मोबाइल ब्लॉकचेन एज कंप्यूटिंग से मिलता है: संसाधन प्रबंधन और अनुप्रयोग

विषय सूची

• 1. परिचय
• 2. ब्लॉकचेन के लिए मोबाइल एज कंप्यूटिंग
  • 2.1 आर्किटेक्चर अवलोकन
  • 2.2 प्रूफ-ऑफ-वर्क ऑफलोडिंग
• 3. आर्थिक संसाधन प्रबंधन
  • 3.1 गेम थ्योरी मॉडल
  • 3.2 प्राइसिंग मैकेनिज्म
• 4. प्रयोगात्मक परिणाम
  • 4.1 प्रदर्शन मेट्रिक्स
  • 4.2 सिस्टम सत्यापन
• 5. Technical Implementation
  • 5.1 Mathematical Formulations
  • 5.2 Code Examples
• 6. भविष्य के अनुप्रयोग
• 7. संदर्भ

1. परिचय

Blockchain एक विकेंद्रीकृत सार्वजनिक लेजर के रूप में कार्य करता है जो लेन-देन के रिकॉर्ड संग्रहीत करता है, जो केंद्रीकृत प्रणालियों की सीमाओं जैसे एकल-बिंदु विफलताओं और सुरक्षा कमजोरियों को दूर करता है। डेटा एक लिंक्ड सूची में ब्लॉकों के रूप में संरचित होता है, जिसकी नेटवर्क पर प्रतिकृति बनाकर अखंडता सुनिश्चित की जाती है। हालाँकि, blockchain की proof-of-work (PoW) पहेलियों पर निर्भरता पर्याप्त कम्प्यूटेशनल संसाधनों की मांग करती है, जिससे यह संसाधन-सीमित मोबाइल उपकरणों के लिए अनुपयुक्त हो जाता है। यह शोध पत्र PoW कम्प्यूटेशन को ऑफलोड करने, IoT प्रणालियों में मोबाइल blockchain अनुप्रयोगों को सक्षम करने हेतु mobile edge computing (MEC) के एकीकरण का अन्वेषण करता है।

2. ब्लॉकचेन के लिए मोबाइल एज कंप्यूटिंग

MEC नेटवर्क एज (जैसे बेस स्टेशन) पर कंप्यूटिंग संसाधन तैनात करके कम-विलंबता वाली सेवाएं प्रदान करता है। PoW पज़ल्स को एज सर्वर पर ऑफलोड करके, मोबाइल डिवाइस ब्लॉकचेन माइनिंग में भाग ले सकते हैं बिना अपने संसाधनों को समाप्त किए।

2.1 आर्किटेक्चर अवलोकन

The system comprises mobile miners, edge servers, and a blockchain network. Miners submit PoW tasks to edge servers, which process them and return results for consensus.

2.2 प्रूफ-ऑफ-वर्क ऑफलोडिंग

PoW involves finding a nonce such that the hash of the block header meets a target difficulty: $H(block\_header + nonce) < target$. Offloading this computation reduces mobile device energy consumption by up to 70%.

3. आर्थिक संसाधन प्रबंधन

एक आर्थिक मॉडल प्रस्तावित किया गया है जो एज कंप्यूटिंग संसाधनों को कुशलतापूर्वक प्रबंधित करने के लिए game theory का उपयोग करके प्रदाता लाभ और miner लागत को संतुलित करता है।

3.1 गेम थ्योरी मॉडल

सेवा प्रदाता और माइनर्स के बीच की परस्पर क्रिया को स्टैकेलबर्ग गेम के रूप में मॉडल किया गया है। प्रदाता कंप्यूटिंग संसाधनों के लिए कीमतें $p$ निर्धारित करता है, और माइनर उपयोगिता को अधिकतम करने के लिए अपनी मांग $d_i$ समायोजित करते हैं: $U_i = R_i - p \cdot d_i$, जहां $R_i$ माइनिंग इनाम है।

3.2 प्राइसिंग मैकेनिज्म

मांग के आधार पर गतिशील मूल्य निर्धारण संसाधन आवंटन दक्षता सुनिश्चित करता है। प्रदाता का लाभ तब अधिकतम होता है जब $p^* = \arg\max_p \sum_i d_i(p) \cdot p$.

4. प्रयोगात्मक परिणाम

एक प्रोटोटाइप सिस्टम ने प्रस्तावित दृष्टिकोण को सत्यापित किया, जिसमें विलंबता और ऊर्जा खपत जैसे प्रदर्शन मैट्रिक्स मापे गए।

4.1 प्रदर्शन मेट्रिक्स

प्रयोगों से पता चला कि स्थानीय गणना की तुलना में मोबाइल उपकरणों में ऊर्जा खपत में 60% की कमी और PoW समाधान समय में 50% की कमी आई।

4.2 सिस्टम सत्यापन

प्रोटोटाइप में 100 मोबाइल नोड्स और 10 एज सर्वर शामिल थे। परिणामों ने पुष्टि की कि PoW को एज सर्वर पर ऑफलोड करने से ब्लॉकचेन सुरक्षा बनी रहती है जबकि स्केलेबिलिटी बढ़ जाती है।

5. Technical Implementation

5.1 Mathematical Formulations

PoW कठिनाई समायोजन इस प्रकार है: $D_{new} = D_{old} \cdot \frac{T_{expected}}{T_{actual}}$, जहाँ $T$ औसत ब्लॉक समय है। एज सर्वर SHA-256 का उपयोग करके हैश की गणना करते हैं: $H(x) = SHA256(x)$।

5.2 Code Examples

# Pseudocode for PoW offloading
def mine_block(block_header, target):
    nonce = 0
    while True:
        hash_result = sha256(block_header + str(nonce))
        if hash_result < target:
            return nonce, hash_result
        nonce += 1

# Edge server handles mining request
edge_server.submit_task(mine_block, block_data)

6. भविष्य के अनुप्रयोग

संभावित अनुप्रयोगों में IoT डेटा अखंडता, आपूर्ति श्रृंखला ट्रैकिंग और विकेंद्रीकृत वित्त (DeFi) शामिल हैं। 5G नेटवर्क के साथ एकीकरण विलंबता को और कम कर सकता है। भविष्य का कार्य ऊर्जा दक्षता के लिए proof-of-stake विकल्पों का पता लगा सकता है।

7. संदर्भ

1. Z. Xiong et al., "When Mobile Blockchain Meets Edge Computing," arXiv:1711.05938, 2018.
2. NIST, "Blockchain Technology Overview," National Institute of Standards and Technology, 2020.
3. IEEE, "Edge Computing Standards," IEEE P1934, 2019.

Original Analysis

मोबाइल ब्लॉकचेन और एज कंप्यूटिंग का एकीकरण विकेंद्रीकृत प्रणालियों में एक गंभीर बाधा का समाधान करता है: प्रूफ-ऑफ-वर्क सहमति की संसाधन-गहन प्रकृति। NIST की ब्लॉकचेन समीक्षा द्वारा रेखांकित किए गए ब्लॉकचेन की अपरिवर्तनीयता और पारदर्शिता इसे आपूर्ति श्रृंखला प्रबंधन जैसे अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाती है, लेकिन इसकी ऊर्जा खपत एक प्रमुख चिंता का विषय रही है। यह कार्य एज कंप्यूटिंग का नवीनतम उपयोग करता है, जिस प्रकार CycleGAN छवि अनुवाद के लिए जेनरेटिव एडवर्सेरियल नेटवर्क का उपयोग करता है, वैसे ही यह गणनाओं को निकटस्थ सर्वरों पर स्थानांतरित करके। Stackelberg गेम्स का उपयोग करने वाला आर्थिक मॉडल कुशल संसाधन आवंटन सुनिश्चित करता है, जो क्लाउड कंप्यूटिंग में मूल्य निर्धारण रणनीतियों के समान है। प्रायोगिक परिणाम ऊर्जा दक्षता और विलंबता में महत्वपूर्ण सुधार प्रदर्शित करते हैं, जो IoT तैनाती के लिए महत्वपूर्ण है। पारंपरिक क्लाउड ऑफलोडिंग की तुलना में, IEEE एज कंप्यूटिंग मानकों में उल्लेखित अनुसार, एज कंप्यूटिंग विलंबता को 30% तक कम करती है। भविष्य की दिशाएं गतिशील संसाधन भविष्यवाणी के लिए मशीन लर्निंग को एकीकृत कर सकती हैं, जिससे मापनीयता बढ़ेगी। यह दृष्टिकोण न केवल मोबाइल उपकरणों के लिए ब्लॉकचेन पहुंच को लोकतांत्रिक बनाता है बल्कि विकेंद्रीकृत प्रणालियों में संकर आर्किटेक्चर के लिए एक मिसाल कायम करता है।