一种基于区块链延迟感知移动边缘计算卸载服务系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于区块链延迟感知移动边缘计算卸载服务系统，通过区块链中的智能合约执行计算卸载任务的分配并配合使用零知识证明对返回给客户的计算卸载服务返回结果的分布式验证，实现在不需要受信第三方参与的情况下确保计算卸载服务返回结果的可信；同时对联合计算卸载可靠性和延迟敏感的移动边缘计算卸载任务进行优化，降低客户与提供计算卸载服务的边缘服务器之间的延迟并提高信息传输的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链延迟感知移动边缘计算卸载服务系统
本专利技术属于分布式环境下移动边缘计算卸载的
，特别涉及一种基于区块链延迟感知移动边缘计算卸载服务系统。
技术介绍
随着智能移动设备(例如，智能手机、便携式电脑等)的日益普及，多种新颖的移动应用程序被开发出来，例如自然语言处理，交互式游戏，面部识别，增强现实和医疗保健监控，这些移动应用程序通常消耗大量的计算资源和带来极高的能耗，为了克服移动设备上的这些计算和功率限制，并同时实现较高的网络效率，移动云计算被视为一种有前途的范例。但是，由于传统的公共云通常位于远离移动设备或用户的地方，因此通过广域网进行数据交换可能会导致相当长的等待时间。为了进一步克服该缺点，移动边缘计算作为替代移动云计算的解决方案被提出。通过在靠近移动用户的无处不在的无线接入网络(例如3G、4G和5G宏蜂窝或小型蜂窝基站)的边缘启用云计算功能，移动边缘计算可以随时随地提供普适，迅速和敏捷的计算服务。由于无线电资源的固有局限性，比如若多个移动用户之间的无线接入计算没有得到很好的协调，则无线网络容量可能会因大量的无线接入任务而迅速受压，从而导致传输效率低下，这促进了移动边缘计算的计算卸载方面的研究。计算卸载技术最初在移动云计算中提出，设备可以通过计算卸载，将计算卸载任务传输到远端云服务器执行，从而达到缓解计算和存储资源限制、延长设备电池寿命的目的。尽管如此，仍然存在一些与实际实施紧密相关且尚未得到很好解决的关键问题：不同的移动用户可以运行具有不同延迟敏感度的计算密集型应用程序。因此，在计算卸载时，应采用适当的时延敏感调度机制来满足移动终端用户的各式各样的服务质量要求。计算卸载返回的数据结果的可靠性同样成为一个关键问题。计算卸载服务返回的结果正确性的验证变得越来越重要，客户为了确保不受信任的服务器返回的结果的可靠性，将使用验证证明对结果进行验证，在这种情况下大多数验证工作都是由客户执行的，为了减轻客户的交互次数和计算成本，有必要通过其他受信任的第三方来验证结果。这虽然减轻了客户的计算负担，但这个过程中仍然需要受信任的第三方机构来提供结果的可靠性验证，这就迫切需要在客户与计算服务方之间实现分布式和可信的验证。区块链作为一个分布式的点对点网络平台，具有去中心化、防篡改、全网共识、数据可追溯等特性。在以太坊出现以后，通过图灵完备的智能合约可以在更多领域应用区块链技术保证链上信息的可靠。智能合约是一种计算机协议，可促进验证或加强合同的谈判或履行。一份智能合约是一以数字形式表达的允诺，囊括合约参与方能够在上面运行这些允诺的协议，它们提供了直接跟踪和执行各方之间复杂协议的能力，而无需人工干预。零知识证明是由Goldwasser等人在20世纪80年代提出的，指的是证明者能够在不向验证者提供任何有用的信息的情况下，使验证者相信某个论断是正确的。零知识证明主要分为两类：交互式零知识证明和非交互式零知识证明。本专利技术涉及的是非交互式零知识证明，因为可验证的计算方案使计算能力较弱的验证程序可以将计算卸载给不受信任的证明者，证明者随后执行计算并返回结果，包括证明结果正确的证明。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于区块链延迟感知移动边缘计算卸载服务系统，通过区块链中的智能合约执行计算卸载任务的分配并配合使用零知识证明对返回给客户的计算卸载服务返回结果的分布式验证，实现在不需要受信第三方参与的情况下确保计算卸载服务返回结果的可信；同时对联合计算卸载可靠性和延迟敏感的移动边缘计算卸载任务进行优化，降低客户与提供计算卸载服务的边缘服务器之间的延迟并提高信息传输的可靠性。本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：一种基于区块链延迟感知移动边缘计算卸载服务系统，其特征在于：所述服务系统包括总体架构、智能合约设计与零知识证明构建、计算卸载任务分配策略及可验证计算流程。而且，所述总体架构包括三层网络层，分别为移动用户层、边缘网络层及云网络层；移动用户层：由智能手机、平板电脑及可移动计算设备组成，该层主要功能是将计算密集型任务卸载到远程服务器，包括边缘服务器和云服务器；同时移动设备部署区块链的轻量级节点，轻量级节点不下载整个区块链只下载块头来验证交易的真实性；边缘网络层：由无线通信网络接入点和边缘服务器组成，该层主要功能为在无线网络侧增加计算、存储、处理等功能，将传统的无线基站升级为智能化基站，对移动用户层的计算卸载任务进行处理并返回结果；同时边缘服务器部署区块链的完整节点，即全节点，同步所有区块链数据的节点，包括各种区块头和区块体，交易列表等相关信息；云网络层：为云服务器，该层主要功能为负责解决繁重的复杂问题，如复杂度高的计算卸载任务和执行边缘服务器调度的计算密集型任务。而且，所述零知识证明构建的步骤为：1)算数电路拍平：将计算任务原代码转换成一系列只包含x＝y或x＝y(op)z两种形式的声明，其中：op为运算符号；y和z为变量、数字或子表达式；拍平后的每一行声明都是一个电路中的逻辑门，与原始代码相比，会引入一些中间变量，还有一个表示输出的冗余变量，拍平后的声明序列和原始代码等价；2)算数电路构造RICS电路：将拍平后的每一个声明语句转化成一个约束，即一个(x,y,z)三向量组，同时把所有变量包括中间变量组成一组向量s，s即为R1CS中的解向量；3)RICS转换成QAP：通过拉格朗日插值的方式，R1CS电路最终将转换成QAP问题；4)设置参数：通过上述方式，计算卸载任务的代码转化为QAP问题之后，便可以应用非交互零知识证明协议，定义三个素数阶乘法循环群G1,G2,GT，这三个阶数都为p的参数可以用于生成provingkey与verifyingkey参与智能合约中的计算结果验证；5)证明与验证过程：证明者，在本专利技术中为边缘服务器，获得生成的provingkey并开始处理计算卸载任务；验证者，在本专利技术中为产生边缘计算卸载任务的边缘设备，持有生成的verifyingkey对边缘服务器返回的计算卸载任务结果与provingkey进行验证。而且，执行零知识证明构架获得provingkey与verifyingkey后，使用区块链智能合约执行的计算结果验证流程为：1)移动用户在获得provingkey与verifyingkey后，将计算任务和provingkey卸载到边缘服务器，同时根据verifyingkey部署智能合约；用户在部署智能合约时需要从自己的账户中给出一部分代币作为计算任务的奖励一并传入智能合约，并且用户拥有通过智能合约修改奖励值的权限；2)边缘服务器通过智能合约查询智能合约地址的余额以及完成该用户发出的任务的计算任务奖励金额，同时边缘服务器根据provingkey和完整且正确的计算卸载任务结果得到一份证明；3)边缘服务器将这份证明和计算结果上传到智能合约进行验证，如果验证通过，智能合约会将移动用户存入智能合约的代表奖励发送给边缘服务器，同时将计算结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区块链延迟感知移动边缘计算卸载服务系统，其特征在于：所述服务系统包括总体架构、智能合约设计与零知识证明构建、计算卸载任务分配策略及可验证计算流程。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链延迟感知移动边缘计算卸载服务系统，其特征在于：所述服务系统包括总体架构、智能合约设计与零知识证明构建、计算卸载任务分配策略及可验证计算流程。


2.根据权利要求1所述的基于区块链延迟感知移动边缘计算卸载服务系统，其特征在于：所述总体架构包括三层网络层，分别为移动用户层、边缘网络层及云网络层；
移动用户层：由智能手机、平板电脑及可移动计算设备组成，该层主要功能是将计算密集型任务卸载到远程服务器，包括边缘服务器和云服务器；同时移动设备部署区块链的轻量级节点，轻量级节点不下载整个区块链只下载块头来验证交易的真实性；
边缘网络层：由无线通信网络接入点和边缘服务器组成，该层主要功能为在无线网络侧增加计算、存储、处理等功能，将传统的无线基站升级为智能化基站，对移动用户层的计算卸载任务进行处理并返回结果；同时边缘服务器部署区块链的完整节点，即全节点，同步所有区块链数据的节点，包括各种区块头和区块体，交易列表等相关信息；
云网络层：为云服务器，该层主要功能为负责解决繁重的复杂问题，如复杂度高的计算卸载任务和执行边缘服务器调度的计算密集型任务。


3.根据权利要求1所述的基于区块链延迟感知移动边缘计算卸载服务系统，其特征在于：所述零知识证明构建的步骤为：
1)算数电路拍平：将计算任务原代码转换成一系列只包含x＝y或x＝y(op)z两种形式的声明，
其中：op为运算符号；
y和z为变量、数字或子表达式；
拍平后的每一行声明都是一个电路中的逻辑门，与原始代码相比，会引入一些中间变量，还有一个表示输出的冗余变量，拍平后的声明序列和原始代码等价；
2)算数电路构造RICS电路：将拍平后的每一个声明语句转化成一个约束，即一个(x,y,z)三向量组，同时把所有变量包括中间变量组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建荣，苏宗源，徐天一，陶泽远，邱铁，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12