基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法，具体为：将轻量级节点与边缘节点之间的博弈建模成两阶段的主从博弈模型，实现轻量级节点的计算与存储任务的卸载和边缘节点资源的分配；在轻量级节点之间达到纳什均衡状态，在多个轻量级节点与边缘节点之间达到主从博弈均衡状态。在第一阶段边缘节点作为领导者，分别为每个轻量级节点提供一个统一的单位算力与存储空间的报价；在第二阶段每个轻量级节点作为追随者，基于边缘节点给定的报价和其他节点的策略，决定轻量级节点自己的算力购买量和区块大小。本发明专利技术实现了轻量级节点的计算与存储任务的卸载和边缘节点资源的分配，能够以较低的复杂度迭代到主从博弈均衡点。从博弈均衡点。从博弈均衡点。

【技术实现步骤摘要】
基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法


[0001]本专利技术涉及区块链资源分配
，特别是一种基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法。

技术介绍

[0002]现在几乎所有的交易都可以通过电子交易系统来实现，甚至很多交易还实现了完全的电子化，但是传统的电子交易需要受到中央机构的监管，这意味着有第三方能够查看或操作买卖双方的交易，并且还会收取一定额外的费用。然而，基于区块链的货币不会收取任何额外的费用，也不受任何第三方机构的监管。相反，虚拟货币钱包是完全免费的，交易可以在任何时间任意地点完成，这可以极大提高交易的效率，减少交易双方的成本。区块链作为底层的协议或技术方案，可以有效地解决信任问题，实现价值的自由传递，在数字货币、金融资产的交易结算、数字政务、存证防伪数据服务等领域具有广阔前景。
[0003]区块链本质上是一种去中心化数据库，利用非对称加密形成链式数据结构，能实现分布式数据存储，保证信息不可伪造和篡改。共识机制是区块链的核心，保证分布式系统中区块内容的一致性。其中，基于工作量证明(Proof
‑
of
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Work,PoW)的共识机制由于去中心化和安全程度高，应用最为广泛。在PoW机制中，参与共识的节点通过解决哈希难题竞争出块权，这一过程叫做“共识”。因此，PoW协议中轻量级节点的出块概率与其算力在全网的占比相等。由于共识过程对算力的消耗巨大，算力资源受限的轻量级设备很难获得出块权。而现有技术仅考虑基于边缘计算的区块链系统中的计算资源卸载和分配，而忽略了区块链的维护也会给轻量级节点带来巨大的存储开销。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法，实现轻量级节点的共识任务与存储任务的卸载和边缘节点资源的分配，并且以较低的复杂度迭代到主从博弈平衡点。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法，具体如下：
[0006]将轻量级节点与边缘节点之间的博弈建模成一个两阶段的主从博弈模型，实现轻量级节点的计算与存储任务的卸载和边缘节点资源的分配；
[0007]在轻量级节点之间达到纳什均衡状态，在多个轻量级节点与边缘节点之间达到主从博弈平衡状态。
[0008]一种移动终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法。
[0009]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法中的步骤。
[0010]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)将轻量级节点与边缘节点之间的博弈建模成一个两阶段的主从博弈模型，其中边缘节点通过为轻量级节点提供共识所需要的计算和存储服务获得服务报酬，而轻量级节点则通过边缘节点提供的服务竞争出块权；(2)实现了轻量级节点的计算与存储任务的卸载和边缘节点资源的分配，并且设计的算法能够以较低的复杂度迭代到主从博弈平衡点。
附图说明
[0011]图1是基于边缘计算的区块链网络结构图。
[0012]图2是主从博弈模型图。
[0013]图3是基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法流程图。
[0014]图4是存储资源最优报价随网络时延的变化图。
[0015]图5是预出块大小随交易费密度的变化图。
具体实施方式
[0016]博弈论从诞生至今不过70余年时间，但却对经济学乃至整个社会科学产生了重要的影响。在对博弈论的理论研究的同时，博弈论的应用研究也从早期的军事领域扩展到经济、政治及法律等领域。传统上根据参与人之间能否达成一个具有约束力的协议，将博弈论分为合作博弈与非合作博弈。为了简便分析问题，根据博弈问题本身的信息结构将其分为完全信息博弈和不完全信息博弈。同时，根据博弈问题本身所包含的参与人决策时序的差异，又将博弈问题分为静态博弈和动态博弈。本专利技术所使用的主从博弈模型属于完全信息动态博弈。
[0017]本专利技术考虑有一个算力和存储资源充足的边缘节点和多个轻量级节点组成的边缘计算网络，以此来解决区块链中轻量级节点由于硬件条件的限制无法参与共识的问题。具体来讲，本专利技术提出了一种基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法，将轻量级节点与边缘节点之间的博弈建模成一个两阶段的主从博弈模型，其中边缘节点通过为轻量级节点提供共识所需要的计算和存储服务获得服务报酬，而轻量级节点则通过边缘节点提供的服务竞争出块权。
[0018]本专利技术提出的基于边缘计算的区块链网络中轻量节点的计算与存储资源分配方法，其核心就是将轻量级节点在区块链中承担的计算与存储任务全部统一卸载给边缘节点，由边缘节点统一执行。
[0019]本专利技术一种基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法，具体如下：
[0020]将轻量级节点与边缘节点之间的博弈建模成一个两阶段的主从博弈模型，实现轻量级节点的计算与存储任务的卸载和边缘节点资源的分配；
[0021]在轻量级节点之间达到纳什均衡状态，在多个轻量级节点与边缘节点之间达到主从博弈平衡状态。
[0022]进一步地，所述两阶段的主从博弈模型，两阶段具体如下：
[0023]在第一阶段，边缘节点作为领导者，分别为每个轻量级节点提供一个统一的单位算力与存储空间的报价；
[0024]在第二阶段，每个轻量级节点作为追随者，基于边缘节点给定的报价和其他节点
的策略，来决定轻量级节点自己的算力购买量和区块大小。
[0025]进一步地，所述主从博弈模型中，轻量级节点的策略包括算力购买量和预出块大小，边缘节点的策略包括单位算力与存储空间的报价；
[0026]在每轮共识开始前，每个轻量级节点打包交易形成一个区块，该轻量级节点成功出块则购买相应大小的存储空间。
[0027]进一步地，所述主从博弈模型中，轻量级节点的优化问题如下：
[0028][0029]s.t.h
i
≥0,b
i
≥0
[0030]其中，表示轻量级节点i需要根据边缘节点给出的报价来决定自己的策略，以此来最大化自己的收益；u
i
表示轻量级节点i的收益；s
i
表示轻量级节点i的策略，包括算力购买量和预出块大小；p为当前边缘节点的报价策略；s
‑
i
表示其他轻量级节点的策略；h
i
与b
i
分别表示轻量级节点i的算力购买量与预出块大小；表示轻量级节点i通过调整自己的策略来最大化自己的收益；
[0031]边缘节点通过改变自己的报价策略来最大化自己的收益，边缘节点的优化问题如下：
[0032][0033]s.t.c
x
≤p
u
≤p
u,m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法，其特征在于，具体如下：将轻量级节点与边缘节点之间的博弈建模成一个两阶段的主从博弈模型，实现轻量级节点的计算与存储任务的卸载和边缘节点资源的分配；在轻量级节点之间达到纳什均衡状态，在多个轻量级节点与边缘节点之间达到主从博弈均衡状态。2.根据权利要求1所述的基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法，其特征在于，所述两阶段的主从博弈模型，两阶段具体如下：在第一阶段，边缘节点作为领导者，分别为每个轻量级节点提供一个统一的单位算力与存储空间的报价；在第二阶段，每个轻量级节点作为追随者，基于边缘节点给定的报价和其他节点的策略，来决定轻量级节点自己的算力购买量和区块大小。3.根据权利要求1所述的基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法，其特征在于，所述主从博弈模型中，轻量级节点的策略包括算力购买量和预出块大小，边缘节点的策略包括单位算力与存储空间的报价；在每轮共识开始前，每个轻量级节点打包交易形成一个区块，该轻量级节点成功出块则购买相应大小的存储空间。4.根据权利要求1所述的基于边缘计算的区块链网络中计算与存储资源分配方法，其特征在于，所述主从博弈模型中，轻量级节点的优化问题如下：s.t.h
i
≥0,b
i
≥0其中，表示轻量级节点i需要根据边缘节点给出的报价来决定自己的策略，以此来最大化自己的收益；u
i
表示轻量级节点i的收益；s
i
表示轻量级节点i的策略，包括算力购买量和预出块大小；p为当前边缘节点的报价策略；s
‑
i
表示其他轻量级节点的策略；h
i
与b
i
分别表示轻量级节点i的算力购买量与预出块大小；表示轻量级节点i通过调整自己的策略来最大化自己的收益；边缘节点通过改变自己的报价策略来最大化自己的收益，边缘节点的优化问题如下：s.t.c
x
≤p
u
≤p
u,max
,c
s
≤p
s
≤p
s,max
其中，max
p
∏(p,s)表示边缘节点根据各个轻量级节点的策略来调整自己的报价，包括单位算力与存储空间的报价；∏表示边缘节点的收益，而s表示所有轻量级节点的算力购买量和预出块大小；表示边缘节点通过调整报价策略来最大化收益；c

【专利技术属性】
技术研发人员：杨峰，时龙，王喆，李骏，梅镇，田巳睿，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：