基于区块链的算力并网交易平台研究报告2023

基于区块链的算力并网交易平台研究I本课题分析了当前算力交易平台的发展现状，总结了算力用户的码学方法等。本课题的研究内容主要包括（1）基于区块链的算力交链算力交易平台，实现高效的算力交易方法、安全灵活的交易模式、孙丽明、王翰华、黄璜 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）算力交易平台国内发展现状2（二）算力交易平台海外发展现状3BOINC是由伯克利提出的网络计算开放基础设施项目。其主要面向志愿计），简单，主要就是积分，未来BOINC计划基于智根据不同的应用实例，EGI向科研人员和社区提供包括批量计算（Batch45二、问题与挑战6算力资源调度机制主要根据用户提供的需求与现有算力资源实例之间按照套基于数据驱动的算力调度方案有助于平台适应市场需求变化并提高用户满意7分布式身份标识符（DID:Decentralized分布式身份标识符（DID:DecentralizedIdentifier[1]）据真实性由加密算法背书而不是由权威机构2DID文档并不包含用户身份数据相关的内容），三、关键技术（一）分布式数字身份与可信凭证技术分布式数字身份技术被提出并得到快速发展，自2019年W3C分布式身份标识符表1分布式身份标识相关的技术规范8VC验证者及权威机构。权威机构是一种特殊实体，具有认证用户身份的能力，3DID解析器（DIDResolve4可验证凭证（VC:VerifiableCredential[2]）5身份存储库允许用户以安全而隐私的方式存9VC签发者签发的、校验持有者和VC签发者的身份、验证披露的数据是否真实。（二）链上链下结合的交易处理技术（三）多维度激励机制[6]是由伯克利提出的网络计算开放基础设施项目，是全球最大的供给用户在BOINC平台上完成计算任务后会获[9]是由北京邮电大学和首都师范大学共同提出了一种区块链赋能过求解任务调度优化问题来实现区块链的共识，从而避免了共识所带来[8]是由中山大学提出了一种区块链赋能物联网数据共享激励框架，利用分片技术把区块链网络分割成多个支持并行处理数据共享交易约实现了一种支持分层的数据拍卖模型的共享激励机制，解决了多层数据分配优化问题，优化的目标时最大化共享数据资源给用户带来的效用（四）数据访问控制（五）算力资源调度 案可以发现其存在以下缺陷1）评分函数结构和参数固定，难以反映用户的（六）区块链监管四、解决方案图1算力交易系统架构（一）数字身份链数字身份链上保存用户的数字身份DID文档、用户相关的数字可验证凭证用户分为算力供给用户（简称供给用户算力消费用户（简称消费（二）交易链交易方法，基于可验证数字凭证（W3C的VC标准）设计交易数据模型，允许算提出了一种异构联盟链自适应监管架构以及多种面向联盟链监管的数据屏蔽方1、交易模式}{}]]}{{{"issuer":"did:weid:1000:0x39642f9987]}交易启动VC凭证是由消费用户提交数据及申请，再由供给用户签发。凭证的声明数据根据交易启动CPT模板的字段要求及实际数据填写。交易启动VC凭}}}}"uw53T/TGMmP9usouEGT8EIkIr5y9Fgk7wOsVX2HSVDR9LGws0o2dfVQE3Fifndyve9iLkuzTMV"issuer":"did:weid:1000:0x39642f9987ab交易结算VC凭证是由消费用户或服务通道代表消费用户提交数据及申请，交易结算CPT模板定义了一笔交易结算包含的数据字段，通常包括供给方DID、消费方DID、费用、起止时间、数据加密方式、交易额类型（如小额、中2、数据访问授权机制根据VC凭证中的数据加密方式选项可以对VC声明中的指定数据字段进行加密，可以采用基于属性加密技术，如基于密文策略的属性加密（Ciphertext-Policy3、激励机制图2基于区块链的算力交易激励系统架构SpK>,对应报价为<Cp1,Cp2,...,CpK>，其中Cpm(1≦m≦K,K为不同算力规格数量)是对于一个算力消费用户U，U可以通过撮合智能合约的获取推荐交易方案接可以用一个向量<B1，B2，...,BN>表示,Bj(1≦j≦N)表示为对应激励因子效用设置一s.t.Spq=Dq,Lps.t.∑p∈PSpq满足公式(1)或（2）的最优解方案是在满足算力消费用户的算力要求的前提4、资源调度机制[13]利q=<nec,qos>,nec∈Rn,qos∈Rm,q用户必须需求匹配模块主要根据给定的用户必须需求nec向连接到算力交易用户发起算力请求时，用户将自己的需求提平台创建一个服务请求。算力平台将用户的需求拆分为求，然后将必须需求转发给各计算服务商进行算力资源图3用户向平台发起资源查询匹配请求然后，待各计算服务商返回查询结果后，算力成候选解决方案集合s={(si,ai)|i=0,1,2,…}，其中(si,ai)为其中某个解决方i为当前解决方案的服务质量属性集合（例如计价方案、延迟等解决方案属性）。然后算力交易平图4平台向计算资源服务商查询后，平台筛选结果并反馈给用户候选解决方案重排序模块主要根据用户的需求向量q和候选解决方案集合S案不同，我们提基于学习排序框架（Learntorank）[15]和计算最优传输理论即给定用户需求q时，最小化用户需求和解决方案调度属性的损失C(q,a)的求解速度、求解规模与可导性上存在不足。一种常见做法是引入熵正则化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：代价函数Cu，用户需求向量qK=exp(−)a=IWhileaandβisnotconvergeddo：β=a=X=diag(a)⋅K⋅diag(β)OutputX上述算法在熵正则约束下时可以在有限次迭代后收敛。返回结果X∈dq,a=q⋅(cu⨀X)⋅a上式计算结果dq,a∈R即为给定用户需求q和候选解决方案a之间在最优传输候选解决方案集合A={ai|ai∈Rl}∈Rr×l，则有用户需求和候选解决方案集合PTobq,A=1−softmax(q⋅(cu⨀X)⋅AT)={pj|j=1上式可以通过一次并行计算得到一个用户需求向量与T LCE=−yi,j⋅logpi,j+(1−yi,j)log(1−pi,j)图5训练阶段流程图图6推理阶段流程图至关重要，因此在推理阶段我们对用户在平台上s、交易监管构、区块链交互模式和事务管理上提取业界主的公共子集，并基于自描述技术设计一种标准区块数据结构定义的描述，可以适配主流区块业务联盟链B业务联盟链C自适应监管组件自适应监管组件监管系统B业务联盟链B业务联盟链C自适应监管组件自适应监管组件监管系统B盟链与监管系统之间的通信协议自动转换，达到自适联盟链及监管系统都与一套自适应监管组件进行连接业务联盟链A自适应监管组件监管系统A图7自适应监管架构为了防止违法违规交易信息上链以及在不可屏蔽问题，本方法引入客户端实体，在链下完成数识别框架，针对不同数据类型匹配不同的检测算法智能检测与屏蔽问题，结合预训练语言模型和领域（三）算力交易平台DAPP份链和交易链上的数据。交易平台DAPP主要包括算力交易模块、DID服务模块....身份查询与更新：查询DID属性、设置DID属性、为DID添加认(3)VC服务模块主要包括CPT模板管.CPT模板管理提供了对CPT模板的注册、更新、查询等操作。.凭证管理提供凭证的签发和验证操作、可验证表达(Verifiable（四）交易服务通道控制器到节点之外的主机上并通过网络与节点相连接。交易链节点可以通过远程调用同时把建立连接所需的认证信息以及交易结算所需数据（如交易启动VC凭证数图8创建新交易服务通道流程方案中获取对应的交易启动CPT模板ID，并通过交易平台DAPP从交易链上获取接口处理程序从区块链账本中读取指定ID的交易启动CPT模板数据并返回给调并通过交易平台DAPP发起交易启动VC凭证申请，交易启动VC凭证申请记录存并将其存入交易区块链账本中。交易平台DAPP在调用合约接口-3之前，对输入参数会根据加密方式将指定数据字段加密成密文。供给用户A通过交易平台交易平台DAPP在调用合约接口-4之前，对输入参数会根据加密方式将指定数据图9创建新交易的消息流程链下交易处理流程如图10所示，当供给用户A和消费用户B通过创建新交易服务通道流程获得一个（交易）服务通道的信息后供给用户A和消费用户B会尝DID公钥加密一个随机数据发送给连接端，由连接端利用自己DID的私钥进行解制来实现，例如可以使用开源项目ZooKeeper的消息发布订阅组件，或使用开源项目Kafka的消息队列组件，实现消息管道及数据传输功能。此外服务通道还可以基于开源联盟链FISCOBCOS提供的链上信使协议（AdvancedMessages交易双方（即供给用户A和消费用户B）一旦完成了服务通道的接入认证流图10链下交易处理流程DID、消费用户DID、凭证ID、交易数额、起止时间、加密方式等）上链；接口-5的接口程序读取输入的交易结算VC凭证申请记录数据并把输入数据写入过合约接口-6完成交易结算VC凭证签发记录（包含带供给用户A签名的VC凭证写入到交易链账本中；交易平台DAPP在调用合约接口-6之前，对输入参数会根图11交易结算数据上链流程五、总结与展望术语与缩略词表DecentralizedIdentVCCiphertext-PolicyAttribute-BasDecentralizedApplicaDelegatedProofOfStakeBerkerleyOpenInfrastructureforNetworkComputingEuropeanGridInfrastruShangHainew-typeinternetFloating-pointOperationsPerSecondComputeUnifiedDeviceArc参考文献[1].分布式数字身份DID技术规范，https://w3c.github.io/did-core/[2].可验证数字凭证VC技术规范，https://w3c.github.io/vc-data-model/[3].Ciphertext-PolicyAttribute-BasedEncryption.IEEES&P.2007[4].蔡维德，王荣，何娟等.分布式数字资产交易平台的问题与评估.软件学报，2022[5].中国移动,2022年算力网络技术白皮书[6].BOINC平台，/[7].欧洲网格基础设施（EGIhttps://www.egi.eu[8].蔡婷,林晖,陈武辉,郑子彬,余阳.区块链赋能的高效物联网数据激励共享方案.软件学报,2021[9]