基于區(qū)塊鏈的算力并網(wǎng)交易平臺研究報告2023

基于區(qū)塊鏈的算力并網(wǎng)交易平臺研究I本課題分析了當前算力交易平臺的發(fā)展現(xiàn)狀，總結了算力用戶的碼學方法等。本課題的研究內(nèi)容主要包括（1）基于區(qū)塊鏈的算力交鏈算力交易平臺，實現(xiàn)高效的算力交易方法、安全靈活的交易模式、孫麗明、王翰華、黃璜 1 1 2 5 7 7 9 9 10 11 11 13 13 14 14 18 18 20 26 28 28 34 35 361一、研究背景（一）算力交易平臺國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀2（二）算力交易平臺海外發(fā)展現(xiàn)狀3BOINC是由伯克利提出的網(wǎng)絡計算開放基礎設施項目。其主要面向志愿計），簡單，主要就是積分，未來BOINC計劃基于智根據(jù)不同的應用實例，EGI向科研人員和社區(qū)提供包括批量計算（Batch45二、問題與挑戰(zhàn)6算力資源調度機制主要根據(jù)用戶提供的需求與現(xiàn)有算力資源實例之間按照套基于數(shù)據(jù)驅動的算力調度方案有助于平臺適應市場需求變化并提高用戶滿意7分布式身份標識符（DID:Decentralized分布式身份標識符（DID:DecentralizedIdentifier[1]）據(jù)真實性由加密算法背書而不是由權威機構2DID文檔并不包含用戶身份數(shù)據(jù)相關的內(nèi)容），三、關鍵技術（一）分布式數(shù)字身份與可信憑證技術分布式數(shù)字身份技術被提出并得到快速發(fā)展，自2019年W3C分布式身份標識符表1分布式身份標識相關的技術規(guī)范8VC驗證者及權威機構。權威機構是一種特殊實體，具有認證用戶身份的能力，3DID解析器（DIDResolve4可驗證憑證（VC:VerifiableCredential[2]）5身份存儲庫允許用戶以安全而隱私的方式存9VC簽發(fā)者簽發(fā)的、校驗持有者和VC簽發(fā)者的身份、驗證披露的數(shù)據(jù)是否真實。（二）鏈上鏈下結合的交易處理技術（三）多維度激勵機制[6]是由伯克利提出的網(wǎng)絡計算開放基礎設施項目，是全球最大的供給用戶在BOINC平臺上完成計算任務后會獲[9]是由北京郵電大學和首都師范大學共同提出了一種區(qū)塊鏈賦能過求解任務調度優(yōu)化問題來實現(xiàn)區(qū)塊鏈的共識，從而避免了共識所帶來[8]是由中山大學提出了一種區(qū)塊鏈賦能物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享激勵框架，利用分片技術把區(qū)塊鏈網(wǎng)絡分割成多個支持并行處理數(shù)據(jù)共享交易約實現(xiàn)了一種支持分層的數(shù)據(jù)拍賣模型的共享激勵機制，解決了多層數(shù)據(jù)分配優(yōu)化問題，優(yōu)化的目標時最大化共享數(shù)據(jù)資源給用戶帶來的效用（四）數(shù)據(jù)訪問控制（五）算力資源調度 案可以發(fā)現(xiàn)其存在以下缺陷1）評分函數(shù)結構和參數(shù)固定，難以反映用戶的（六）區(qū)塊鏈監(jiān)管四、解決方案圖1算力交易系統(tǒng)架構（一）數(shù)字身份鏈數(shù)字身份鏈上保存用戶的數(shù)字身份DID文檔、用戶相關的數(shù)字可驗證憑證用戶分為算力供給用戶（簡稱供給用戶算力消費用戶（簡稱消費（二）交易鏈交易方法，基于可驗證數(shù)字憑證（W3C的VC標準）設計交易數(shù)據(jù)模型，允許算提出了一種異構聯(lián)盟鏈自適應監(jiān)管架構以及多種面向聯(lián)盟鏈監(jiān)管的數(shù)據(jù)屏蔽方1、交易模式}{}]]}{{{"issuer":"did:weid:1000:0x39642f9987]}交易啟動VC憑證是由消費用戶提交數(shù)據(jù)及申請，再由供給用戶簽發(fā)。憑證的聲明數(shù)據(jù)根據(jù)交易啟動CPT模板的字段要求及實際數(shù)據(jù)填寫。交易啟動VC憑}}}}"uw53T/TGMmP9usouEGT8EIkIr5y9Fgk7wOsVX2HSVDR9LGws0o2dfVQE3Fifndyve9iLkuzTMV"issuer":"did:weid:1000:0x39642f9987ab交易結算VC憑證是由消費用戶或服務通道代表消費用戶提交數(shù)據(jù)及申請，交易結算CPT模板定義了一筆交易結算包含的數(shù)據(jù)字段，通常包括供給方DID、消費方DID、費用、起止時間、數(shù)據(jù)加密方式、交易額類型（如小額、中2、數(shù)據(jù)訪問授權機制根據(jù)VC憑證中的數(shù)據(jù)加密方式選項可以對VC聲明中的指定數(shù)據(jù)字段進行加密，可以采用基于屬性加密技術，如基于密文策略的屬性加密（Ciphertext-Policy3、激勵機制圖2基于區(qū)塊鏈的算力交易激勵系統(tǒng)架構SpK>,對應報價為<Cp1,Cp2,...,CpK>，其中Cpm(1≦m≦K,K為不同算力規(guī)格數(shù)量)是對于一個算力消費用戶U，U可以通過撮合智能合約的獲取推薦交易方案接可以用一個向量<B1，B2，...,BN>表示,Bj(1≦j≦N)表示為對應激勵因子效用設置一s.t.Spq=Dq,Lps.t.∑p∈PSpq滿足公式(1)或（2）的最優(yōu)解方案是在滿足算力消費用戶的算力要求的前提4、資源調度機制[13]利q=<nec,qos>,nec∈Rn,qos∈Rm,q用戶必須需求匹配模塊主要根據(jù)給定的用戶必須需求nec向連接到算力交易用戶發(fā)起算力請求時，用戶將自己的需求提平臺創(chuàng)建一個服務請求。算力平臺將用戶的需求拆分為求，然后將必須需求轉發(fā)給各計算服務商進行算力資源圖3用戶向平臺發(fā)起資源查詢匹配請求然后，待各計算服務商返回查詢結果后，算力成候選解決方案集合s={(si,ai)|i=0,1,2,…}，其中(si,ai)為其中某個解決方i為當前解決方案的服務質量屬性集合（例如計價方案、延遲等解決方案屬性）。然后算力交易平圖4平臺向計算資源服務商查詢后，平臺篩選結果并反饋給用戶候選解決方案重排序模塊主要根據(jù)用戶的需求向量q和候選解決方案集合S案不同，我們提基于學習排序框架（Learntorank）[15]和計算最優(yōu)傳輸理論即給定用戶需求q時，最小化用戶需求和解決方案調度屬性的損失C(q,a)的求解速度、求解規(guī)模與可導性上存在不足。一種常見做法是引入熵正則化LE=π)C(q,a)?E?H(a),H(a)=?ai,j(logai,j?1)v=MLP(u)Wu=softplus(Linear(v?vT))∈R(m+n)×lInput：代價函數(shù)Cu，用戶需求向量qK=exp(?)a=IWhileaandβisnotconvergeddo：β=a=X=diag(a)?K?diag(β)OutputX上述算法在熵正則約束下時可以在有限次迭代后收斂。返回結果X∈dq,a=q?(cu?X)?a上式計算結果dq,a∈R即為給定用戶需求q和候選解決方案a之間在最優(yōu)傳輸候選解決方案集合A={ai|ai∈Rl}∈Rr×l，則有用戶需求和候選解決方案集合PTobq,A=1?softmax(q?(cu?X)?AT)={pj|j=1上式可以通過一次并行計算得到一個用戶需求向量與T LCE=?yi,j?logpi,j+(1?yi,j)log(1?pi,j)圖5訓練階段流程圖圖6推理階段流程圖至關重要，因此在推理階段我們對用戶在平臺上s、交易監(jiān)管構、區(qū)塊鏈交互模式和事務管理上提取業(yè)界主的公共子集，并基于自描述技術設計一種標準區(qū)塊數(shù)據(jù)結構定義的描述，可以適配主流區(qū)塊業(yè)務聯(lián)盟鏈B業(yè)務聯(lián)盟鏈C自適應監(jiān)管組件自適應監(jiān)管組件監(jiān)管系統(tǒng)B業(yè)務聯(lián)盟鏈B業(yè)務聯(lián)盟鏈C自適應監(jiān)管組件自適應監(jiān)管組件監(jiān)管系統(tǒng)B盟鏈與監(jiān)管系統(tǒng)之間的通信協(xié)議自動轉換，達到自適聯(lián)盟鏈及監(jiān)管系統(tǒng)都與一套自適應監(jiān)管組件進行連接業(yè)務聯(lián)盟鏈A自適應監(jiān)管組件監(jiān)管系統(tǒng)A圖7自適應監(jiān)管架構為了防止違法違規(guī)交易信息上鏈以及在不可屏蔽問題，本方法引入客戶端實體，在鏈下完成數(shù)識別框架，針對不同數(shù)據(jù)類型匹配不同的檢測算法智能檢測與屏蔽問題，結合預訓練語言模型和領域（三）算力交易平臺DAPP份鏈和交易鏈上的數(shù)據(jù)。交易平臺DAPP主要包括算力交易模塊、DID服務模塊....身份查詢與更新：查詢DID屬性、設置DID屬性、為DID添加認(3)VC服務模塊主要包括CPT模板管.CPT模板管理提供了對CPT模板的注冊、更新、查詢等操作。.憑證管理提供憑證的簽發(fā)和驗證操作、可驗證表達(Verifiable（四）交易服務通道控制器到節(jié)點之外的主機上并通過網(wǎng)絡與節(jié)點相連接。交易鏈節(jié)點可以通過遠程調用同時把建立連接所需的認證信息以及交易結算所需數(shù)據(jù)（如交易啟動VC憑證數(shù)圖8創(chuàng)建新交易服務通道流程方案中獲取對應的交易啟動CPT模板ID，并通過交易平臺DAPP從交易鏈上獲取接口處理程序從區(qū)塊鏈賬本中讀取指定ID的交易啟動CPT模板數(shù)據(jù)并返回給調并通過交易平臺DAPP發(fā)起交易啟動VC憑證申請，交易啟動VC憑證申請記錄存并將其存入交易區(qū)塊鏈賬本中。交易平臺DAPP在調用合約接口-3之前，對輸入?yún)?shù)會根據(jù)加密方式將指定數(shù)據(jù)字段加密成密文。供給用戶A通過交易平臺交易平臺DAPP在調用合約接口-4之前，對輸入?yún)?shù)會根據(jù)加密方式將指定數(shù)據(jù)圖9創(chuàng)建新交易的消息流程鏈下交易處理流程如圖10所示，當供給用戶A和消費用戶B通過創(chuàng)建新交易服務通道流程獲得一個（交易）服務通道的信息后供給用戶A和消費用戶B會嘗DID公鑰加密一個隨機數(shù)據(jù)發(fā)送給連接端，由連接端利用自己DID的私鑰進行解制來實現(xiàn)，例如可以使用開源項目ZooKeeper的消息發(fā)布訂閱組件，或使用開源項目Kafka的消息隊列組件，實現(xiàn)消息管道及數(shù)據(jù)傳輸功能。此外服務通道還可以基于開源聯(lián)盟鏈FISCOBCOS提供的鏈上信使協(xié)議（AdvancedMessages交易雙方（即供給用戶A和消費用戶B）一旦完成了服務通道的接入認證流圖10鏈下交易處理流程DID、消費用戶DID、憑證ID、交易數(shù)額、起止時間、加密方式等）上鏈；接口-5的接口程序讀取輸入的交易結算VC憑證申請記錄數(shù)據(jù)并把輸入數(shù)據(jù)寫入過合約接口-6完成交易結算VC憑證簽發(fā)記錄（包含帶供給用戶A簽名的VC憑證寫入到交易鏈賬本中；交易平臺DAPP在調用合約接口-6之前，對輸入?yún)?shù)會根圖11交易結算數(shù)據(jù)上鏈流程五、總結與展望術語與縮略詞表DecentralizedIdentVCCiphertext-PolicyAttribute-BasDecentralizedApplicaDelegatedProofOfStakeBerkerleyOpenInfrastructureforNetworkComputingEuropeanGridInfrastruShangHainew-typeinternetFloating-pointOperationsPerSecondComputeUnifiedDeviceArc參考文獻[1].分布式數(shù)字身份DID技術規(guī)范，https://w3c.github.io/did-core/[2].可驗證數(shù)字憑證VC技術規(guī)范，https://w3c.github.io/vc-data-model/[3].Ciphertext-PolicyAttribute-BasedEncryption.IEEES&P.2007[4].蔡維德，王榮，何娟等.分布式數(shù)字資產(chǎn)交易平臺的問題與評估.軟件學報，2022[5].中國移動,2022年算力網(wǎng)絡技術白皮書[6].BOINC平臺，/[7].歐洲網(wǎng)格基礎設施（EGIhttps://www.egi.eu[8].蔡婷,林暉,陳武輝,鄭子彬,余陽.區(qū)塊鏈賦能的高效物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)激勵共享方案.軟件學報,2021[9]