基于區(qū)塊鏈的算力并網(wǎng)交易平臺(tái)研究I本課題分析了當(dāng)前算力交易平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了算力用戶的碼學(xué)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(tái)，實(shí)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(tái)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀2（二）算力交易平臺(tái)海外發(fā)展現(xiàn)狀3BOINC是由伯克利提出的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算開放基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。其主要面向志愿計(jì)），簡單，主要就是積分，未來BOINC計(jì)劃基于智根據(jù)不同的應(yīng)用實(shí)例，EGI向科研人員和社區(qū)提供包括批量計(jì)算（Batch45二、問題與挑戰(zhàn)6算力資源調(diào)度機(jī)制主要根據(jù)用戶提供的需求與現(xiàn)有算力資源實(shí)例之間按照套基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的算力調(diào)度方案有助于平臺(tái)適應(yīng)市場(chǎng)需求變化并提高用戶滿意7分布式身份標(biāo)識(shí)符（DID:Decentralized分布式身份標(biāo)識(shí)符（DID:DecentralizedIdentifier[1]）據(jù)真實(shí)性由加密算法背書而不是由權(quán)威機(jī)構(gòu)2DID文檔并不包含用戶身份數(shù)據(jù)相關(guān)的內(nèi)容），三、關(guān)鍵技術(shù)（一）分布式數(shù)字身份與可信憑證技術(shù)分布式數(shù)字身份技術(shù)被提出并得到快速發(fā)展，自2019年W3C分布式身份標(biāo)識(shí)符表1分布式身份標(biāo)識(shí)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范8VC驗(yàn)證者及權(quán)威機(jī)構(gòu)。權(quán)威機(jī)構(gòu)是一種特殊實(shí)體，具有認(rèn)證用戶身份的能力，3DID解析器（DIDResolve4可驗(yàn)證憑證（VC:VerifiableCredential[2]）5身份存儲(chǔ)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(yàn)持有者和VC簽發(fā)者的身份、驗(yàn)證披露的數(shù)據(jù)是否真實(shí)。（二）鏈上鏈下結(jié)合的交易處理技術(shù)（三）多維度激勵(lì)機(jī)制[6]是由伯克利提出的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算開放基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，是全球最大的供給用戶在BOINC平臺(tái)上完成計(jì)算任務(wù)后會(huì)獲[9]是由北京郵電大學(xué)和首都師范大學(xué)共同提出了一種區(qū)塊鏈賦能過求解任務(wù)調(diào)度優(yōu)化問題來實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈的共識(shí)，從而避免了共識(shí)所帶來[8]是由中山大學(xué)提出了一種區(qū)塊鏈賦能物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)共享激勵(lì)框架，利用分片技術(shù)把區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)分割成多個(gè)支持并行處理數(shù)據(jù)共享交易約實(shí)現(xiàn)了一種支持分層的數(shù)據(jù)拍賣模型的共享激勵(lì)機(jī)制，解決了多層數(shù)據(jù)分配優(yōu)化問題，優(yōu)化的目標(biāo)時(shí)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(diào)度 案可以發(fā)現(xiàn)其存在以下缺陷1）評(píng)分函數(shù)結(jié)構(gòu)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(gòu)（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(guān)的數(shù)字可驗(yàn)證憑證用戶分為算力供給用戶（簡稱供給用戶算力消費(fèi)用戶（簡稱消費(fèi)（二）交易鏈交易方法，基于可驗(yàn)證數(shù)字憑證（W3C的VC標(biāo)準(zhǔn)）設(shè)計(jì)交易數(shù)據(jù)模型，允許算提出了一種異構(gòu)聯(lián)盟鏈自適應(yīng)監(jiān)管架構(gòu)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(dòng)VC憑證是由消費(fèi)用戶提交數(shù)據(jù)及申請(qǐng)，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(dòng)CPT模板的字段要求及實(shí)際數(shù)據(jù)填寫。交易啟動(dòng)VC憑}}}}"uw53T/TGMmP9usouEGT8EIkIr5y9Fgk7wOsVX2HSVDR9LGws0o2dfVQE3Fifndyve9iLkuzTMV"issuer":"did:weid:1000:0x39642f9987ab交易結(jié)算VC憑證是由消費(fèi)用戶或服務(wù)通道代表消費(fèi)用戶提交數(shù)據(jù)及申請(qǐng)，交易結(jié)算CPT模板定義了一筆交易結(jié)算包含的數(shù)據(jù)字段，通常包括供給方DID、消費(fèi)方DID、費(fèi)用、起止時(shí)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(quán)機(jī)制根據(jù)VC憑證中的數(shù)據(jù)加密方式選項(xiàng)可以對(duì)VC聲明中的指定數(shù)據(jù)字段進(jìn)行加密，可以采用基于屬性加密技術(shù)，如基于密文策略的屬性加密（Ciphertext-Policy3、激勵(lì)機(jī)制圖2基于區(qū)塊鏈的算力交易激勵(lì)系統(tǒng)架構(gòu)SpK>,對(duì)應(yīng)報(bào)價(jià)為<Cp1,Cp2,...,CpK>，其中Cpm(1≦m≦K,K為不同算力規(guī)格數(shù)量)是對(duì)于一個(gè)算力消費(fèi)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(gè)向量<B1，B2，...,BN>表示,Bj(1≦j≦N)表示為對(duì)應(yīng)激勵(lì)因子效用設(shè)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(fèi)用戶的算力要求的前提4、資源調(diào)度機(jī)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(qǐng)求時(shí)，用戶將自己的需求提平臺(tái)創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求。算力平臺(tái)將用戶的需求拆分為求，然后將必須需求轉(zhuǎn)發(fā)給各計(jì)算服務(wù)商進(jìn)行算力資源圖3用戶向平臺(tái)發(fā)起資源查詢匹配請(qǐng)求然后，待各計(jì)算服務(wù)商返回查詢結(jié)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(gè)解決方i為當(dāng)前解決方案的服務(wù)質(zhì)量屬性集合（例如計(jì)價(jià)方案、延遲等解決方案屬性）。然后算力交易平圖4平臺(tái)向計(jì)算資源服務(wù)商查詢后，平臺(tái)篩選結(jié)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(xué)習(xí)排序框架（Learntorank）[15]和計(jì)算最優(yōu)傳輸理論即給定用戶需求q時(shí)，最小化用戶需求和解決方案調(diào)度屬性的損失C(q,a)的求解速度、求解規(guī)模與可導(dǎo)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(jià)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(shí)可以在有限次迭代后收斂。返回結(jié)果X∈dq,a=q?(cu?X)?a上式計(jì)算結(jié)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(jì)算得到一個(gè)用戶需求向量與T LCE=?yi,j?logpi,j+(1?yi,j)log(1?pi,j)圖5訓(xùn)練階段流程圖圖6推理階段流程圖至關(guān)重要，因此在推理階段我們對(duì)用戶在平臺(tái)上s、交易監(jiān)管構(gòu)、區(qū)塊鏈交互模式和事務(wù)管理上提取業(yè)界主的公共子集，并基于自描述技術(shù)設(shè)計(jì)一種標(biāo)準(zhǔn)區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義的描述，可以適配主流區(qū)塊業(yè)務(wù)聯(lián)盟鏈B業(yè)務(wù)聯(lián)盟鏈C自適應(yīng)監(jiān)管組件自適應(yīng)監(jiān)管組件監(jiān)管系統(tǒng)B業(yè)務(wù)聯(lián)盟鏈B業(yè)務(wù)聯(lián)盟鏈C自適應(yīng)監(jiān)管組件自適應(yīng)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(dòng)轉(zhuǎn)換，達(dá)到自適聯(lián)盟鏈及監(jiān)管系統(tǒng)都與一套自適應(yīng)監(jiān)管組件進(jìn)行連接業(yè)務(wù)聯(lián)盟鏈A自適應(yīng)監(jiān)管組件監(jiān)管系統(tǒng)A圖7自適應(yīng)監(jiān)管架構(gòu)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(shí)體，在鏈下完成數(shù)識(shí)別框架，針對(duì)不同數(shù)據(jù)類型匹配不同的檢測(cè)算法智能檢測(cè)與屏蔽問題，結(jié)合預(yù)訓(xùn)練語言模型和領(lǐng)域（三）算力交易平臺(tái)DAPP份鏈和交易鏈上的數(shù)據(jù)。交易平臺(tái)DAPP主要包括算力交易模塊、DID服務(wù)模塊....身份查詢與更新：查詢DID屬性、設(shè)置DID屬性、為DID添加認(rèn)(3)VC服務(wù)模塊主要包括CPT模板管.CPT模板管理提供了對(duì)CPT模板的注冊(cè)、更新、查詢等操作。.憑證管理提供憑證的簽發(fā)和驗(yàn)證操作、可驗(yàn)證表達(dá)(Verifiable（四）交易服務(wù)通道控制器到節(jié)點(diǎn)之外的主機(jī)上并通過網(wǎng)絡(luò)與節(jié)點(diǎn)相連接。交易鏈節(jié)點(diǎn)可以通過遠(yuǎn)程調(diào)用同時(shí)把建立連接所需的認(rèn)證信息以及交易結(jié)算所需數(shù)據(jù)（如交易啟動(dòng)VC憑證數(shù)圖8創(chuàng)建新交易服務(wù)通道流程方案中獲取對(duì)應(yīng)的交易啟動(dòng)CPT模板ID，并通過交易平臺(tái)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(dòng)CPT模板數(shù)據(jù)并返回給調(diào)并通過交易平臺(tái)DAPP發(fā)起交易啟動(dòng)VC憑證申請(qǐng)，交易啟動(dòng)VC憑證申請(qǐng)記錄存并將其存入交易區(qū)塊鏈賬本中。交易平臺(tái)DAPP在調(diào)用合約接口-3之前，對(duì)輸入?yún)?shù)會(huì)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(tái)交易平臺(tái)DAPP在調(diào)用合約接口-4之前，對(duì)輸入?yún)?shù)會(huì)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(dāng)供給用戶A和消費(fèi)用戶B通過創(chuàng)建新交易服務(wù)通道流程獲得一個(gè)（交易）服務(wù)通道的信息后供給用戶A和消費(fèi)用戶B會(huì)嘗DID公鑰加密一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送給連接端，由連接端利用自己DID的私鑰進(jìn)行解制來實(shí)現(xiàn)，例如可以使用開源項(xiàng)目ZooKeeper的消息發(fā)布訂閱組件，或使用開源項(xiàng)目Kafka的消息隊(duì)列組件，實(shí)現(xiàn)消息管道及數(shù)據(jù)傳輸功能。此外服務(wù)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(fèi)用戶B）一旦完成了服務(wù)通道的接入認(rèn)證流圖10鏈下交易處理流程DID、消費(fèi)用戶DID、憑證ID、交易數(shù)額、起止時(shí)間、加密方式等）上鏈；接口-5的接口程序讀取輸入的交易結(jié)算VC憑證申請(qǐng)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(jié)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(tái)DAPP在調(diào)用合約接口-6之前，對(duì)輸入?yún)?shù)會(huì)根圖11交易結(jié)算數(shù)據(jù)上鏈流程五、總結(jié)與展望術(shù)語與縮略詞表DecentralizedIdentVCCiphertext-PolicyAttribute-BasDecentralizedApplicaDelegatedProofOfStakeBerkerleyOpenInfrastructureforNetworkComputingEuropeanGridInfrastruShangHainew-typeinternetFloating-pointOperationsPerSecondComputeUnifiedDeviceArc參考文獻(xiàn)[1].分布式數(shù)字身份DID技術(shù)規(guī)范，https://w3c.github.io/did-core/[2].可驗(yàn)證數(shù)字憑證VC技術(shù)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(tái)的問題與評(píng)估.軟件學(xué)報(bào)，2022[5].中國移動(dòng),2022年算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)白皮書[6].BOINC平臺(tái)，/[7].歐洲網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)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(lì)共享方案.軟件學(xué)報(bào),2021[9]