节点处理，数据传输的可靠性和fog节点的安全性至关重要。当存在被恶意攻击的fog节点，其通过篡改设备传输数据，将导致用户隐私泄露。此外，某些恶意fog会为了获取自身最大收益而恶意提高设备通信成本。为了保证任务卸载传输过程中的数据的可靠性和安全性，本发明引入区块链技术，结合传统的雾网络，构建新的区块链-雾网络。新的区块链-雾网络架构包括三层，即设备层，fog层和区块链层。在设备层，各种异构设备由于自身的计算能力和存储能力有限，会产生相应的任务卸载请求至fog层的雾节点。fog节点拥有可靠的计算和存储能力来处理设备层设备发送来的卸载任务，并且部分fog节点将通过选举成为区块链层中维护传输安全的区块链节点，对网络交易的信息和事务进行打包处理，完成共识验证操作。区块链层保存了网络中所有的交易记录和fog节点信誉值信息，网络中的所有实体可以通过授权部门颁发给的公钥访问区块链系统，获取交易信息，对交易过程能够实现审计监督，保证数据的真实性和传输的可靠性。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法，该方法根据所提网络场景的特性，联合优化fog系统和区块链系统下的网络总任务处理时延，并进行最优卸载决策和网络资源的最优分配，该方法包括以下步骤：
S1：网络中的设备发送卸载请求，所有的交易都上传至区块链系统中；
S2：基于信誉度进行选举投票，主节点处理交易记录，并作出卸载决策；
S3：主节点收集打包交易，形成新的未授权区块，并进行共识操作；
S4：共识验证通过后，未授权的新区块信息根据“最长链原则”接入区块链系统。
可选的，在所述步骤S1中，对于网络中所有发送卸载请求的设备，相应的产生对应的一次交易记录，交易信息包括任务大小Dn，处理密度Cn，这些交易记录被保存在区块链系统的资源池中，被选举出的主节点能够对这些交易记录进行处理操作和打包，并且在各自处理周期内才有权限，主节点根据偏好选择优先处理的交易记录。
可选的，所述偏好为交易可获得的奖励。
可选的，在所述步骤S2中，网络中的所有fog节点首先通过基于信誉度的原则选举投票出主节点和验证节点；
根据传统的DPoS共识算法，会出现拥有权益较大的节点会对投票过程产生影响，从而使得选举出的节点公平性很难得到保证，选举出的主节点根据节点持有货币数量和持有货币时间长短原则结合进行投票；
为获得较高的信誉度，处理能力较好的fog节点会更加乐意参与验证过程，以此获得高收益；
采用基于信誉度原则的方式进行选举，信誉度高的主节点将交易记录打包成区块，并通过私钥签名广播至其余验证节点，包括未在工作的主节点，每个区块的交易记录被组织成一个有哈希值组成的Merkle树，验证节点通过解密操作后，将其通过对Merkle树子节点哈希值再次哈希运算得到的结果与主节点计算得到的结果进行比对，以此保证交易数据的可靠性。
可选的，所述选举出的主节点数量为奇数个，并且每个主节点只能在各自执行周期内拥有处理网络中的交易权限，其余的主节点参与验证操作；主节点根据fog节点可提供的计算能力，做出最优卸载决策，以最小化任务处理时延为优化目标。
可选的，在所述步骤S3中，主节点收集达成交易内容的交易信息，并通过智能合约传输任务信息；在收集交易记录后，形成新的未授权块内容，其中包括通过Hash操作后得到的结果，任务交易信息等，并通过私钥进行签名，将块信息广播至其他验证节点；验证节点通过公钥解密块内容，并相应的进行Hash操作，进行结果对比，如果验证通过，反馈验证通过信息至主节点；当主节点收到超过验证节点综述三分之二以上的通过信息后，新区块验证通过，接入区块链系统。
可选的，在所述步骤S4中，采取“最长链原则”，选举出的主节点在各自执行周期内收集交易信息并形成新的区块，验证通过的区块通过一个反向指针指向它的前一个区块，指针本质上是存储在块中的前一个区块的哈希值；若出现恶意节点，由于在共识过程验证节点的参与，形成的链结构会因为该恶意节点“断裂”出现分叉，下一个主节点将新的区块连接到上一正常主节点形成的区块后。
本发明的有益效果在于：
在任务传输过程中，通过区块链的共识机制对传输数据的可靠性和安全性提供保障。任何数据的篡改，都会在验证过程中被绝大多数节点发现，由于hash函数操作过程的不可逆性，通过求解得到的hash值很难反向求解出原数据，于是数据发生修改或其他操作都会导致得到不同的hash。如果发现数据被篡改，此时正在工作的主节点将被系统发现并被抛弃出主节点集，以此实现对网络安全的动态维护。
在区块链系统中，通过对网络中的资源进行合理分配，以最小化网络总时延为优化目标，权衡区块链验证的可靠性和任务处理的及时性。由于被选举出的主节点和验证节点可能同时参与卸载或打包验证任务，通过合理分配可用的计算资源，可实现交易完成时延和传输安全之间的平衡。
针对雾网络中存在的用户传输数据安全性问题，即fog节点是否为安全的卸载节点，通过引入基于信誉度的DPoS共识算法，通过选举信誉度较高的节点对网络数据进行验证，实现对卸载节点的审查；对于在选举投票过程中，恶意节点的“勾结投票”问题，通过区块链验证操作过程对选举出的主节点进行审查，验证节点参与对主节点收集交易信息产生的块内容进行审查，当返回的验证结果多于验证节点数量的三分之二时，认为交易过程正常，区块信息正确。
本方案以最小化整体网络任务卸载总时延为目标优化任务卸载决策和资源分配。将原优化问题分解为两个子系统下的子优化问题，分别求解卸载决策和区块链资源分配问题。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为网络场景示意图；
图2为基于区块链的雾网络任务处理流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参见图1，图1所示为基于区块链的雾网络卸载决策和资源分配场景模型图。该网络分为三层：设备层，fog层和区块链层。在设备层，存在各种异构设备，这些设备自身的计算能力和存储能力有限，产生的任务将卸载至fog层中的fog服务器；fog层中的fog节点拥有可靠的计算和存储能力来处理卸载任务，同时fog在处理完设备任务请求时后，需要对网络交易的信息和事务进行打包验证，并将形成的区块广播至其他验证节点，当所有验证节点达成共识才能将该区块接入到区块链系统中；区块链层用于保存网络中所有交易记录和提供选举参考的fog信誉度信息。网络中的所有实体可以通过授权部门颁发的公钥访问区块链系统，获取交易信息，对交易过程实时监督，从而有效的保证数据的完整性和传输的可靠性。在物联网场景下的任务卸载过程，包括两个系统的总时延：任务卸载至fog节点的传输时延和任务处理时延；在区块链场景下区块产生时延和验证时延。本发明以最小化网络总任务处理时延为优化目标进行最优卸载决策和资源分配。
每个智能设备都会产生一些自身无法处理的计算密集型业务请求，这些业务请求可以通过卸载至网络中计算能力较强的fog节点处理，并且在每个设备通信范围内，至少有一个可提供接入服务的fog节点。当网络中的设备产生卸载请求时，将发送任务相关数据至附近fog节点，任务数据包括{Dn,Cn}，Dn表示任务大小(bit)，Cn表示计算频率(cycle/bit)。网络设备集合，fog集合和资源块(Resource Block，RB)集合分别表示为K＝{1,2,...,K}，Μ＝{1,2,...,M}和Ν＝{1,2,...,N}。本网络场景中，一个RB仅能够分配给一个fog节点中的一个设备使用。系统总带宽被划分为N个相等带宽的RB，每个RB的带宽为B＝W/N。网络中的设备使用不同的RB传输数据，可得到相应的设备k信噪比为：
Figure BDA0002553091320000061
其中，pk,n,m表示设备k通过RB n传输数据至fog m的传输功率，hk,n,m(t)＝lk,m·gk,n,m表示总信道衰落增益值，包括大尺度衰落lk,m和小尺度衰落gk,n,m；其中，
Figure BDA0002553091320000062
c表示参考距离为1km处的平均路径增益的中值，sk,m表示的是均值为零、标准差为σsh的对数阴影衰落变量，dk,m表示用户k到fog m的距离，α是路径损耗指数。gk,n,m是零均值单位方差的独立同分布复高斯随机变量，σ2表示加性高斯白噪声。
由此可得设备k的上行传输速率为：
rk,n,m(t)＝Blog2(1+SNRk,n,m(t))
由此可得任务从设备k卸载到fog m的传输时延
Figure BDA0002553091320000063
可表示为：
Figure BDA0002553091320000064
其中，Dn表示卸载任务输入数据大小(bits)。
当fog收集到相关卸载任务信息，会提供自身计算资源为设备提供服务，其任务计算时延
Figure BDA0002553091320000065
可表示为：
Figure BDA0002553091320000066
其中，Cn表示处理1bit输入数据所需CPU周期数，fk,m表示fog m为设备k提供的CPU频率(cycle/s)。
由此可得设备k在fog层的任务处理总时延为：
Figure BDA0002553091320000071
相应地，fog层网络总任务处理时延为：
Figure BDA0002553091320000072
其中，αk,m表示设备k-fog m分配指标参数，若αk,m＝1，表明设备k选择fog m卸载任务；βn,m表示RB n-fog m分配指标参数，若βn,m＝1，表明用户通过RB n向fog m卸载任务，反之亦然。
尽管移动设备通过将计算密集型任务卸载到fog节点处理能够获得较好的传输体验，但是在传输过程中，可能存在一系列安全问题，比如数据被恶意的fog篡改等行为，这对用户数据安全性产生很大影响。将区块链结合到fog网络中可有效的保证数据传输的可靠性，并且通过比对hash操作后的结果值，可验证审查数据，保证数据内容不被篡改。本网络中的fog节点由于其充足的计算和存储能力，可成为区块链系统中的备选服务节点，在公共环境下承担审计和存储卸载数据记录的功能。区块链系统中，服务节点通过fog信誉度选举出部分主节点和验证节点，信誉度高的区块链服务节点可以处理卸载fog系统上传的交易记录，并实现对数据的及时审查和验证。在区块链系统，交易记录将通过以下两步处理：1)区块产生，交易记录通过选举出的主节点打包成区块；2)共识过程，由主节点打包形成的区块需要广播至其他验证节点形成统一的账本信息。
1)区块产生：
在fog系统产生的交易记录会上传至区块链系统中，假网络中含有L个区块链节点，选举出的主节点l可处理交易记录。基于信誉度方案，主节点通过收集，确认，打包交易记录产生一个区块，其所需时延为
Figure BDA0002553091320000073
Figure BDA0002553091320000074
其中，fb,l表示区块链系统主节点l的CPU频率(cycle/s)，Cb表示主节点处任务处理密度(cycle/bit)，Ib表示主节点l的输入数据大小，其包括交易记录大小和加密数据大小。
2)共识过程：
采用基于信誉度的DPoS共识算法达成共识。传统的DPoS共识算法基于节点自身拥有的权益进行选举，拥有权益大的节点可能对投票产生较大影响，各个投票节点的投票比重和自身权益大小成正比。基于信誉度的DPoS共识算法将选举信誉度高的节点处理收集交易记录，各个投票节点拥有相同的投票比重，不再按照所占权益比重进行投票选举。网络中的投票节点通过选举推选出一部分主节点和验证节点，主节点在自身工作周期内处理网络中交易记录，并进行打包成块操作。所形成的块信息广播至验证节点，在验证节点验证内容可靠后，进行交易操作。最终主节点将验证通过的区块添加至区块链系统中，交易记录可供网络中所有节点查看。
当所有验证节点都是诚实可靠的，共识过程分为两部分：区块传播和区块验证。在区块传播过程中，主节点l将区块传播至验证节点l′的传播速率为
Figure BDA0002553091320000081
相应地，区块传输时延
Figure BDA0002553091320000082
Sb表示区块大小。
在区块验证阶段，验证节点会对主节点广播的块内容进行确认，区块验证时延
Figure BDA0002553091320000083
为：
Figure BDA0002553091320000084
其中，δb表示区块验证所需要的CPU周期数，fv,l′表示验证节点l′验证区块的CPU周期数。相应地，区块链系统总时延可得
Figure BDA0002553091320000085
其中，γl表示主节点分配参数，若当前主节点为l，γl＝1，否则γl＝0。
综合考虑fog系统和区块链系统，以最小化网络任务处理总时延为目标，可建模优化函数为：
Figure BDA0002553091320000091
Figure BDA0002553091320000092
Figure BDA0002553091320000093
Figure BDA0002553091320000094
Figure BDA0002553091320000095
Figure BDA0002553091320000096
Figure BDA0002553091320000097
Figure BDA0002553091320000098
Figure BDA0002553091320000099
Figure BDA00025530913200000910
进一步，分别初始化fog层和区块链层分配指标的情况下，可将原优化问题转换为两个系统下的子优化问题，分别求解。在fog系统下，子优化问题为：
Figure BDA00025530913200000911
s.t.C1～C8
在初始化设备-fog分配指标和RB-fog分配指标的情况下，可通过拉格朗日的方法求解得到最优解
Figure BDA00025530913200000912
和
Figure BDA00025530913200000913
基于在fog得到的卸载决策和资源分配情况，在区块链系统下，原问题可转换为：
Figure BDA00025530913200000914
s.t.C1,C4,C5,C8
在初始化主节点分配指标的情况下，通过拉格朗日的方法求解得到最优解
Figure BDA00025530913200000915
和
Figure BDA00025530913200000916
参见图2，图2为雾-区块链网络任务处理流程示意图。通过该方式可保证任务数据传输的安全性。通过共识过程监督恶意节点的“勾结选票”行为，可保证区块链节点的安全性。同时，将任务数据保存在区块链系统，所有交易过程的记录信息都可被其他网络实体访问查询，提高了数据的可追溯性。详细任务处理流程如下：
201、当网络中有设备产生卸载任务，向附近网络fog节点发送卸载请求；
202、设备发送卸载请求时，发送任务相关内容至附近fog节点，其中包括{Dn,Cn}，Dn表示任务大小(bit)，Cn表示计算频率(cycle/bit)，以供后一步优先卸载决策；
203、网络中每个设备发送卸载请求，即产生一次交易记录，所有的交易信息被上传至区块链系统中，并保存在虚拟的挂起池中，选举出的主节点对产生的交易拥有处理权；
204、网络中所有fog节点进行投票选举，按照信誉度高低，选出一部分主节点和验证节点，主节点个数为奇数个。在处理挂起池中的交易记录时，每个执行周期内只有一个主节点拥有权限，其余主节点参与验证过程，对主节点进行监督，防止出现恶意节点“勾结选票”；
205、在每个主节点的执行周期内，可按照偏好选择优先处理的交易记录，并做出卸载决策，选出最优fog节点卸载设备发送的任务请求；
206、在区块链中，数据的操作和传输通过系统中设定的自动化程序由智能合约处理完成，当交易双方对合约内容，包括fog节点提供的计算资源，参与卸载可得报酬等达成共识，智能合约即可执行，设备传输任务内容，fog执行卸载任务；
207、主节点将交易信息打包形成为授权的新区块，新的区块通过广播至附近的其他验证节点(包括未工作的主节点)，并通过私钥签名。收到新区块的验证节点，首先通过主节点私钥对应的公钥解密访问数据信息，对区块内的交易记录重新进行hash操作，得到hash值与主节点进行对比，若验证通过，添加签名信息后返回结果给主节点；若内容有被篡改，根据hash操作的不可逆性，此时该区块被验证为不可信的区块，取消主节点的处理权限，并且此次交易被取消；主节点在接受到三分之二以上验证节的验证信息后，新的区块才能被接入到区块链系统中；
208、根据“最长链原则”，在所有主节点执行周期后，连接到最长链进入区块链系统中。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法，其特征在于：该方法根据所提网络场景的特性，联合优化fog系统和区块链系统下的网络总任务处理时延，并进行最优卸载决策和网络资源的最优分配，该方法包括以下步骤：
S1：网络中的设备发送卸载请求，所有的交易都上传至区块链系统中；
S2：基于信誉度进行选举投票，主节点处理交易记录，并作出卸载决策；
S3：主节点收集打包交易，形成新的未授权区块，并进行共识操作；
S4：共识验证通过后，未授权的新区块信息根据“最长链原则”接入区块链系统；
综合考虑fog系统和区块链系统，以最小化网络任务处理总时延为目标，建模优化函数为：
Figure FDA0003505735050000011
s.t.C1：
Figure FDA0003505735050000012
C2：
Figure FDA0003505735050000013
C3：
Figure FDA0003505735050000014
C4：
Figure FDA0003505735050000015
C5：
Figure FDA0003505735050000016
C6：
Figure FDA0003505735050000017
C7：
Figure FDA0003505735050000018
C8：
Figure FDA0003505735050000019
C9：
Figure FDA00035057350500000110
其中，αk,m表示设备k-fogm分配指标参数，若αk,m＝1，表明设备k选择fogm卸载任务；βn,m表示RBn-fogm分配指标参数，若βn,m＝1，表明用户通过RBn向fogm卸载任务，反之亦然；fk,m表示fogm为设备k提供的CPU频率，单位为cycle/s；γl表示主节点分配参数，若当前主节点为l，γl＝1，否则γl＝0；fb,l表示区块链系统主节点l的CPU频率，单位为cycle/s；网络设备集合，fog集合和资源块RB集合分别表示为K＝{1,2,...,K}，Μ＝{1,2,...,M}和Ν＝{1,2,...,N}；k表示设备k；n表示资源块n；m表示设备fogm；Dn表示任务大小，单位为bit，Cn表示计算频率，单位为cycle/bit；L表示区块链节点的个数；l表示主节点l；Cb表示主节点处任务处理密度，单位为cycle/bit；Ib表示主节点l的输入数据大小，其包括交易记录大小和加密数据大小；Sb表示区块大小；
Figure FDA0003505735050000021
表示区块验证时延；pk,n,m表示设备k通过RB n传输数据至fogm的传输功率；
201、当网络中有设备产生卸载任务，向附近网络fog节点发送卸载请求；
202、设备发送卸载请求时，发送任务相关内容至附近fog节点，其中包括{Dn,Cn}，Dn表示任务大小，单位为bit，Cn表示计算频率，以供后一步优先卸载决策；
203、网络中每个设备发送卸载请求，即产生一次交易记录，所有的交易信息被上传至区块链系统中，并保存在虚拟的挂起池中，选举出的主节点对产生的交易拥有处理权；
204、网络中所有fog节点进行投票选举，按照信誉度高低，选出一部分主节点和验证节点，主节点个数为奇数个；在处理挂起池中的交易记录时，每个执行周期内只有一个主节点拥有权限，其余主节点参与验证过程，对主节点进行监督，防止出现恶意节点“勾结选票”；
205、在每个主节点的执行周期内，可按照偏好选择优先处理的交易记录，并做出卸载决策，选出最优fog节点卸载设备发送的任务请求；
206、在区块链中，数据的操作和传输通过系统中设定的自动化程序由智能合约处理完成，当交易双方对合约内容，包括fog节点提供的计算资源，参与卸载得报酬等达成共识，智能合约执行，设备传输任务内容，fog执行卸载任务；
207、主节点将交易信息打包形成为授权的新区块，新的区块通过广播至附近的其他验证节点，包括未工作的主节点，并通过私钥签名；收到新区块的验证节点，首先通过主节点私钥对应的公钥解密访问数据信息，对区块内的交易记录重新进行hash操作，得到hash值与主节点进行对比，若验证通过，添加签名信息后返回结果给主节点；若内容有被篡改，根据hash操作的不可逆性，此时该区块被验证为不可信的区块，取消主节点的处理权限，并且此次交易被取消；主节点在接受到三分之二以上验证节的验证信息后，新的区块才能被接入到区块链系统中；
208、根据“最长链原则”，在所有主节点执行周期后，连接到最长链进入区块链系统中。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法，其特征在于：在所述步骤S1中，对于网络中所有发送卸载请求的设备，相应的产生对应的一次交易记录，交易信息包括任务大小Dn，处理密度Cn，这些交易记录被保存在区块链系统的资源池中，被选举出的主节点能够对这些交易记录进行处理操作和打包，并且在各自处理周期内才有权限，主节点根据偏好选择优先处理的交易记录。
3.根据权利要求2所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法，其特征在于：所述偏好为交易可获得的奖励。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法，其特征在于：在所述步骤S2中，网络中的所有fog节点首先通过基于信誉度的原则选举投票出主节点和验证节点；
根据传统的DPoS共识算法，会出现拥有权益较大的节点会对投票过程产生影响，从而使得选举出的节点公平性很难得到保证，选举出的主节点根据节点持有货币数量和持有货币时间长短原则结合进行投票；
为获得较高的信誉度，处理能力较好的fog节点会更加乐意参与验证过程，以此获得高收益；
采用基于信誉度原则的方式进行选举，信誉度高的主节点将交易记录打包成区块，并通过私钥签名广播至其余验证节点，包括未在工作的主节点，每个区块的交易记录被组织成一个有哈希值组成的Merkle树，验证节点通过解密操作后，将其通过对Merkle树子节点哈希值再次哈希运算得到的结果与主节点计算得到的结果进行比对，以此保证交易数据的可靠性。
5.根据权利要求4所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法，其特征在于：所述主节点根据fog节点可提供的计算能力，做出最优卸载决策，以最小化任务处理时延为优化目标。
6.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法，其特征在于：在所述步骤S3中，主节点收集达成交易内容的交易信息，并通过智能合约传输任务信息；在收集交易记录后，形成新的未授权块内容，其中包括通过Hash操作后得到的结果，任务交易信息等，并通过私钥进行签名，将块信息广播至其他验证节点；验证节点通过公钥解密块内容，并相应的进行Hash操作，进行结果对比，如果验证通过，反馈验证通过信息至主节点；当主节点收到超过验证节点综述三分之二以上的通过信息后，新区块验证通过，接入区块链系统。
7.根据权利要求1所述的一种基于区块链技术的雾网络卸载决策和资源分配方法，其特征在于：在所述步骤S4中，采取“最长链原则”，选举出的主节点在各自执行周期内收集交易信息并形成新的区块，验证通过的区块通过一个反向指针指向它的前一个区块，指针本质上是存储在块中的前一个区块的哈希值；若出现恶意节点，由于在共识过程验证节点的参与，形成的链结构会因为该恶意节点“断裂”出现分叉，下一个主节点将新的区块连接到上一正常主节点形成的区块之后。
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