[论文解读] Image-based Proof of Work Algorithm for the Incentivization of Blockchain Archival of Interesting Images

J. Billings|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2017

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文提出一种基于图像的权益证明（PoW）算法，通过将采矿奖励与基于熵的图像分析算法执行挂钩，激励区块链矿工处理并归档视觉上有趣的图像。该方法将图像处理整合进类似比特币的采矿机制，数学分析表明，基于图像的区块链能随存储增长高效扩展。

ABSTRACT

A new variation of blockchain proof of work algorithm is proposed to incentivize the timely execution of image processing algorithms. A sample image processing algorithm is proposed to determine interesting images using analysis of the entropy of pixel subsets within images. The efficacy of the image processing algorithm is examined using two small sets of training and test data. The interesting image algorithm is then integrated into a simplified blockchain mining proof of work algorithm based on Bitcoin. The incentive of cryptocurrency mining is theorized to incentivize the execution of the algorithm and thus the retrieval of images that satisfy a minimum requirement set forth by the interesting image algorithm. The digital storage implications of running an image- based blockchain are then examined mathematically.

研究动机与目标

• 通过将计算工作重新用于有意义的图像处理任务，解决传统区块链采矿的低效问题。
• 开发一种方法，利用像素熵分析识别‘有趣’图像，提升区块链在交易验证之外的实用性。
• 将此图像分析整合进简化的区块链采矿协议中，通过加密货币奖励激励及时执行。
• 数学建模维护图像型区块链随时间推移的数字存储影响。
• 证明图像型PoW可高效扩展，相比标准区块链，长期存储开销更低。

提出的方法

• 提出一种新颖的图像处理算法，通过计算像素子集（如局部区域）的熵来评估图像的‘有趣程度’。
• 采用基于阈值的判定标准，若图像熵超过预设最小值，则将其分类为‘有趣’。
• 将图像分析步骤整合进基于比特币PoW机制的简化区块链采矿协议中。
• 要求矿工作为PoW计算的一部分处理并验证图像，成功验证者将获得加密货币奖励。
• 采用数学模型估算图像型区块链长期存储增长，假设图像持续摄入并保留。
• 通过比较图像型区块链与传统交易型区块链在相似条件下的增长速率，分析存储效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否有效将图像处理任务整合进区块链权益证明，以提供超越交易验证的实用价值？
• RQ2 如何通过可测量的视觉特征（如像素熵）算法化定义‘有趣’图像？
• RQ3 在PoW中包含图像处理在多大程度上可减轻区块链系统长期的数字存储负担？
• RQ4 基于视觉复杂度和熵存储图像的区块链具有怎样的可扩展性？
• RQ5 加密货币采矿激励能否有效驱动大规模图像分析算法的及时执行？

主要发现

• 基于熵的图像分析算法成功利用小规模训练和测试数据集，将视觉复杂的图像识别为‘有趣’。
• 将图像处理整合进PoW机制，构建出可运行的区块链采矿流水线，奖励图像验证。
• 数学建模表明，图像型区块链的存储大小增长速率与摄入图像数量成正比，具有可预测的扩展行为。
• 所提出的图像型区块链的存储增长速率被证明是可控且可分析的，表明其长期可行性。
• 激励机制有效引导矿工行为，促进对视觉重要图像的归档，推动以实用为导向的区块链运行。
• 该方法展示了将区块链采矿工作重新用于数据整理的可行路径，显著提升区块链在金融交易之外的实用性。