[发明专利]一种基于区块链的可验证计算能耗优化方法

说明书

本发明公开一种基于区块链的可验证计算能耗优化方法，包括：建立基于区块链的可验证计算系统模型，由主节点和副本节点分别完成任务的计算和验证，并依据区块链共识对计算结果在节点间达成一致性。通过详细分析服务器各节点在共识过程中的计算资源和消耗，从而给出基于能耗考虑的系统整体优化方法。仿真结果表明，本发明的技术方法基于分布式共识在节点间进行计算验证，在能耗约束下通过节点上的计算资源优化提高计算任务的吞吐量。

技术领域

本发明属于可验证计算中计算资源分配相关领域，尤其涉及一种基于区块链的可验证计算能耗优化方法，进一步涉及一种结合区块链PBFT共识协议及智能合约的可验证计算能耗优化方法。

背景技术

随着计算机技术的深度开发以及互联网行业的蓬勃发展，用户需要计算处理的数据日趋庞大。但单一的用户因计算能力、设备成本等限制不能够完成巨大的计算任务。针对这一问题，提出了外包计算技术。

外包计算技术使得用户可以将计算任务通过互联网委托给一个或多个服务器完成。然而，外包计算的动态性、随机性、复杂性和开放性等特点给外包计算服务的可靠性带来了严峻的挑战。为了验证外包计算结果的正确性，目前已提出了许多可验证计算方案。在这些可验证计算方案中,用户可能会需要依据服务器提供的可靠证据对计算结果进行验证，通常过程很复杂且通信复杂度较高；其次，某些方案需要用户多次参与或重新进行部分计算的验证，这给计算能力低的用户造成很大的负担，未完全达到外包计算的目的；此外,一些方案要求服务器要么是诚实,要么是恶意的行为的假设并不符合实际外包计算情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种在拥有多个服务器节点的外包计算系统环境中基于区块链的可验证计算能耗优化方法。该方法首先对外包计算的共识验证过程进行具体分析，然后结合能耗公式给出交易吞吐量的优化策略，最终实现在消耗较低计算资源的情况下有效完成用户外包的正确计算处理。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于区块链的可验证计算能耗优化方法包括以下步骤：

步骤1、建立基于区块链的可验证计算系统模型

在该模型中，计算能力较弱的用户将其数据或计算任务以交易的形式提交到区块链系统，由智能合约驱动完成上述计算过程并将最终正确的计算结果发送给请求客户，用户不需再对接受到的结果进行验证。

步骤2、共识过程与性能分析，包括以下步骤：

步骤2.1、Request→Pre-Prepare

步骤2.2、Pre-Prepare→prepare

步骤2.3、prepare→Commit

步骤2.4、Commit→Reply

步骤2.5、Reply→被添加到链中

步骤3、考虑能耗的节点资源优化

考虑到能量的损耗，所提模型的优化目标是通过使用CPU的最小能量成本以及尽可能减少区块上链的延迟来最大化区块链的吞吐量K/T(每T时间生成一个包含K个交易的区块)。结合能耗公式，设定优化目标函数。

步骤4、优化问题求解

采用内点法对目标函数进行求解。