ブロックチェーンと統合されたエッジコンピューティング: モノのインターネットの次のトレンド?

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エッジコンピューティングとは、分散コンピューティング技術の一種で、IoTデバイスの端末に近い場所でデータを処理する手法です。

モノのインターネットにおけるエッジコンピューティングとブロックチェーンの組み合わせは避けられないトレンドですが、セキュリティ、コンピューティングリソースの不均等な分散、監視など、多くの問題を解決する必要があります。

 エッジコンピューティングとブロックチェーンは現在、モノのインターネットの分野で注目されているキーワードです。しかし、活況を呈している業界に比べ、政府は常に比較的慎重な姿勢を維持してきた。現時点では、中央政府は公式には主要な関連戦略を発表していない。エッジコンピューティングとブロックチェーンはどちらも分散化の傾向があります。インテリジェント製造の重要な分野として、モノのインターネットがどのように対応するかは、政策評価と戦略開発のベンチマーク問題です。

従来のIoTは廃止される

近年、汎用コンピュータ機器の急速な発展に伴い、安価なセンサーや制御装置の爆発的な成長に牽引され、さまざまな種類の自動化されたインテリジェントデバイスが人々の視野に入り始めています。国際市場調査会社ガートナーによると、2017 年の世界の IoT デバイスの数は約 84 億に達し、2016 年の 64 億から 31% 増加しました。デバイスの大幅な増加により、従来の IoT の開発が制限されています。

従来の IoT システムは、集中型のサーバー/クライアント アーキテクチャに基づいています。つまり、すべての IoT デバイスはクラウドを通じて認証され、接続され、インテリジェントに制御されます。

集中型 IoT アーキテクチャには 3 つの問題があります。

1つはクラウドコンピューティングのコストです。たとえば、家庭用アプリケーションのシナリオでは、2 台の家電製品が 1 メートル以内にあり、クラウドを介して通信する必要があります。データは単一のコントロール センターに集約されます。企業が販売する IoT デバイスが増えるほど、中央のクラウド コンピューティング サービスの支出コストは増大します。端末IoTデバイスの競争が激化し、利益が減少するにつれて、中央コンピューティングコストの矛盾はますます顕著になります。

同時に、集中型のデータ収集およびサービス方法では、データが合法的に使用されることをユーザーに対して根本的に保証することはできません。ユーザーデータの保護は企業の一方的な取り組みに全面的に依存しており、効果的な監督を行うことが困難です。

3 つ目は、集中型の IoT エコシステムでは、1 つのデバイスが侵害されると、すべてのデバイスが影響を受けるということです。例えば、2017年にMIT Technology Reviewが指摘したように、ゾンビIoTはカメラやモニターなどのIoTデバイスに感染して制御することで、大規模なネットワーク麻痺を引き起こす可能性があります。

エッジコンピューティングはモノのインターネットに何をもたらすのでしょうか?

エッジコンピューティングとは、分散コンピューティング技術の一種で、IoTデバイスの端末に近い場所でデータを処理する手法です。簡単に言えば、ほとんどの場合、デバイスをクラウド プラットフォームに接続する必要はなく、ローカル データ計算を通じて IoT デバイスのインテリジェント制御を実現できることがわかります。

エッジ コンピューティングは、データ処理をクラウド センターからネットワークのエッジに転送します。コンピューティングとデータストレージは、IoT 端末、センサー、ユーザーに近いインターネットのエッジに分散できます。これにより、クラウド帯域幅やコンピューティングなどへの負荷を軽減できるだけでなく、認識主導型ネットワーク サービス アーキテクチャを最適化することもできます。例えば、家庭内のエアコン、給湯器、冷蔵庫、防犯カメラなどは、エッジコンピューティングを介して連携・操作することができ、クラウドサーバーに接続できない場合でも、最適な省エネとサービス状態を確保することができます。

サードパーティのデータ分析機関であるIDCは、2020年までに、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、個人用交通機関などを中心に、世界中で約500億台のスマートデバイスがインターネットに接続され、データの40％にエッジコンピューティングサービスが必要になると予測しています。これは、エッジ コンピューティングが大きな市場の可能性を秘めており、現在のサービス プロバイダー間の競争のホットスポットでもあることを示しています。

しかし、エッジ コンピューティングと IoT の組み合わせには、コンピューティング能力の普遍性、支払いモデル、データ セキュリティという 3 つの問題があります。エッジ コンピューティングは現在、クラウド コンピューティングの補足としてのみ機能します。パーソナルエッジコンピューティングを例にとると、最初の問題はモバイルシーンの切り替え問題です。人が自宅にいるときは、主にコンピューティング サーバーのカバー範囲内にいます。しかし、ランニングや買い物などに出かける場合は、異なるエッジ コンピューティング サーバーをインタラクティブに切り替える必要があります。どうすれば最良の結果を達成できるでしょうか?

エッジデバイスのコンピューティング能力の汎用性も難点です。たとえば、洗濯機の余剰計算能力を活用して冷蔵庫のデータを計算するにはどうすればよいでしょうか?

3つ目は支払いモデルの問題です。エッジ コンピューティングは、元の集中型クラウド支払いをネットワーク エッジに分散し、複数のメーカーの機器の共同参加を伴います。ではどうやって充電するのでしょうか?同時に、元の集中型クラウド サービス モデルでは支払いが必要なサービスの場合、エッジ コンピューティング シナリオでは複数の代替ソリューションが存在する可能性があります。価格設定はどうすればよいですか?

最後に、セキュリティの問題があります。エッジ コンピューティングの分散型マルチ端末共同データ サービス モデルは、新たなセキュリティ問題をもたらします。元のクラウド コンピューティングの集中防御メカニズムは、新しいエッジ コンピューティング アプリケーションに適応できますか?アプリケーションシナリオの観点から見ると、エッジコンピューティングは現在クラウドコンピューティングの重要な補足となっていますが、その将来の方向性はまだ不明です。

ブロックチェーンとモノのインターネットを組み合わせることの本当の課題

ブロックチェーン技術とモノのインターネットの組み合わせは、サービスホスティング、コンピューティングパフォーマンス、応答時間、大容量ストレージの面で課題に直面します。

1 つ目は、データ量とシステム パフォーマンスの問題です。原則として、ブロックチェーンのスマート コントラクトでは、全員が完全な台帳を持っている必要があり、場合によってはすべての記録を遡って追跡する必要があります。したがって、ユーザー規模が大きくなるほど、システムパフォーマンスに対する要件が高くなり、システム全体のパフォーマンスを最適化することが難しくなります。

2 つ目は、計算能力と応答時間の問題です。分散ピアツーピア コンピューティングの遅延の問題は、現在認識されている問題です。さらに、ブロックチェーン デバイスにピアツーピアで大量のデータを保存するという課題もあります。理論上、分散型台帳はノード自体に保存される必要があり、これは既存の IoT 端末では基本的に実現不可能です。

ブロックチェーンとモノのインターネットの組み合わせでは、サービスプロバイダーの信頼性、認証のセキュリティ、法的監督の欠如という 3 つの大きなリスクに対処する必要があります。

一方、中央集権型の組織が提供する技術サービスの信頼性は、組織自体の評判を超えることはありません。ブロックチェーン サービス プロバイダーは、人を基本単位とする中央集権型組織の法則から逃れることはできません。現在、大手IT企業がブロックチェーン関連のフレームワークやアプリケーションの開発に競い合っていますが、ブロックチェーン技術はまだ初期段階にあります。 IBMなど大手国際企業が提供するブロックチェーンIoT関連の応用事例も、まだ探索段階にあります。企業や個人がブロックチェーン サービスを選択する場合、サービス プロバイダー自体の信頼性が依然として最も重要な要素です。

もう 1 つの側面は、認証セキュリティの問題です。現在のブロックチェーンは、公開鍵と秘密鍵の暗号化システムに基づいており、誰もが独自の秘密鍵を持っていることを保証します。分散化された状態では、秘密鍵が失われると、ユーザーは「自分」が「自分」であることを証明することができず、生じた損失は回復不能なものになります。集中型システムでは、銀行カードを紛失した場合、口座で管理されている資金やデータが完全に失われることなく、銀行支店で紛失の処理を行うことができます。さらに、ブロックチェーンではユーザーが透明であるため、ユーザーに潜在的なプライバシーとセキュリティ上のリスクをもたらす可能性があります。

もう一つの重要なリスクは、法的監督の欠如です。ブロックチェーンはまだ法律や規制ルールのないまったく新しい分野です。これにより、IoT メーカーとブロックチェーン サービス プロバイダーには前例のない自由がもたらされましたが、ユーザーにはさらなる不確実性ももたらされました。

ブロックチェーンの核となる利点である「分散化」は、過去10年間にわたって継続的に強調されてきました。しかし、ブロックチェーン技術が今日まで発展するにつれ、依然として三難関が存在することがわかりました。既存の計算能力によって制限される分散型ブロックチェーン システムでは、セキュリティ、低コスト、使いやすさの 3 つのうち 2 つしか考慮できません。

上記の問題を解決するには、サービスプロバイダー（仲介者）に管理を委託するか、ブロックチェーンサービスプロバイダーのプラットフォームを直接利用することが比較的実現可能な方法です。したがって、ブロックチェーンに参加する個人の計算能力が不平等な場合、ブロックチェーンの「分散化」は「仲介排除」の問題に変わります。国家レベルでは、政策はブロックチェーン プラットフォームに重点を置くのでしょうか、それともブロックチェーン自体に重点を置くのでしょうか?これにはまだ観察する時間が必要です。

エッジコンピューティングとブロックチェーンの融合はIoTの次のステップ

IoT 端末デバイスの限られた計算能力と利用可能なエネルギー消費は、ブロックチェーンの適用を制限する重要なボトルネックですが、エッジ コンピューティングはこの問題を解決できます。モバイル エッジ コンピューティングを例にとると、モバイル エッジ コンピューティング サーバーは、端末デバイスに代わって、Proof-Of-Work、暗号化、可能な合意の達成などのコンピューティング タスクを完了できます。

エッジコンピューティングとブロックチェーンを統合すると、IoT デバイスの全体的なパフォーマンスが向上します。 IoTデバイス群を例にとると、一方では、モバイルエッジコンピューティングはIoTデバイスの「ローカルブレイン」として機能し、同じシーン内の異なるIoTデバイスから送り返されたデータを保存および処理し、さまざまなデバイスの動作状態とパスを最適化および修正して、シーン全体の最適なアプリケーションを実現します。

一方、IoT端末デバイスは、エッジコンピューティングサーバーにデータを「保存」し、ブロックチェーン技術の助けを借りてデータの信頼性とセキュリティを確保することができます。また、IoTデバイス向けサービスへの課金など、将来的にはさまざまな開発手法の可能性も提供します。

したがって、モノのインターネットにおけるエッジコンピューティングとブロックチェーンの組み合わせは、避けられないトレンドです。

エッジコンピューティングとブロックチェーンを統合するには、セキュリティやコンピューティングリソースの不均等な分散などの問題を解決する必要があります。エッジコンピューティングのアプリケーションシナリオでは、エッジコンピューティングサーバーの実際のコンピューティング能力の制限により、プライベート IoT システムでは、「ホワイトリスト システム」を採用することがより現実的で実現可能な方法です。つまり、「マイニング」コンセンサスメカニズムのプロセスは排除されますが、デバイスが IoT 端末のホワイトリストデバイスを装ってモバイルエッジコンピューティングサーバーと対話すると、セキュリティ上の問題が簡単に発生する可能性があります。

さらに、モバイル IoT デバイス自体の PoW 機能は弱いか、マイニング機能がまったくないため、モバイル エッジ コンピューティング サーバーを介して実行する必要があります。では、複数の IoT 端末が統合エッジコンピューティング サーバーに計算を委託する場合、リソースはどのように割り当てられるのでしょうか?どのようなコンセンサスメカニズムが最良の結果を達成できるでしょうか?現時点では関連する研究はほとんどありません。

スマート製造業の分散化を慎重に監督する

まず、アルゴリズムと物理的な機器の権利と責任のシステムをどのように定義するのでしょうか?以前の権利と責任のシステムは実際のオブジェクトに基づいていました。しかし、現在の開発動向によれば、物理デバイスは徐々にアルゴリズム実行ユニットへと進化し、意思決定システムは端末自体から分離し始めています。例えば、Uber の自動運転システムを搭載したボルボ車が歩行者をはねて死亡させた場合、その責任は自動運転制御アルゴリズムの提供者にあるのでしょうか、それともボルボ車のセンサーにあるのでしょうか?現在、ソフトウェア サービスとハードウェアの供給が分離する傾向が明確に見られます。しかし、それに対応する監督や権利・責任基準は明確ではなく、関連する利子補償の仕組みも不明確です。これは、インテリジェント製造のアップグレードと発展に直接影響します。

第二に、スマート製造標準を設定するためのアプローチは変更されるべきでしょうか?技術の急速な発展により、多くの標準が策定される時点で既存の技術の発展に遅れをとる結果になっています。特にブロックチェーンベースのスマートコントラクトシステムの普及が進み、世界中の政府が同様の問題に直面しています。今後のインテリジェント製造業の発展において、標準設定権を市場に戻し、技術開発の競争の中で自然に生まれるようにすることはできるでしょうか。市場によって決定される必要がある技術基準は何ですか?政府が主導すべき基準は何でしょうか?もっと明確な境界線が必要です。

3つ目に、5Gはエッジコンピューティング、ブロックチェーン、モノのインターネットにどのような影響を与えるでしょうか。 5Gは第5世代の移動通信技術の略称です。理論上、5G のダウンロード速度は 1.25GB/秒に達します (実際の速度は異なります)。 5Gベースの基本ネットワーク通信システムは、どのような技術的連鎖反応を引き起こすのでしょうか？現時点ではまだ不明であり、政策レベルで注意深く観察する必要がある。

つまり、エッジコンピューティングとブロックチェーンがモノのインターネットの発展にチャンスをもたらすかどうかを評価するには、上記の問題を考慮することに加えて、デジタル中国の時代と政府の戦略的意思決定の慎重な姿勢も考慮する必要があります。デジタル時代に入ると、コンピューティング能力の不均等な配分の問題がますます顕著になるでしょう。

政府としては、コンピューティングの効率性の問題を考慮する必要があり、政策立案と監督における公平性も考慮します。これが政府が慎重姿勢を維持する重要な理由です。そうでなければ、近い将来、恵まれない人たちは、自分たちが受けられる計算能力が裕福な家庭の冷蔵庫ほど良くないという現実に直面することになるだろう。

著者は中国人民大学重陽金融研究所の研究員です。この記事はもともと財経誌に掲載されたものです。