[논문 리뷰] When Mobile Blockchain Meets Edge Computing: Challenges and Applications.

Zehui Xiong, Yang Zhang외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 16.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 13인용 수 25

한 줄 요약

이 논문은 자원이 제한된 모바일 디바이스에서 에너지 집약적인 작업증명(Proof-of-Work) 계산을 외부로 이관하기 위해 엣지 컴퓨팅을 통합한 모바일 블록체인 시스템을 제안한다. 자원이 제한된 모바일 기기에서의 작업증명 계산을 경제적이고 효율적으로 처리할 수 있도록 엣지 노드를 활용함으로써, 블록체인 보안과 탈중앙화를 유지하면서도 모바일 기기의 에너지 소비와 CPU 사용량을 줄일 수 있다. 이는 실증 프로토타입을 통해 검증되었으며 성능 향상이 측정 가능하다.

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.

연구 동기 및 목표

• 모바일 기기에서 블록체인 작업증명의 높은 계산 및 에너지 비용을 해결하기 위해.
• 모바일 엣지 컴퓨팅을 활용하여 블록체인 거래 처리를 가속화할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 엣지 보조 블록체인 시스템을 위한 경제적 자원 관리 모델을 설계하기 위해.
• 실제 작동 프로토타입을 통해 제안된 아키텍처의 실용적 타당성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 모바일 블록체인과 엣지 컴퓨팅을 통합한 새로운 아키텍처를 도입하여 작업증명 계산을 위탁한다.
• 비용과 성능의 균형을 맞추기 위해 모바일 사용자를 대상으로 엣지 컴퓨팅 자원을 관리하는 경제 모델을 적용한다.
• 모바일 기기의 로컬 계산 부담을 줄이기 위해 엣지 노드가 작업증명 퍼즐을 대신 해결한다.
• 실세계 조건에서 성능과 확장성을 평가하기 위해 프로토타입 시스템을 설계하고 구현한다.
• 실험적 평가를 통해 시스템 효율성과 자원 절약 효과를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 엣지 컴퓨팅을 효과적으로 모바일 블록체인 시스템에 통합하여 기기의 자원 소비를 줄일 수 있는가?
• RQ2 블록체인 마이닝을 위한 엣지 컴퓨팅 자원의 효율적이고 공정한 할당을 보장할 수 있는 경제적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 엣지 보조 작업증명은 모바일 기기의 에너지 소비와 CPU 사용량을 어느 정도 줄일 수 있는가?
• RQ4 계산을 외주함으로써도 블록체인의 보안성과 탈중앙화를 어떻게 유지할 수 있는가?

주요 결과

• 엣지 컴퓨팅은 작업증명 작업을 이관함으로써 모바일 기기의 계산 및 에너지 부담을 크게 줄인다.
• 제안된 경제적 자원 관리 모델은 블록체인 운영을 위한 엣지 자원의 효율적 할당을 가능하게 한다.
• 프로토타입은 엣지 기반 인프라에 기반한 모바일 블록체인의 실현 가능하고 확장 가능한 구현을 보여준다.
• 실험 결과는 시스템 성능 향상과 기기의 에너지 효율성 향상이 측정 가능한 수준으로 확인됨을 확인한다.