Usimamizi wa Rasilimali na Matumizi: Teknolojia ya Blokchein ya Mkononi Ikikutana na Uhakiki wa Makali

Jedwali la Yaliyomo

• Utangulizi
• Edge Computing kwa Blockchain ya Rununu
  • 2.1 Muundo wa Jumla
  • 2.2 Upokonyaji wa Proof-of-Work
• 3. Usimamizi wa Rasilimali Kiuchumi
  • 3.1 Mfumo wa Nadharia ya Mchezo
  • 3.2 Pricing Mechanism
• 4. Experimental Results
  • 4.1 Vipimo vya Utendaji
  • 4.2 Uthibitishaji
• 5. Uchambuzi wa Kiufundi
• 6. Utekelezaji wa Msimbo
• 7. Matumizi ya Baadaye
• 8. References

Utangulizi

Blockchain hutumika kama daftari la umma lisilokuwa la katikati kuhifadhi rekodi za manunuzi, yakishinda vikwazo vya mifumo ya katikati kama vile shida za sehemu moja na udhaifu wa usalama. Data huundwa kama vitalu kwenye orodha yenye viungo, ikigandamizwa katika mtandao wote kuhakikisha uadilifu. Uchimbaji, unaohusisha fumbo la uthibitisho-wa-kazi (PoW), ni muhimu kwa kuongeza vitalu vipya lakini unahitaji rasilimali kubwa za kompyuta, na hivyo kuzuia utumizi katika vifaa vya mkononi na vya IoT vilivyo na uhaba wa rasilimali. Uwasilishaji wa makali ya mkononi (MEC) unajitokeza kama suluhisho kwa kutoa uwezo wa kukokotoa kwenye kingo za mtandao, kama vile vituo vya msingi, na kuwezesha upakiaji mzuri wa PoW. Ushirikiano huu unaimarisha uthabiti wa blockchain na kutoa motisha kwa watumiaji wa mkononi kupitia zawadi za makubaliano. Hata hivyo, changamoto za kiuchumi kama vile bei na mgao wa rasilimali zinahitaji kuboreshwa kwa kutumia nadharia ya mchezo.

Edge Computing kwa Blockchain ya Rununu

Uchakataji wa makali unatumia seva za ndani kwenye kingo za mtandao wa rununu ili kuunga mkabari programu za ukawia mdogo, muhimu kwa mitandao ya 5G. Kwa mnyororo wa vitalu, MEC inawaruhusu vifaa vya rununu kuhamisha mafumbo ya PoW kwa seva za makali, na hivyo kupunguza matumizi ya nishati na kuboresha ushiriki.

2.1 Muundo wa Jumla

Mfumo huu unajumuisha wachimbaji wa rununu, seva za makali, na mtandao wa mnyororo wa vitalu. Wachimbaji huwasilisha kazi za PoW kwa seva za makali kupitia viungo vya bila waya, na seva hurudisha suluhisho kwa ajili ya uthibitishaji wa vitalu. Mbinu hii isiyo ya kati inapunguza ucheleweshaji na kuongeza uwezo wa kupanuka.

2.2 Upokonyaji wa Proof-of-Work

PoW involves finding a nonce that produces a hash below a target value: $H(block \| nonce) < target$. Offloading this to edge servers saves mobile resources, with the hash function computed as $H(x) = SHA256(x)$.

3. Usimamizi wa Rasilimali Kiuchumi

Mfumo wa kiuchumi unaboresha mgawo wa rasilimali kati ya watoa huduma ya ukingoni na wachimbaji.

3.1 Mfumo wa Nadharia ya Mchezo

A Stackelberg game models interactions: the provider sets prices, and miners adjust computing demand. The provider's profit is $\pi_p = p \cdot d - C(d)$, where $p$ is price, $d$ is demand, and $C$ is cost. Miners maximize utility $U_m = R - p \cdot d$, with $R$ as block reward.

3.2 Pricing Mechanism

Beiashiria bei mabadiliko husawazisha usambazaji na mahitaji, sawa na mbinu katika mitandao isiyo na waya [9]. Kwa mfano, [10] inatumia beiashiria kwa mawasiliano ya shirikishi, iliyobadilishwa hapa kwa rasilimali za kompyuta.

4. Experimental Results

Majaribio yanathibitisha mfumo uliopendekezwa.

4.1 Vipimo vya Utendaji

Vipimo muhimu vinajumuisha uhifadhi wa nishati, ucheleweshaji, na kiwango cha mafanikio ya uchimbaji. Kupakua PoW kunapungua matumizi ya nishati ya rununu hadi 70% ikilinganishwa na utarakishi wa ndani.

4.2 Uthibitishaji

Kiolezo cha awali kinadhihirisha kuwa kompyuta ukingoni (edge computing) hupunguza muda wa kutatua PoW kwa 50%, huku wachimbaji wakipata malipo makubwa chini ya bei bora. Michoro inaonyesha mwelekeo wa mahitaji dhidi ya mishale ya bei na mafanikio ya ufanisi wa nishati.

5. Uchambuzi wa Kiufundi

Makala haya yanaunganisha blockchain na edge computing, yakishughulikia ukubwa wa rasilimali za PoW. Tofauti na miundo ya kawaida, yanajumuisha motisha za kiuchumi, zikiendana na mienendo katika mifumo isiyo ya katikati kama vile ile ya CycleGAN kwa mitandao ya kupinga ya kizamani [11]. Mbinu ya nadharia ya michezo inahakikisha haki, kama ilivyoonekana katika tafiti za kujifunza kwa umoja [12]. Misingi ya kihisabati, kama $U_m = R - p \cdot d$, inatoa mfumo unaoweza kupanuliwa kwa mgawo wa rasilimali. Majaribio yanaonyesha faida halisi, lakini changamoto bado zipo katika mazingira ya nguvu. Ikilinganishwa na suluhisho za msingi wa wingu, edge computing inatoa ucheleweshaji mdogo, muhimu kwa matumizi ya IoT ya wakati halisi. Vyanzo vya nje, kama uchambuzi wa IEEE juu ya MEC [13], vinasaidia uwezo wa ushirikiano kwa 5G na zaidi.

6. Utekelezaji wa Msimbo

Pseudocode for PoW offloading:

function mineBlock(block_data, target):
  nonce = 0
  while True:
    hash = sha256(block_data + nonce)
    if hash < target:
      return nonce, hash
    nonce += 1

# Edge server handles request
edge_service(block, miner_id):
  result = mineBlock(block, TARGET)
  charge_fee(miner_id, PRICE)
  return result

7. Matumizi ya Baadaye

Matumizi yanayowezekana ni pamoja na miji smart, ufuatiliaji wa mnyororo wa usambazaji, na IoT ya afya. Kwa mfano, blockchain iliyo na uwezo wa makali inaweza kuhifadhi data ya mgonjwa kwa wakati halisi. Kazi ya baadaye inaweza kuchunguza ushirikiano wa kujifunza mashine kwa bei zinazobadilika na algorithms za PoW zisizo na quantum.

8. References

1. Content delivery networks, IEEE Transactions, 2015.
2. Smart grid systems, ACM Journal, 2016.
3. Uchimbaji katika blockchain, Bitcoin Whitepaper, 2008.
4. Utabiri wa kompyuta kwenye kingo, ETSI White Paper, 2014.
5. Mitandao ya 5G, 3GPP Standards, 2017.
6. Uwekaji bei katika mitandao isiyo na waya, Uchunguzi wa IEEE, 2010.
7. Mawasiliano ya kushirikiana, Mabadiliko ya IEEE, 2012.
8. CycleGAN, ICCV Paper, 2017.
9. Federated learning, Google Research, 2016.
10. IEEE MEC survey, 2019.