众包网络中基于区块链的信任管理方法研究与应用

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近年,便携移动设备产生的数据量激增。换言之,智能设备每天都会产生大量待处理的数据。异常数据检测是保证数据可用性和可靠性的重要步骤。但是,社会计算,社会计算安全和其他领域对大数据处理的效率有更高的需求,在处理数据规模庞大的数据异常检测问题时,单节点算力不足以满足用户需求的及时性。众包计算可以通过使用大规模智能网络解决单节点难以解决的复杂问题,但众包网络的开放性会不可避免地引入恶意节点参与众包任务,导致众包计算任务可靠性降低。部分研究将区块链作为分布式信任管理的解决方案,但因区块链的性质,这些信任管理方案存在效率较低的问题。因此,如何在众包计算网络中使用区块链进行高效的信任管理成为了一个关键问题。针对以上问题,本文的研究内容如下:(1)针对当前基于区块链的信任管理中,有效信息更新慢,区块链中集权现象严重的问题,提出了一种可切换共识机制的高效信任管理框架(Decentralized Trust Management,DTM)。DTM在共识层进行了改进,提出了一种可切换的共识机制,以提高基于区块链的信任管理效率。该共识层包含三种新颖的共识算法。DTM在网络中节点数量较多时,会切换到工作捕获量证明机制,以此提高有不诚实计算行为的工作节点的信任值的更新效率。当网络中节点数量较少时,DTM将切换到监控量证明机制。该共识算法可以及时更新有不诚实计算行为的工作节点信任值,并降低部分区块链网络的集权程度。当网络中的工作节点信任值不再发生变化,DTM会切换到公平轮询机制。该共识算法可以降低网络中矿工节点发布区块的最大等待时间,增加区块链的去中心化程度。在信任评估方面,DTM基于蒙特卡洛算法的思想,对黄金标准集方法进行改进,从而避免部分信任攻击。在DTM框架中,每次众包计算任务后都会对每个参与的工作节点产生信任值偏移量,该信任偏移量数据被存储在信任区块链中,以此实现去中心化的信任管理。仿真实验结果表明,DTM可以提高区块链中信任值信息的更新速率,并降低区块链集权度。因此DTM是一种高效的信任管理框架。(2)针对现有基于区块链的可信节点选择方法没有考虑众包请求者成本的问题,提出了一种基于高效信任管理框架的可信节点选择方法(Trusted Working Node Selection,TWNS)。TWNS使用简单加权的方法预测带有信任值属性的工作节点选择方案对众包计算任务结果可靠性的影响。通过时间与流量相关成本消耗等参数计算每个工作节点的选择成本。之后,对带有信任值与成本两个属性的众包工作节点选择问题进行建模,并使用分支限界法对该问题模型进行求解。同时,设置剪枝函数以降低算法的计算开销。最终实现基于区块链的低成本可信工作节点选择。仿真实验结果表明,TWNS算法基于DTM框架对可信节点进行选择,相比不考虑众包请求者成本的节点选择算法,TWNS减少了64.6%的成本,并且满足众包任务的可靠性需求,体现了可信与成本的权衡。(3)将基于区块链的高效信任管理框架及可信节点选择方法应用于异常数据检测系统中。该系统划分大规模异常数据检测任务并选择可信节点完成子任务,以此保证检测任务结果的可靠性。同时,将信任值数据存储在区块链平台中,通过部署可切换的共识机制实现基于区块链的高效的信任管理。
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