[论文解读] Fair Auction and Trade Framework for Cloud VM Allocation based on Blockchain

Zhili Chen, Wei Ding+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2020

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 17被引用 5

一句话总结

本文提出了一种基于区块链的公平拍卖与交易框架，用于云虚拟机（VM）分配，通过智能合约和加密货币机制确保拍卖与交易的公平性。通过利用定时承诺、可验证状态和阶梯支付机制，该系统对不诚实行为实施经济惩罚并保证补偿，实验结果表明在以太坊上运行时性能表现可接受，符合现实条件。

ABSTRACT

Cloud auctions provide cost-effective strategies for cloud VM allocation. Most existing cloud auctions simply assume that the auctioneer is trustable, and thus the fairness of auctions can be easily achieved. However, in fact, such a trustable auctioneer may not exist, and the fairness is non-trivial to guarantee. In this work, for the first time, we propose a decentralized cloud VM auction and trade framework based on blockchain. We realize both auction fairness and trade fairness among participants (e.g., cloud provider and cloud users) in this system, which guarantees the interest of each party will not suffer any loss as long as it follows the protocol. Furthermore, we implement our system through the local blockchain and Ethereum official test blockchain, carry out experimental simulations, and demonstrate the feasibility of our system.

研究动机与目标

• 解决因不可信拍卖人可能与用户串通或操纵结果而导致的云虚拟机拍卖缺乏公平性问题。
• 通过防止不诚实用户逃避付款或服务提供方在收款后拒绝提供服务，确保交易公平性。
• 设计一个去中心化系统，即使存在恶意行为者，只要参与者遵循协议，就不会遭受损失。
• 实现并评估一种支持有仲裁和无仲裁交易模式的系统，利用区块链技术。

提出的方法

• 该框架采用带有经济担保的定时承诺机制，用户将出价连同保证金提交至区块链。
• 智能合约通过验证出价、计算胜出者并对接收不诚实参与者施加经济惩罚，以确保拍卖公平性。
• 系统采用状态机制来追踪和验证交易状态，确保付款与虚拟机分配同步。
• 在交易中使用阶梯支付机制，仅在虚拟机实例成功交付后分阶段释放资金，以确保相互信任。
• 智能合约在拍卖结束后自动过渡到交易阶段，将保证金转换为付款。
• 实现使用 Solidity 编写智能合约，使用 JavaScript 和 Web3.js 实现客户端交互，并在 Ganache（本地）和 Rinkeby（以太坊测试网）上进行测试。

实验结果

研究问题

• RQ1 在无须依赖可信拍卖人的去中心化云虚拟机分配系统中，如何保证拍卖公平性？
• RQ2 哪些机制可确保云用户和服务提供方在拍卖结果公布后不会偏离协议？
• RQ3 如何在不依赖中心化仲裁机构的情况下实现交易公平性，同时仍保护诚实参与方免受经济损失？
• RQ4 在以太坊等公共区块链上部署此类系统会带来多大的性能开销？

主要发现

• 在以太坊测试网络（Rinkeby）上，拍卖阶段的平均耗时为 15,000 毫秒，标准差约为 300 毫秒，表明性能稳定且可预测。
• 在 Rinkeby 上，承诺阶段和开启阶段的平均耗时约为 15,000 毫秒，与区块时间一致，意味着这些阶段可在单个区块内完成。
• 用户数量对拍卖时间的影响大于虚拟机类型数量，拍卖时间随用户数量线性增长。
• 在本地 Ganache 网络上，承诺阶段耗时 36 毫秒，开启阶段耗时 69 毫秒，表明在受控环境中延迟极低。
• 该系统成功支持有仲裁和无仲裁两种交易模式，后者依赖可验证的状态转换和智能合约强制执行。
• 实验结果证实了该框架的可行性，所有阶段在模拟和真实区块链网络上均在可接受的时间限制内完成。