[論文レビュー] When Mobile Blockchain Meets Edge Computing: Challenges and Applications.

Zehui Xiong, Yang Zhang+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2017

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 13被引用数 25

ひとこと要約

本稿では、リソース制限のあるモバイルデバイスからのエネルギー集約的で計算集約的なプルーフ・オブ・ワーク（PoW）計算をオフロードするためにエッジコンピューティングで強化されたモバイルブロックチェーンシステムを提案する。エッジノードを活用して、経済的かつ効率的にマイニングパズルを解くことで、モバイルデバイスのエネルギー消費量とCPU使用率を低減しつつ、ブロックチェーンのセキュリティと分散性を維持する。実装されたプロトタイプによる評価で、性能向上が明確に測定された。

ABSTRACT

Blockchain, as the backbone technology of the current popular Bitcoin digital currency, has become a promising decentralized approach for resource and transaction management. Although blockchain has been widely adopted in many applications, e.g., finance, healthcare, and logistics, its application in mobile environments is still limited. This is due to the fact that blockchain users need to solve preset proof-of-work puzzles to add new transactions to the blockchain. Solving the proof-of-work, however, consumes substantial resources in terms of CPU time and energy, which is not suitable for resource-limited mobile devices. To facilitate blockchain applications in future mobile Internet of Things systems, multiple access mobile edge computing appears to be an auspicious option to solve the proof-of-work puzzles for mobile users. We first introduce a novel concept of edge computing for mobile blockchain. Then, we introduce an economic approach for edge computing resource management. Moreover, a demonstrative prototype of mobile edge computing enabled blockchain systems is presented with experimental results to justify the proposed concept.

研究の動機と目的

• モバイルデバイスにおけるブロックチェーンのプルーフ・オブ・ワークの高い計算コストとエネルギー消費を軽減すること。
• モバイルエッジコンピューティングを活用してブロックチェーン取引処理を高速化する可能性を検討すること。
• エッジ支援ブロックチェーンシステムのための経済的リソース管理モデルを設計すること。
• 実装されたプロトタイプを通じて、提案アーキテクチャの実用的妥当性を示すこと。

提案手法

• プルーフ・オブ・ワーク計算を委譲するため、モバイルブロックチェーンとエッジコンピューティングを統合した新規アーキテクチャを提唱する。
• エッジコンピューティングリソースの管理に経済モデルを採用し、モバイルユーザーのコストとパフォーマンスのバランスを最適化する。
• エッジノードを活用してモバイルデバイスの代わりにプルーフ・オブ・ワークパズルを解くことで、ローカルな計算負荷を低減する。
• 実世界の環境下でのパフォーマンスとスケーラビリティを評価するために、プロトタイプシステムを設計・実装する。
• 実験的評価を用いて、システム効率とリソース節約の有効性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 エッジコンピューティングをどのように効果的にモバイルブロックチェーンシステムに統合することで、デバイスのリソース消費を低減できるか？
• RQ2 ブロックチェーンマイニングに向けたエッジコンピューティングリソースの効率的かつ公平な割り当てを保証するための経済的メカニズムは何か？
• RQ3 エッジ支援プルーフ・オブ・ワークは、モバイルデバイスのエネルギー消費量とCPU使用率をどの程度低減できるか？
• RQ4 計算オフロードを実施しても、ブロックチェーンのセキュリティと分散性はどのように維持されるか？

主な発見

• エッジコンピューティングにより、プルーフ・オブ・ワークタスクのオフロードによってモバイルデバイスの計算的・エネルギー的負荷が顕著に低減される。
• 提案された経済的リソース管理モデルにより、ブロックチェーン運用に向けたエッジリソースの効率的割り当てが可能になる。
• プロトタイプは、エッジ対応インfraストラクチャ上でのモバイルブロックチェーンの実用的かつスケーラブルな展開を示している。
• 実験結果から、システムパフォーマンスとデバイスのエネルギー効率の向上が明確に確認された。