2020年区块链+边缘计算技术白皮书.pdf

中国移动 5G 联合创新中心 China Mobile 5G Innovation Center 中国移动 5G 联合创新中心创新研究报告 区块链 +边缘计算 技术白皮书 （ 2020 年） 2020 年 6 月 中国移动 5G 联合创新中心创新研究报告 区块链 +边缘计算技术白皮书 前 言 区块链作为新型信息处理技术，在信任建立、价值表示和传递方面有不可取代的优势，目前已经在跨行业协作、社会经济发展中展现出其价值和生命力。边缘计算作 为 5G 面向垂直行业的新技术，在网络和资源组织方式、业务体验提升方面都具有良好的竞争力。 本白皮书聚焦于探讨区块链与边缘计算技术和应用的结合点，探索二者结合产生的相互赋能、相互促进效果，在分析一些典型应用场景的需求、方案的基础上，提出通用性技术方案，包括 服务模式和部署方案。最后，总结了“区块链 +边缘计算”应用拓展面临的挑战和发展趋势。 “区块链 +边缘计算”作为通信和信息技术融合发展的新领域，必将共同推动跨界融合创新、促进社会经济转型和发展。我们期望通过本白皮书启发业界思考和探索区块链 +边缘计算的跨界应用创新，我们愿携手产业共同推动区块链 +边缘计算技术的应用和推广，为区块链技术和产业创新发展注入新活力。 参与本白皮书撰写的主要专家包括中国移动研究院何申、陆璐、李征、杨波、王珂、耿亮、杭小勇、阎军智、郭义华、刘福文，中兴通讯的郭海生、郑锦荣、王海峰、朱 堃 、杨 春建、王德政、林兆骥、章坚、张再军、周晶、张强、高洪、法润容，区块链技术与数据安全工业和信息化部重点实验室潘妍、李卫、李磊、余宇舟，北京大学新一代信息技术研究院董宁等。在此表示感谢。 zWnZmNxPpOqRxPsQ7N9R9PpNpPtRqQkPnNsNjMqQnP6MqRnRNZmRuMxNmRoR中国移动 5G 联合创新中心创新研究报告 区块链 +边缘计算技术白皮书 目 录 引言 . 1 1 区块链与边缘计算相互促进、协同发展 . 2 1.1 区块链是 IT 技术的革命，是 “价值互联网 ”的载体 . 2 1.2 边缘计算是运营商针对新商业模式的网络架构创新 . 3 1.3 区块链 +边缘计算促进跨界协同和创新、加快社会信息化转型 . 4 1.3.1 边缘计算为区块链服务提供资源和能力 . 4 1.3.2 区块链为边缘计算提供信任 . 4 1.3.3 区块链 +边缘计算产生促进效应 . 5 2 区块链 +边缘计算的应用场景 . 6 2.1 共享类应用：区块链辅助边缘计算信息与资源的共享 . 6 2.1.1 跨节点业务层数据同步 . 6 2.1.2 边缘计算平台资源能力共享 . 7 2.1.3 共享经济 . 8 2.2 存证类应用：边缘计算支持区块链进行高效存证 . 9 2.2.1 视频存证 . 10 2.2.2 物联网数据的防伪存储 . 11 2.2.3 个人数据存证 . 12 2.2.4 行业 数据可信处理 . 13 2.2.5 通信设备资产管理 . 14 2.2.6 通信设备巡检 . 15 2.2.7 通信设备的运维管理 . 16 2.3 安全类应用：区块链提供边缘计算安全增强 . 17 2.3.1 终端设备认证 . 17 2.3.2 IT/CT 域互信 . 17 2.3.3 应用、配臵的完整性 . 18 3 区块链 +边缘计算的技术实践 . 19 3.1 区块链 +边缘计算的服务模式 . 19 3.2 区块链 +边缘计算的部署方式 . 21 3.2.1 边缘计算部署现状及与区块链融合部署 . 21 3.2.2 On MEC-区块链部署在 MEC 资源池内 . 22 3.2.3 Off MEC-区块链部署在 MEC 资源池外 . 23 中国移动 5G 联合创新中心创新研究报告 区块链 +边缘计算技术白皮书 3.2.4 Hybrid MEC-混合部署 . 24 4 边缘计算 +区块链的发展展望 . 25 3.3 面对的挑战 . 25 3.4 发展畅想 . 26 缩略语 . 28 参考文献 . 29 联合编写单位及作者 . 30 引言 区块链作为一项新型信息处理技术，其在表示价值、传递信任方面具有天然的优势，是 “价值互联网 ”的核心要素。边缘计算是 5G 系统针对低时延、大带宽、汇聚流量大、海量物联、高可靠特定应用场景的新型解决方案。 5G 时代，区块链与边缘计算的结合，将助力运营商面向产业开拓 to-B 新市场。 本白皮书基于区块链与边缘计算各自的特点，在分析其技术结合点的基础上，梳理区块链 +边缘计算的典型应用 场景，并归纳出区块链 +边缘计算的技术实现和部署方式，为产业提供发展建议。 创新 研究报告 2 中国移动 5G 联合创新中心创新研究报告 区块链 +边缘计算技术白皮书 1 区块链与边缘计算相互促进、协同发展 1.1 区块链是 IT 技术的革命，是 “价值互联网 ”的载体 2019 年 10 月 24 日，在中共中央政治局第十八次集体学习会上，习主席提出区块链在 “技术革新和产业变革中起着重要作用 ”， “把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口 ”。 2020 年 4 月，国家发改委将区块链确立为 “新基建 ”的新技术基础设施。区块链是互联网之后信息技术又一次突破，是 “价值互联网 ”的基石。互联网技术实现了信息的高效流通，而区块链技术将实现信任建 立和价值传递的新机制，进一步促进社会生产和生活中新型协作体系的建立和完善。 区块链技术具有分布式处理、数据防篡改、多方共识等技术特征，实现了去中心化的信任建立、保存和传递能力。分布式是技术基础，防篡改保证了数据的稳定性和可靠性，透明性多方共识保证了数据的可验证和可信性。去中心化信任是区块链技术特征的自然结果，确保了价值能够高效、透明、安全、可信地存储和传递。 目前国家、多个省市和地区政府已经发布了区块链相关政策和指导意见，将区块链技术列入发展规划，积极开展区块链产业布局，为区块链产业的发展提供了政策基础。区 块链技术已在供应链金融、物品溯源、智能制造、数字资产管理等领域开展了有益和成功的探索。以区块链为主营业务的创新公司数量增长迅速，产业已经初步形成。随着技术的发展，区块链将在更多产业领域得到应用： 数字金融 ：基于区块链构建信用体系，降低金融服务的成本，解决中小企业贷款融资难、银行风控难、部门监管难等问题； 数字经济 ：区块链和实体经济结合，利用区块链技术探索数字经济模式创新，打造便捷高效、公平竞争、稳定透明的营商环境，推进供给侧结构性改革，实现各行业供需有效对接提供服务，加快新旧动能接续转换，推动经济高质量发展 ； 数字身份 ：在移动互联网向产业互联网发展过程中，每个人、每个企业甚至创新 研究报告 3 中国移动 5G 联合创新中心创新研究报告 区块链 +边缘计算技术白皮书 每台设备，都会通过数字孪生科技拥有线上的数字身份，而区块链技术将作为数字身份的基础设施，对现有数字证书体系产生重大变革； 产业协同 ：随着产业数字化进展的加快和供应链业态的不断演进，原有的产业生态抓手会逐渐从线下转移到线上，区块链起到传递信任、企业协同、数据资源共享等关键作用，最大化提升产业整体发展的效率； 社会民生 ：通过区块链技术在教育、就业、养老、精准扶贫、医疗健康、商品防伪、食品安全、公益、社会救助等领域的应用，为人民群众提供更加智能 、更加便捷、更加优质的公共服务； 智慧城市 ：区块链底层技术服务和新型智慧城市建设相结合，在信息基础设施、智慧交通、能源电力等领域进行推广应用，提升城市管理的智能化、精准化水平。利用区块链技术促进城市间在信息、资金、人才、征信等方面更大规模的互联互通，保障生产要素在区域内有序高效流动； 智慧政务 ：利用区块链数据共享模式，实现政务数据跨部门、跨区域共同维护和使用，促进业务协同办理，为人民群众带来更好的政务服务体验。 1.2 边缘计算是运营商针对新商业模式的网络架构创新 边缘计算是网络演进和云计算技术发展的产物，在靠近用 户的地方提供计算、存储、网络等基础设施，通过在该基础设施上部署和运行应用，为用户就近提供边缘云服务。相比于传统云计算的集中部署模式，边缘计算解决了通信时延长、汇聚流量大等问题，为低时延和高带宽的业务提供了更好的支持。边缘计算的业务本质是云计算在集中化数据中心之外汇聚节点甚至接入节点的延伸和扩展，以“边缘智能 ”、 “端边互补 ”、 “边网协作 ”和 “云边协同 ”为核心能力 1。 超低时延和高带宽业务的需求、新型网络架构共同促进了在 5G 网络中引入边缘计算技术。边缘计算带动了运营商网络的变革，形成了 “中心 +边缘 ”的新型分 布式网络架构。由于边缘节点位于用户到核心网的通信路径上，因此，运营商和设备制造商在边缘计算业务中具有不可替代的地位。随着边缘节点部署数量的增加，将逐步形成 “边缘云 +中心云 ”的新型云计算架构，培育出多样化的创新业创新 研究报告 4 中国移动 5G 联合创新中心创新研究报告 区块链 +边缘计算技术白皮书 务和商业模式。 同时针对特定企业应用场景（如：工业互联网、园区办公网）提供数据本地分流和处理机制，实现了数据不出园（厂）区，具有更高的安全性。 随着 5G 业务和垂直行业应用的拓展，新兴市场对边缘计算的需求十分迫切。在众多垂直行业新兴业务中，低时延、高带宽和高安全性三个方面成为边缘计算的独特优势 2。 1.3 区块链 +边缘计算促进跨界协同和创新、加快社会信息化转型 1.3.1 边缘计算为区块链服务提供资源和能力 借助边缘计算能力，运营商部署和推广区块链应用具有独特优势，区块链平台 /应用可以部署在边缘计算平台上，为电信网络和行业应用提供区块链服务： 资源层面 ：边缘计算平台为区块链节点的部署提供了新的选择，区块链可以与业务应用共用边缘计算节点资源，节省云端资源开销。区块链节点和应用以软件形式快速部署在边缘节点 /边缘云上，具有部署效率高等优势； 通信层面 ：由于边缘计算平台靠近用户侧，相比数据传输到云端，降低了通信时延，从用户角度， 传播路径更加可控。还可以采取优化策略，将经常使用的账本数据、账户状态等数据、业务数据缓存在边缘节点中，提高通信效率，降低数据传输时延； 能力层面 ：边缘计算平台集成运营商网络能力，部署在边缘节点的区块链应用可调用运营商面向垂直行业开放的能力，从而形成 “信息 +信任 ”的运营商特色区块链服务。 1.3.2 区块链为边缘计算提供信任 边缘计算节点在运营商网络中处在 “端 -边 -网 -云 ”的关节位臵，在边缘节点上创新 研究报告 5 中国移动 5G 联合创新中心创新研究报告 区块链 +边缘计算技术白皮书 引入区块链能力将极大助力运营商的产业拓展，如果说 “5G+”行动为单个垂直行业提供通信和信息服务，那么在边缘计算中引入区块链服务 能够实现不同产业之间的协同，为垂直行业提供中立、可信、易用的 “信息 +信任 ”平台，实现生产要素和资源在不同行业之间更高效地流通、有机整合，产生由点及面的效果，促进经济转型，甚至重构产业结构： 赋能协同 ：边缘计算多级网络协同，构建智慧边缘。运营商网络原有的架构（包括 5G 的新架构）中，采用逐级集中、骨干网互联互通的模式，不同的边缘节点之间无法协作同步， “端 -边 -网 -云 ”各方间无法协同取证。借助叠加在边缘节点上的区块链服务，可打通不同边缘之间、 “端 -边 -网 -云 ”各方间的孤岛，形成信息和价值的打通，产生跨网协同效应； 赋能安全可信 ：边缘计算基础设施、数据转发设备、边缘计算平台等靠近用户部署，运营商控制能力相对较弱，其平台的设备、配臵、数据、应用等应具备完整性和真实性，而 “端 -边 -网 -云 ”架构下分散的各方，也有互访的需求。区块链可帮助建立边缘计算系统的完整性保障和防伪存证，也可帮助 “端 -边 -网 -云 ”各方间实现去中心的认证； 赋能共享 ：边缘计算节点为运行于其上的各种服务和第三方应用提供计算、网络和存储资源，终端、数据、能力也可以作为公共共享资源，开放给多个应用使用，这些资源都可以统一通过边缘计算平台上承载的区块链应用进行交 易，以充分发挥其价值 。 1.3.3 区块链 +边缘计算产生促进效应 区块链技术促进安全可信，边缘计算技术促进高效可用；边缘计算 +区块链可以构成高效信息 +价值平台，促进资源共享和最优化配臵，对运营商网络、业务、生态产生的促进效应和深远影响。 创新 研究报告 6 中国移动 5G 联合创新中心创新研究报告 区块链 +边缘计算技术白皮书 2 区块链 +边缘计算的应用场景 按照应用业务需求和技术特点，可将应用场景梳理为如下几类： 共享类应用：利用区块链分布式记账和共识机制等特性，可在边缘计算组织生态中各参与方之间形成互通互联，或者在供应链上下游进行穿透，从而实现信用传递、数据同步和资源共享。 存证类应用：使用区块链的数据一致性 和防篡改特点，保证数字化信息的完整性、时序性；边缘计算为数字化信息的存储、传输提供高效保障。 安全类应用：基于区块链账本数据的不可摧毁和不可篡改，实现终端接入边缘认证、 IT 与 CT 贯通和互信、边缘设备配臵完整性校验等网络安全、应用安全等安全功能。 2.1 共享类应用：区块链辅助边缘计算信息与资源的共享 2.1.1 跨节点业务层数据同步 场景 ：多个有数据同步关系的行业应用（如：位于边缘节点的行业应用模块和位于云端或另一个边缘节点的边缘应用模块间），使用区块链技术进行数据的分布式存储、安全分发及共享。 需求 ：行业应用可以依据时延 、组网以及相应业务位臵的不同，部署在接入、一般汇聚、重要汇聚以及地市核心等不同位臵的边缘云中的边缘节点上。同时，边缘行业应用通常需要和部署在中心 DC、企业 DC上的行业应用进行业务交互，其特征是不同位臵的应用之间进行数据交互，比如： 边缘应用采集本地数据并且在本地进行业务处理，然后将统计、分析结果汇聚到核心云的行业应用进行统一呈现、统计及数据分析。典型应用如电力行业应用，发电、输电、配电及用电等边缘应用在完成本地业务处理后，将数据传送到集团汇聚，进行全局的数据分析及呈现 3；