基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享如何驅(qū)動(dòng)AI網(wǎng)絡(luò)

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的最新發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化提供了動(dòng)力。最近，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（MNO）正在使用以人工智能為基礎(chǔ)的模塊，通過在其租用/自有區(qū)域內(nèi)授權(quán)的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分發(fā)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化。

5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)逐漸打亂傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)范式，需要超級(jí)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)來協(xié)調(diào)和組織各類網(wǎng)絡(luò)基站，例如宏基站、微基站、家庭基站（Femto）、皮基站（pico）以及管理大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）、毫米波或設(shè)備到設(shè)備（D2D）通信。

但是，問題在于幾個(gè)MNO的數(shù)據(jù)訪問受限?；趨^(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享可以改變這種情況，增強(qiáng)人工智能驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能。

1. 什么是AI驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)？

人工智能對(duì)于我們來說并不新鮮，但人工智能算法的早期版本僅限于某些特定的應(yīng)用，而這些應(yīng)用僅限于系統(tǒng)的限制性計(jì)算能力。

然后，隨著人工智能越來越適用，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商開始探索由AI驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以更好的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組織和分配。

其基本思想如下：首先使用聚類方法來獲得網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)分區(qū)，然后使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算算法來獲得最優(yōu)的流量路由。并且，隨著數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能的發(fā)展，算法現(xiàn)在可以通過訪問大量數(shù)據(jù)來進(jìn)行學(xué)習(xí)。

隨著人工智能和計(jì)算能力的進(jìn)一步發(fā)展，MNO現(xiàn)在可以使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）從大量原始數(shù)據(jù)創(chuàng)建組織模型。

2. 什么是基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享？

隨著智能合約的出現(xiàn)，基于區(qū)塊鏈的技術(shù)對(duì)許多企業(yè)變得十分有吸引力。早期區(qū)塊鏈的基本問題是驗(yàn)證，許多專家認(rèn)為基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享中的數(shù)據(jù)民主化正在威脅著數(shù)據(jù)安全。

智能合約消除了參與者對(duì)驗(yàn)證問題和數(shù)據(jù)所有權(quán)的懷疑。智能合約首先被編譯成機(jī)器代碼并作為交易上傳至區(qū)塊鏈，某位礦工打包交易，然后其他礦工通過對(duì)第一區(qū)塊進(jìn)行投票來進(jìn)行驗(yàn)證，周而復(fù)始，再通過另一個(gè)客戶端添加數(shù)據(jù)后，在第二區(qū)塊進(jìn)行交易驗(yàn)證。

此外，第三個(gè)客戶端可以通過區(qū)塊鏈塊讀取經(jīng)過驗(yàn)證的數(shù)據(jù)。因此，智能合約更加民主化，并且可以通過驗(yàn)證系統(tǒng)來驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

企業(yè)通常更喜歡受許可的智能合約，而不是公共的智能合約，因?yàn)楹笳卟蝗缡茉S可的智能合約安全。

3. AI 驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)中基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享

· 基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享利用了AI驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的智能合約。該系統(tǒng)分為三層。

· 用戶層——系統(tǒng)中的參與者（MNO）

· 系統(tǒng)管理層——包含以下組件：

MSP （成員服務(wù)）

共識(shí)節(jié)點(diǎn)（Consensus Nodes）

驗(yàn)證器（Verifier）

網(wǎng)守（Gatekeeper）

數(shù)據(jù)鏈（DataChain）

行為鏈（BehaviorChain）

· 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層——基于云的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

4. 系統(tǒng)層的重要部分

1、MSP（成員服務(wù)）

成員服務(wù)的功能是負(fù)責(zé)頒發(fā)成員資格證書、進(jìn)行系統(tǒng)參與者授權(quán)和注冊(cè)。

它持有像主密鑰一樣的根證書，并向注冊(cè)成員頒發(fā)第二個(gè)密鑰（Cu）證書。每當(dāng)有新成員加入系統(tǒng)時(shí)，都會(huì)提供一個(gè)“Cu”密鑰作為新證書。私鑰用于每個(gè)成員的身份注冊(cè)和驗(yàn)證。

在我們的案例中，成員是不同的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（MNO）。每個(gè)MNO的標(biāo)識(shí)都需要MSP層提供的特定證書。

2、驗(yàn)證器（Verifier）：

驗(yàn)證器對(duì)任何調(diào)用API的用戶都使用通過MSP發(fā)行的“Cu”證書。應(yīng)用程序接口充當(dāng)系統(tǒng)與用戶之間進(jìn)行交互的媒介。特定的GUI將他們的應(yīng)用創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)。

3、共識(shí)節(jié)點(diǎn)（Consensus Nodes）：

共識(shí)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)AI算法，這里我們基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)集成了AI算法。

通過共識(shí)算法來保證分類帳本的一致性。共識(shí)算法涉及到對(duì)交易背書，其中交易涉及到將原始數(shù)據(jù)編譯為區(qū)塊鏈的字節(jié)碼。

此外，還需確定交易上傳到區(qū)塊鏈的順序。在交易背書過程中，如果兩個(gè)區(qū)塊鏈結(jié)點(diǎn)都想把事務(wù)上傳到區(qū)塊鏈中，則需要使用智能合約來確定由誰來對(duì)交易進(jìn)行確認(rèn)。

“超級(jí)賬本（Hyperledger Fabric）”使用的方法是對(duì)系統(tǒng)中的交易進(jìn)行排序。在此，交易代表模式和數(shù)據(jù)使用行為。

4、網(wǎng)守（Gatekeeper）：

網(wǎng)守是數(shù)據(jù)層與系統(tǒng)之間連接的橋梁，通過智能合約來控制對(duì)數(shù)據(jù)層的訪問，有助于維持正確的數(shù)據(jù)流以及系統(tǒng)對(duì)原始數(shù)據(jù)的正確訪問。

區(qū)塊鏈（BlockChains）： 共享其網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)和數(shù)據(jù)訪問權(quán)限，以減少支出和運(yùn)營的復(fù)雜性。

但是，真實(shí)環(huán)境中還存在多個(gè)MNO的競(jìng)爭(zhēng)和信任問題，可以通過證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)減少這些問題。為了在共享數(shù)據(jù)之上對(duì)更高的證書進(jìn)行授權(quán)，我們可以將數(shù)據(jù)鏈（DataChain）和行為鏈（BehaviorChain）用于類似于超級(jí)賬本結(jié)構(gòu)的聯(lián)盟鏈。

“超級(jí)賬本”實(shí)際上是具有模塊化體系結(jié)構(gòu)的開源分類帳本，可以在系統(tǒng)中迅速使用共識(shí)節(jié)點(diǎn)和MSP這樣的組件。

數(shù)據(jù)鏈提供了對(duì)數(shù)據(jù)訪問的控制權(quán)，而行為鏈用于記錄每個(gè)數(shù)據(jù)。因此，結(jié)合起來，這兩個(gè)區(qū)塊鏈提供了對(duì)數(shù)據(jù)的授權(quán)、對(duì)數(shù)據(jù)的控制以及對(duì)大量數(shù)據(jù)的審計(jì)。

5. 數(shù)據(jù)權(quán)限

在任何允許訪問原始數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)權(quán)限都是要首要考慮的問題。按照其風(fēng)險(xiǎn)因素和其他安全參數(shù)，數(shù)據(jù)權(quán)限可以被分為四個(gè)不同的層次。

· 數(shù)據(jù)僅對(duì)用戶可見（L0）

· 在不暴露原始數(shù)據(jù)的情況下以集體方式使用數(shù)據(jù)（L1）

· 原始數(shù)據(jù)可供定義和授權(quán)方訪問（L2）

· 數(shù)據(jù)是公開的（L3）

注意：用戶可以設(shè)置自己的數(shù)據(jù)權(quán)限級(jí)別從而獲得完整的權(quán)限控制

6. 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

為了通過快速的用戶查詢和數(shù)據(jù)訪問來加速數(shù)據(jù)共享的過程，系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)了一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。讓我們先看看交易在數(shù)據(jù)鏈中是如何發(fā)生的。

數(shù)據(jù)鏈中的交易主要包括以下組件：

· 數(shù)據(jù)擁有者

· 在區(qū)塊中發(fā)生交易的時(shí)間戳

· 數(shù)據(jù)權(quán)限級(jí)別

· 級(jí)別L2編碼為hash表

· 數(shù)據(jù)hash散列——保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性

· 數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)的鏈接指針

行為鏈中的交易主要包含以下組件：

· 請(qǐng)求訪問數(shù)據(jù)的用戶

· 記錄數(shù)據(jù)訪問時(shí)間的時(shí)間戳。

· 數(shù)據(jù)地址

· 訪問日志摘要

7. 系統(tǒng)如何實(shí)施？

1. 成員管理

成員資格管理是通過相互標(biāo)識(shí)和注冊(cè)來完成，從而避免惡意活動(dòng)，保障安全的數(shù)據(jù)訪問?？梢酝ㄟ^以下步驟完成：

1） 將帶有身份信息的密鑰對(duì)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中。

2） 用戶通過驗(yàn)證后，會(huì)向新用戶頒發(fā)數(shù)字證書以進(jìn)行身份識(shí)別。

2. 數(shù)據(jù)收集

數(shù)據(jù)有兩種基本類型，一種與用戶隱私有關(guān)，另一種與用戶隱私無關(guān)。

合約通過驗(yàn)證器來驗(yàn)證數(shù)據(jù)提供者的身份。

然后，合約標(biāo)識(shí)與用戶隱私相關(guān)的原始數(shù)據(jù)，如用戶ID和其他數(shù)據(jù)。一旦被識(shí)別，它將利用非對(duì)稱密鑰加密。

合約將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)守，后者將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云中，并返回?cái)?shù)據(jù)地址，合約根據(jù)數(shù)據(jù)地址發(fā)起數(shù)據(jù)交易請(qǐng)求，如下圖所示：

這是用于數(shù)據(jù)生成合約的偽代碼。

數(shù)據(jù)生成合約：

https://link.springer.com/article/10.1007/s41650-018-0024-3

3. 數(shù)據(jù)權(quán)限級(jí)別

正如我們已經(jīng)討論過的，用戶可以定義不同的數(shù)據(jù)權(quán)限級(jí)別，供其他人訪問用戶擁有的數(shù)據(jù)。用戶可以使用以下代碼分配數(shù)據(jù)權(quán)限：

4.數(shù)據(jù)共享

如果需要在不暴露原始數(shù)據(jù)的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，則需要組成一個(gè)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由其他驗(yàn)證器和作為潛在參與者的政府一起組成，并一起應(yīng)用該算法，從而避免惡意訪問數(shù)據(jù)。

但是，如果需要訪問原始數(shù)據(jù)，則需要通過以下方式進(jìn)行數(shù)據(jù)共享：

· 數(shù)據(jù)請(qǐng)求與數(shù)字證書和數(shù)字簽名一起出現(xiàn)。

· 合約通過驗(yàn)證器驗(yàn)證數(shù)據(jù)請(qǐng)求的合法性。

5.數(shù)據(jù)審核

每個(gè)數(shù)據(jù)提供者（MNO）都會(huì)接收常規(guī)數(shù)據(jù)報(bào)告。通過系統(tǒng)中的身份認(rèn)證可以識(shí)別任何惡意活動(dòng)或數(shù)據(jù)濫用情況。

用戶對(duì)數(shù)據(jù)有完全控制權(quán)，那么是否可以在任何惡意活動(dòng)中撤回?cái)?shù)據(jù)？

8. 結(jié)論

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的到來，一個(gè)有組織的、最優(yōu)的AI驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可以幫助MNO甚至各企業(yè)完成所需的數(shù)據(jù)需求和數(shù)據(jù)強(qiáng)度。

更重要的是，通過區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)MNO之間的數(shù)據(jù)民主化，必將推動(dòng)AI驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展！