Ứng dụng Blockchain trong xây dựng thành phố thông minh

KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG 07/2020 
 19 
ỨNG DỤNG BLOCKCHAIN TRONG XÂY DỰNG THÀNH PHỐ THÔNG MINH 
ThS. Phạm Minh Tuấn(*) 
ThS. Đỗ Phúc Hảo(**) 
Tóm tắt 
Xây dựng thành phố thông minh đang được triển khai ở nhiều quốc gia trên thế giới 
cũng như ở Việt Nam. Với việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo, điện toán đám mây và Internet vạn 
vật, việc quản lý và điều hành cũng như dịch vụ tại các thành phố thông minh trở nên dễ dàng 
và tiết kiệm chi phí hơn. Tuy nhiên, nhu cầu dich vụ, quản lý lớn dẫn đến việc truyền tải và xử 
lý dữ liệu lớn trở nên khó khăn đối với mô hình truyền thống. Nghiên cứu này đề xuất áp dụng 
blockchain trong việc truyền dẫn và xử lý dữ liệu ở thành phố thông minh. Nghiên cứu đã cho 
thấy việc ứng dụng blockchain có thể giảm chi phí và tăng khả năng tính toán trong các dịch 
vụ của thành phố thông minh lên hàng trăm lần. 
1. Đặt vấn đề 
Thành phố thông minh là một nhu cầu 
c p thiết đối v i c d n c ng nh ch nh 
quyền hi n nay trong xu thế tốc độ đ thị 
h a ngày càng tăng ở n c ta c ng nh tr n 
thế gi i hi n nay. Đặc bi t là trong bối c nh 
thiết h t về ngu n nhân lực qu n lý hay ho t 
động trong l nh vực nh m i tr ờng, giao 
th ng năng l ng,... thì vi c áp d ng công 
ngh th ng tin[1] c ng nh tr tu nhân t o 
là một trong những ph ơng ph p quan trọng 
trong vi c xây dựng thành phố thông minh. 
V i vi c phát triển công ngh thông tin về 
đi n to n đ m m y [2] Internet v n vật 
(IoT) [3] hi n nay, chúng ta có thể thu thập 
dữ li u l u trữ và x lý các bài toán xã hội 
hay cung c p dịch v cho thành phố v i chi 
phí th p. Từ đ vi c cung c p cho thành 
phố các gi i ph p nh giao th ng th ng 
minh, qu n lý năng l ng, ch t th i thông 
minh đã di n ra ở nhiều thành phố l n trên 
thế gi i. Dẫn đến, khái ni m thành phố 
th ng minh đ c hình thành. 
(*) Gi ng viên Khoa CNTT, Tr ờng ĐH Bách khoa ĐN 
(**) Gi ng viên Khoa CNTT Tr ờng ĐH Kiến trúc ĐN 
Tuy nhiên, trong vi c xây dựng thành 
phố thông minh hi n nay, hầy hết đều theo 
mô hình x lý tập trung. Ngh a là t t c các 
dữ li u thu thập đ c trong thành phố đều 
đ c tập trung t i trung tâm dữ li u. Mô 
hình này tuy d qu n lý nh ng ch a t nh t i 
vi c thu thập và x lý các dữ li u l n. Hầu 
hết các h thống đều bị tê li t không ho t 
động sau khi l p đặt xong h thống. Nguyên 
nhân chính là dữ li u trong các mô hình 
thành phố th ng minh th ờng là r t l n và 
kh năng x lý t i trung tâm dữ li u c ng 
nh ăng th ng đ ờng truyền hi n t i là h n 
chế. Vì vậy, vi c truyền t i dữ li u về trung 
tâm dữ li u c ng nh x lý các dữ li u này 
trong thời gian thực là một v n đề cần gi i 
quyết. 
Trong nghiên cứu này ài o đề xu t 
mô hình x lý phân tán s d ng công ngh 
blockchain[4] nhằm gi i quyết v n đề l u 
trữ và x lý tập trung mà các mô hình thành 
phố thông minh hi n nay đang gặp ph i. Các 
block trong blockchain sẽ đ ng vai trò nh 
một v tinh thu thập, x lý và cung c p dữ 
li u. Ngoài ra m hình đề xu t này còn là 
một trong những gi i pháp b o mật dữ li u, 
07/2020 KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG 
20 
giúp cho các dữ li u thu thập đ c đ m b o 
đ c tính minh b ch của nó. 
 Báo cáo này g m 4 m c. M c đầu là 
đặt v n đề. M c thứ 2 đ a ra tổng quan về 
thành phố thông minh hi n nay. Muc thứ 3 
đề xu t ph ơng ph p ứng d ng blockchain 
cho vi c thu thập, x lý và cung c p dữ li u 
trong trong mô hình thành phố thông minh. 
M c cuối cùng là kết luận của bài báo. 
2. Tổng quan về thành phố thông minh 
Hi n nay ch a c một định ngh a 
chính thức về thế nào là một thành phố 
thông minh. Tuy nhiên, mỗi khu vực trên 
thế gi i có một định h ng ri ng để phát 
triển mô hình thành phố thông minh. Các 
n c Ch u Âu h ng t i m i tr ờng xanh, 
tiết ki m năng l ng hay giao thông minh. 
C c n c châu Á l i h ng t i ứng d ng 
Công ngh Thông tin trong chính quyền, y 
tế, giáo d c, qu n lý đ thị trong quá trình 
xây dựng thành phố thông minh. Tuy nhiên 
có thể có một số tiêu chí chính chung cho 
các thành phố thông minh trên thế gi i là: 
Nền kinh tế thông minh, giao thông thông 
minh m i tr ờng thông minh, qu n lý đ thị 
thông minh, công dân thông minh hay cuộc 
sống th ng minh. Để triển khái t t c những 
v n đề trên thì công ngh thông tin là một 
phần không thể thiếu. Mô hình kiến trúc 
tổng thể của một thành phố thông minh có 
thể tổng qu t h a nh Hình 1. C 8 tầng 
trong kiến trúc này. Tầng đầu tiên là tầng 
giao di n ng ời dùng. Ở tầng này, các h 
thống t ơng t c đ c cung c p nhằm giúp 
cho c c đối t ng li n quan t ơng t c v i 
các dịch v trong mô hình thành phố thông 
minh. Tầng ứng d ng cung c p dịch v 
thuộc c c l nh vực của đời sống xã hội, 
trong đ c h thống du lich thông minh, 
giáo d c thông minh, y tế thông minh, an 
toàn an ninh, giao thông thông minh. Tầng 
nền t ng tích h p cung c p các công c , 
dịch v dùng chung để phát triển và tích h p 
các h thống dịch v . Tầng qu n lý dữ li u 
l n qu n lý t t c các ngu n tài nguyên số 
của thành phố nh c c dữ li u trong các 
ho t động đô thị m i tr ờng nh giao 
thông, an ninh công cộng n c l y từ các 
h thống c m biến (IoT) trong thành phố 
thông minh hay từ m ng xã hội. Tầng trung 
tâm qu n lý dữ li u x lý và đ m b o ho t 
động toàn bộ thành phố th ng minh. Đ y là 
tầng quan trọng nh t d i góc nhìn của ứng 
d ng công ngh thông tin trong thành phố 
thông minh. Tầng h tầng truyền dẫn đ m 
b o sự kết nối toàn bộ các h thống CNTT 
c ng nh kết nối đến các h thống IoT của 
các ứng d ng thông minh. Tầng IoT/M2M 
g m các thực thể vật lý và thực thể o. Tầng 
cuối cùng là các thiết bị sensor vật lý để 
giúp thành phố nhìn nghe đo đếm đ c các 
đối t ng cần quan sát. 
Hình 1. Mô hình kiến trúc tổng thể của 1 
thành phố thông minh. 
Tuy nhiên trong mô hình tổng thể trên, 
vi c triển khai gặp nhiều v n đề kh khăn vì 
l ng dữ li u l u th ng c ng nh cần x lý 
th ờng r t l n. Kh năng về cơ sở h tầng 
của hầu hết các thành phố trên thế gi i 
KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG 07/2020 
 21 
th ờng kh ng đ p ứng đ c v i nhu cầu 
thực tế. L y một ví d đơn gi n về h thống 
giám sát s d ng camera trong thành phố 
thông minh. Có camera liên t c g i dữ 
li u về trung tâm x lý dữ li u v i 
frames/s. Mỗi frame là một hình nh g m 
 điểm nh. Mỗi điểm nh đ c bi u 
di n bằng 4 byte thì cứ mỗi gi y l ng dữ 
li u g i về trung tâm dữ li u là byte. 
Nếu số l ng camera là , hình nh 
đủ m t để xem thì và độ phân gi i 
tối thiểu của một bức nh là 
 thì dữ li u g i về trung tâm dữ li u là 
261.12 GByte trên giây. Ch a n i t i x lý 
dữ li u này, thì vi c truyền dữ li u về trung 
tâm dữ li u ở đ y c ng đã là một thách thức 
cần gi i quyết. 
Hình 2. Mô hình server trung gian 
Để kh c ph c tình tr ng quá t i trong 
quá trình truyền t i và x lý dữ li u, các mô 
hình server trung gian th ờng đ c đề xu t 
để gi i quyết v n đề nh Hình 2. C c dữ 
li u sẽ không trực tiếp chuyển về trung tâm 
x lý dữ li u mà sẽ thông qua server trung 
gian. T i server trung gian, những dữ li u sẽ 
đ c x lý và tr kết qu về cho ph a ng ời 
dùng. Mô hình này tuy c i thi n một phần 
trong vi c x lý dữ li u nh ng đòi hỏi chi 
ph đầu t l n và c độ tr trong quá trình 
truyền dẫn dữ li u. 
Trong mô hình này, v n đề b o mật 
c ng đ c nêu ra. Dữ li u trong quá trình x 
lý có thể bị thay đổi bởi các qu n trị viên 
hay hacker v i các m c đ ch phi ph p. Vì 
vậy nghiên cứu một mô hình b o mật hơn là 
một nhu cầu c p thiết không vi c xây dựng 
thành phố thông minh. 
3. Mô hình đề xuất 
Trong báo cáo này, nhóm nghiên cứu 
đề xu t mô hình phân tán s d ng kỹ thuật 
chuỗi khối (Blockchain) nhằm gi i quyết 
v n đề truyền t i l u trữ và x lý dữ li u 
trong thành phố thông minh. Blockchain là 
một kỹ thuật đ c sinh ra trong m c đ ch 
xây dựng tiền o v i tính b o mật l n. 
Blockchain là kỹ thuật l u trữ và truyền t i 
thông tin bằng các khối đ c liên kết v i 
nhau và mở rộng theo thời gian. Mỗi khối 
chứa đựng các thông tin về thời gian khởi 
t o và đ c liên kết v i các khối tr c đ . 
Cách thức kết nối đ c mã hoá bằng một 
ph ơng ph p mã h a khiến cho dữ li u nếu 
c thay đổi sẽ không thể t ơng th ch v i các 
dữ li u tiếp theo về mặt thời gian. Vì thế, 
vi c xác thực dữ li u trong mô hình 
blockchain này r t phù h p cho mô hình 
thành phố thông minh trong vi c l u trữ dữ 
li u một cách an toàn nh t. Ngoài ra đặc 
bi t blockchain còn có kh năng truyền t i 
dữ li u mà kh ng đòi hỏi trung gian để xác 
nhận thông tin. H thống blockchain bao 
g m nhiều n t độc lập có kh năng x c thực 
và l u trữ thông tin. Mỗi nút có thể đ c 
tham gia bởi ng ời dùng trong cộng đ ng 
tham gia, vì thế hoàn toàn có thể áp d ng 
mô hình blockchain này trong mô hình 
thành phố th ng minh mà trong đ mỗ 
ng ời dẫn trong thành phố sẽ là một nút của 
m ng l i s d ng và cung c p dịch v x 
lý l u trữ dữ li u trong thành phố. 
07/2020 KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG 
22 
Hình 3. Mô hình phân tán dữ liệu sử 
dụng blockchain 
Hình 3 là m hình đề xu t s d ng 
blockchain trong vi c xây dựng h tầng t i 
thành phố th ng minh [5]. Ng ời dân trong 
thành phố sẽ cùng tham gia s d ng c ng 
nh cung c p dịch v trong thành phố thông 
minh. Để làm đ c nh vậy, những ng ời 
tham gia cung c p dịch v sẽ s d ng các 
server cá nhân (User Server) tham gia vào 
h thống h tầng công ngh thông tin của 
thành phố thông minh. Các dữ li u cần l u 
trữ hay x lý không trực tiếp g i về trung 
tâm dữ li u mà sẽ thông qua các server cá 
nhân. Các server cá nhân này sẽ tính toán và 
tr về kết qu ngay cho ph a ng ời dùng đầu 
cuối (End User). 
Câu hỏi đặt ra ở đ y là những ng ời 
cung c p server cá nhân sẽ đ c gì khi tham 
gia vào mô hình này. Khi tham gia các dịch 
v của trong mô hình thành phố thông minh, 
ng ời tham gia dịch v ph i tr chi phí tham 
gia. Những ng ời cung c p server cá nhân 
sẽ đ c gi m chi phí dịch v hay nhận đ c 
thù lao cho vi c tham gia server cá nhân 
này. Sau đ y là một dịch v ví d trong mô 
hình thành phố thông minh. 
Hình 4. Các bước truyền dữ liệu trong 
mô hình blockchain 
Gi s , thành phố cung c p dịch v 
truyền hình trực tuyến cho toàn thành phố. 
C c c thực hi n yêu cầu, truyền t i và 
xác thực dữ li u nh Hình 4. C c c g i 
yêu cầu và nhận dữ li u có thể đ c mô t 
nh sau: 
Bước 1: Khi ng ời dùng đầu cuối 1 
(End user 1) muốn xem truyền hình trực 
tuyến ng ời dùng đ sẽ g i yêu (request) 
cầu t i trung tâm dữ li u. 
Bước 2: Trung tâm dữ li u sẽ không 
g i dữ li u hình nh trực tiếp về ph a ng ời 
dùng đầu cuối 1 mà sẽ g i cho server cá 
nhân 1 (User server 1) gần đ để l u trữ. 
Qu trình đ sẽ đ c xác thực trong kỹ thuật 
chuỗi khối (blockchain). 
Bước 3: Sau đ từ server cá nhân 1, 
dữ li u sẽ chuyển về ng ời dùng đầu cuối 1. 
Bước 4: T i thời điểm này, khi những 
ng ời dùng đầu cuối kh c End user 2 c ng 
muốn s d ng dịch v truyền hình này và 
c ng cùng một nội dung nh ng ời dùng 1 
thì khi yêu cầu đến trung tâm dữ li u, trung 
tâm dữ li u sẽ g i địa ch server cá nhân có 
dữ li u cần thiết gần đ và mã x c thực về 
cho ng ời dùng. Từ đ ng ời dùng đầu 
cuối 2 sẽ yêu cầu server cá nhân 1 g i nội 
dung bằng cách g i mã xác thực đã nhận 
KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG 07/2020 
 23 
đ c cho server c nh n 1 đ . C c mã x c 
thực sẽ sẽ đ c coi nh một giao dịch trong 
mô hình chuỗi khối và đ c l u trữ nh c c 
mô hình tiền o hi n nay. Đ là tiền đề để 
tính toán chi phí của những thành viên tham 
gia server cá nhân. 
Bước 5: Dữ li u đ c chuyển t i ng ời 
dùng đầu cuối 2 sẽ không do trung t m đ m 
đ ơng mà là do server ng ời dùng 1 ph 
trách. Vì vậy vi c x lý và truyền t i t i 
trung tâm dữ li u sẽ thuận l i và nhanh 
ch ng hơn. 
 Đ nh gi m hình này ta th y nếu mỗi 
nội dung của truyền hình trực tuyến có 
Mbyte và có server cá nhân thì trung tâm 
dữ li u ch m t Mbyte cho vi c truyền 
t i. Trong khi đ trong m hình truyền 
thống, dữ li u từ trung tâm dữ li u g i trực 
tiếp c c ng ời dùng đầu cuối thì dữ li u 
truyền t i sẽ r t l n. Gi s có ng ời dùng 
đầu cuối thì ta ph i m t Mbyte cho vi c 
truyền t i dữ li u. Vì vậy, v i các nhỏ, 
vi c truyền t i dữ li u sẽ gi m đi r t nhiều. 
Tuy nhiên t i các server cá nhân, dữ li u 
truyền t i sẽ là 
 vì mỗi server cá nhân sẽ 
cung c p dịch v trung bình cho 
 ng ời 
dùng đầu cuối. Vì thế nếu nhỏ, dữ li u 
truyền t i t i các server cá nhân sẽ r t l n. 
Vậy để cân bằng h thống thì 
Suy ra 
 √
V i là năng lực của server cá nhân so 
v i năng lực của server t i trung tâm dữ 
li u. Nếu thành phố có 1 tri u ng ời là 
ng ời dùng đầu cuối và mỗi server cá nhân 
c năng lực bằng 1 phần 100 năng lực của 
server t i trung tâm dữ li u thì ch cần 10 
nghìn server c nh n để h thống ch y ổn 
định. Tốc độ x lý lúc này sẽ tăng 100 lần 
so v i mô hình truyền thống. 
4. Kết luận 
Nghiên cứu này đã trình ày tổng quan 
về vi c xây dựng thành phố thông minh. 
Chú trọng vào vi c xây dựng mô hình ứng 
d ng công ngh thông tin [5] trong thành 
phố thông minh. Ch ra b t cập trong vi c 
truyền t i, cập nhật và x lý dữ li u t i các 
mô hình hi n t i. Nghiên cứu đề xu t s 
d ng kỹ thuật khối chuỗi (Blockchain) trong 
thành phố thông minh v i kh năng truyền 
t i dữ li u l n. Lý thuyết chứng minh cho 
th y kh năng x lý của m hình đề xu t 
tăng g p 100 lần so v i các mô hình truyền 
thống. Cho th y m hình đề xu t có thể áp 
d ng trong vi c triển khai h thống thực tế. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Enticknap, Nicholas (Summer 1998), 
"Computing's Golden Jubilee", 
Resurrection, The Computer 
Conservation Society (20), ISSN 0958-
7403, retrieved 19 April 2008 
[2]. Oestreich, Ken, (2010-11-15). 
"Converged Infrastructure". CTO 
Forum. Thectoforum.com. Archived 
from the original on 2012-01-13. 
Retrieved 2011-12-02. 
[3]. Santucci, Gérald. "The Internet of 
Things: Between the Revolution of the 
Internet and the Metamorphosis of 
Objects" (PDF). European Commission 
Community Research and Development 
Information Service. Retrieved 23 
October 2016. 
[4]. M. Babaioff, S. Dobzinski, S. Oren, and 
A. Zohar. On bitcoin and red balloons. 
research.microsoft.com/pubs/156072/bi
tcoin.pdf, 2011 
07/2020 KỶ YẾU HOẠT ĐỘNG KHOA HỌC & GIÁO DỤC TRƯỜNG ĐH KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG 
24 
[5]. H. Lee, M.G. Hancock, and M. Hu, 
Towards an effective framework for 
building smart cities: Lessons from 
Seoul and San Francisco, 
Technological Forecasting and Social 
Change, in press, 2014.