【摘 要】
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区块链技术拥有去中心化、可溯源以及不可篡改等安全特性,并已被应用于电子货币、智能电网和物联网等多个领域。然而,目前应用最为广泛的区块链工作量证明机制仍然因为其大量
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区块链技术拥有去中心化、可溯源以及不可篡改等安全特性,并已被应用于电子货币、智能电网和物联网等多个领域。然而,目前应用最为广泛的区块链工作量证明机制仍然因为其大量的计算资源需求而被人们所诟病,同时成为了区块链在移动端蓬勃发展的阻碍。为了解决该问题,研究者引入了边缘计算,通过迁移移动用户的工作量证明任务,保证区块链在移动环境中的运行。但现有的关于移动区块链任务迁移的大多数工作都假设单个移动用户可以从边缘服务器购买全部资源,同时也没有考虑应用于任务迁移所有参与方的激励策略。对于上述问题,本文提出了一种新型的三阶段拍卖移动区块链任务迁移模型。在该模型中,我们首先将区块链生成过程建模为一个遵循泊松分布的过程,形式化地阐述了通过该过程移动用户可以获得的期望收入,最后将研究的问题建模为一个整体效益最优化的问题,并引入社会效益将其量化。为解决该问题,本文以边缘服务器充当卖家,移动用户充当买家,通过将移动用户计算密集型的工作量证明难题任务迁移到到边缘服务器上执行,弥补移动设备自身计算资源的不足。将拍卖机制与团购机制结合,激励边缘服务器共享其资源到以移动用户为单位的小组中,保证了移动用户能够负担得起资源费用。在本文提出的拍卖机制中,第一阶段设计了一种潜在赢家确定算法,算法将移动用户划分为若干个组,然后根据移动用户对边缘服务器的偏好,从每个组中选择不同移动用户作为对每个边缘服务器的潜在赢家。此外,设计了一种基于VickreyClarke-Groves拍卖的赢家潜在支付费用确定算法,用于确定移动用户的潜在支付价格以及第二阶段中基站对边缘服务器的出价。第二阶段设计了一种基站与边缘服务器匹配算法,根据基站的出价以及资源信息,将基站与边缘服务器进行匹配,并计算基站的实际支付价格。在第三阶段,基于前两个阶段的匹配完成费用清算,然后将边缘服务器分配给相应的小组,移动用户将任务迁移到边缘服务器执行。本文通过理论分析证明了提出的拍卖机制符合诚实性、个人合理性、预算平衡性三项经济性质。同时证明了提出算法是近似比为(1-ε)的近似算法,以及算法的高效性。最后,通过仿真实验研究了区块链参数对社会效益的影响,并在性能上与现有的三种算法进行对比,结果表明,与现有方案相比本文提出的机制在移动用户数量为1000时社会效益平均分别提高了33.78%、21.84%和19.69%。
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