基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

何燕燕

摘? ?要：隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用變得越來越普及。文章主要針對區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及整體架構(gòu)進(jìn)行分析，并審視了區(qū)塊鏈為物聯(lián)網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn);最后從物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)方面、電網(wǎng)管理方面、車聯(lián)網(wǎng)方面以及防偽安全管理方面，細(xì)化闡述了基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，以期為基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展提供可靠支持。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;物聯(lián)網(wǎng);數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)普及，人們對物聯(lián)網(wǎng)的要求逐漸升高。區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的整合，可提升物聯(lián)網(wǎng)的性能，使其更加符合各類場景的應(yīng)用要求。但區(qū)塊鏈技術(shù)的特殊性，也為物聯(lián)網(wǎng)帶來了一定的挑戰(zhàn)。因此，分析基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用具有一定的必要性。

1? ? 區(qū)塊鏈技術(shù)分析

1.1? 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

在區(qū)塊鏈技術(shù)中，區(qū)塊數(shù)據(jù)是保障區(qū)塊鏈鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。從區(qū)塊數(shù)據(jù)的構(gòu)成來看，其主要由Merkle（固定時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中全部有效交易對應(yīng)的哈希根，即交易信息的具體體現(xiàn)）、Nonce（隨機(jī)數(shù)）、Pre-Hash（前一區(qū)塊對應(yīng)的哈希值，是區(qū)塊鏈具有可追溯功能的關(guān)鍵）以及Timestape（時(shí)間戳）等構(gòu)成。在區(qū)塊鏈技術(shù)中，區(qū)塊數(shù)據(jù)提供交易數(shù)量信息、時(shí)間信息等數(shù)據(jù)的形式，保障整個(gè)區(qū)塊鏈的持續(xù)運(yùn)行。

1.2? 整體架構(gòu)

區(qū)塊鏈的架構(gòu)為經(jīng)典5層架構(gòu)，具體包含：（1）應(yīng)用層。區(qū)塊鏈的應(yīng)用功能由可編程社會、可編程貨幣以及可編程金融3種要素所決定。（2）合約層。是區(qū)塊鏈技術(shù)的約束要素。在技術(shù)運(yùn)行中，合約層的算法機(jī)制利用其約束作用，確保區(qū)塊鏈算法的規(guī)范性;而合約層中的智能合約與腳本代碼也可為區(qū)塊鏈的運(yùn)行提供良好的支持作用。（3）共識層。包含DPOS，POW以及POS 3部分。（4）網(wǎng)絡(luò)層。是區(qū)塊鏈傳播功能的決定要素，構(gòu)成較為復(fù)雜。其中，P2P網(wǎng)絡(luò)是區(qū)塊鏈技術(shù)的運(yùn)行載體;驗(yàn)證機(jī)制、傳播機(jī)制這兩種成分則影響著區(qū)塊鏈的傳播特征。（5）數(shù)據(jù)層。由鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)區(qū)塊等共同構(gòu)成。

2? ? 區(qū)塊鏈為物聯(lián)網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)

結(jié)合當(dāng)前區(qū)塊鏈應(yīng)用現(xiàn)狀分析，區(qū)塊鏈為物聯(lián)網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)為以下幾方面。

2.1? 通量性能

區(qū)塊鏈的通量存在一定的限制[1]。以經(jīng)典區(qū)塊鏈以太坊為例，在每秒范圍內(nèi)，該區(qū)塊鏈的平均交易處理數(shù)量約為15筆。將區(qū)塊鏈用于物聯(lián)網(wǎng)，其通量性能的限制性特征，為二者的整合帶來了一定的困難。為了改善通量限制問題，提升網(wǎng)絡(luò)通量逐漸成為區(qū)塊鏈優(yōu)化研究中的重點(diǎn)所在。目前，已有多種優(yōu)化措施的應(yīng)用成果證實(shí)，其可提升區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)通量。但就物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的要求而言，加強(qiáng)區(qū)塊鏈的通量性能仍然是該領(lǐng)域亟待解決的問題之一。

2.2? 數(shù)據(jù)安全

目前，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)滲入了人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面。這一廣泛應(yīng)用現(xiàn)狀，對物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)信息安全提出了較高的要求。將區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)整合后，如何保障人們的數(shù)據(jù)信息（身份信息、資金信息等隱私數(shù)據(jù)）安全，逐漸成為限制基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

3? ? 基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

文章主要從以下4個(gè)方面入手，針對基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析和研究。

3.1? 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)方面

以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的在線交易，是物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用方向[2]。將區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)整合后，區(qū)塊鏈的技術(shù)優(yōu)勢可為物聯(lián)網(wǎng)在線交易系統(tǒng)提供諸多便捷，即通過構(gòu)建完善數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)的形式，實(shí)現(xiàn)基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的合理應(yīng)用。

基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)的構(gòu)建流程：

（1）系統(tǒng)架構(gòu)。按照協(xié)議層、擴(kuò)展層、應(yīng)用層3層架構(gòu)模式，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)。其中，協(xié)議層包含存儲層、網(wǎng)絡(luò)層兩部分，其運(yùn)行機(jī)制為：存儲層接收來自網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)信息，納入分布式賬本中，以備后續(xù)數(shù)據(jù)處理操作使用。而擴(kuò)展層的擴(kuò)展功能則通過數(shù)據(jù)存儲交易及智能合約這兩大要素實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用層直接面向用戶，該部分主要通過客戶端（用戶注冊賬號信息）及交易網(wǎng)站這兩種途徑，收集貨幣及交易等相關(guān)數(shù)據(jù)，并將所得信息傳輸至擴(kuò)展層。

（2）系統(tǒng)私有鏈部署。用戶對數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)的要求為可滿足用戶的便捷應(yīng)用要求，即可根據(jù)用戶使用模式的變化，完成客戶端之間的連接轉(zhuǎn)移?；谏鲜鲆?，可按照如下模式，做好數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)的私有鏈部署：利用以太坊G0-Ethereum客戶端進(jìn)行系統(tǒng)私有鏈部署。當(dāng)啟動(dòng)該客戶端時(shí)，其可自動(dòng)與用戶其他客戶端建立連接關(guān)系，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)下載同步區(qū)塊建立連接。

（3）功能性需求。根據(jù)數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)的應(yīng)用要求，可將系統(tǒng)功能性需求確定為：注冊賬號、登錄賬號、數(shù)據(jù)上傳（以公鑰加密技術(shù)，將來自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的原始數(shù)據(jù)信息上傳至區(qū)塊鏈中，并保障數(shù)據(jù)上傳過程的安全性）、數(shù)據(jù)出售（于取得用戶許可下，將加密數(shù)據(jù)對外出售）、數(shù)據(jù)購買（用戶根據(jù)自身需求購買來自機(jī)構(gòu)或用戶對象的加密數(shù)據(jù)信息）、賬戶查詢（完成數(shù)據(jù)交易后，賣方、買方用戶可通過查詢功能確認(rèn)資金賬戶的余額變更狀況）。

3.2? 電網(wǎng)管理方面

電網(wǎng)管理是基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的可行應(yīng)用方向。將區(qū)塊鏈與智能電網(wǎng)充分整合后，可形成更加完善、功能多樣化的電網(wǎng)管理系統(tǒng)[3]。在電網(wǎng)管理中，基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢在于：（1）電力需求分析。傳統(tǒng)電網(wǎng)模式下，電力需求分析工作需要耗費(fèi)較長時(shí)間，而引入基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，可直接利用人工智能及區(qū)塊鏈技術(shù)的數(shù)據(jù)綜合處理優(yōu)勢，獲取更加真實(shí)、可靠的電力需求數(shù)據(jù)信息。整個(gè)信息獲取過程的耗時(shí)較短。對于供電局而言，基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可提高電力需求分析工作的效率，減輕相關(guān)人員的工作壓力。（2）供電決策。是電網(wǎng)管理的關(guān)鍵所在。根據(jù)既往經(jīng)驗(yàn)，電力用戶的海量性、用戶用電行為的多變性等特征，為電網(wǎng)供電決策的制定帶來了一定困難。引入基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，可將電網(wǎng)管理系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏灰啄Ｐ停鶕?jù)用戶的電力交易數(shù)據(jù)提煉交易規(guī)律，利用區(qū)塊鏈的智能合約調(diào)整電力交易規(guī)則，并參照數(shù)據(jù)分析獲得的交易規(guī)律，動(dòng)態(tài)變更電網(wǎng)切換策略，以保障供電決策的合理性。

3.3? 車聯(lián)網(wǎng)方面

車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)芾砉ぷ鞯囊笠蕴嵘{駛安全性為主，相對于傳統(tǒng)管理模式而言，基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更加契合該要求。運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)提升車聯(lián)網(wǎng)駕駛安全性，以區(qū)塊鏈構(gòu)建分布式車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，動(dòng)態(tài)收集車輛的數(shù)據(jù)信息。在分布式數(shù)據(jù)庫管理模式下，以部署智能合約的形式，滿足用戶對駕駛信息數(shù)據(jù)（如路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施等）的安全性要求。除了數(shù)據(jù)收集、整合優(yōu)勢外，基于區(qū)塊鏈的分布式數(shù)據(jù)庫還為用戶提供了自主選擇功能，允許用戶（車輛所有者）自主選擇可信度較高的數(shù)據(jù)提供者，進(jìn)而促進(jìn)提升駕駛安全性目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.4? 防偽安全管理方面

隨著物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)普及，人們對產(chǎn)品安全性、可靠性的要求逐漸升高?；谟脩舻姆纻悟?yàn)證需求，可利用基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開展防偽安全管理。例如，可利用區(qū)塊鏈技術(shù)，構(gòu)建產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，借助智能合約或無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）等工具，避免產(chǎn)品標(biāo)簽的非法復(fù)制或變更。當(dāng)用戶向溯源系統(tǒng)中輸入產(chǎn)品信息時(shí)，可直接獲得信息所對應(yīng)的產(chǎn)地、生產(chǎn)商等信息。基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在防偽安全管理方面的應(yīng)用，可為查詢真?zhèn)翁峁O大的便捷。在基于區(qū)塊鏈的干預(yù)模式下，智能合約、RFID等約束要素，不僅可確保所提供溯源信息的準(zhǔn)確性，還有助于改善產(chǎn)品安全狀況，減少由假冒偽劣產(chǎn)品引發(fā)的不良事故。由此可認(rèn)為，加強(qiáng)基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在防偽安全管理領(lǐng)域的推廣具有一定必要性。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，分析基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。為了充分挖掘基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢，可結(jié)合其特征及功能，全面拓展所有可能的應(yīng)用方向及場景，以便借助區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)的作用為人們提供更多的便捷。此外，還應(yīng)注意加強(qiáng)對基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)做安全優(yōu)化，為其進(jìn)一步推廣提供良好的支持。

[參考文獻(xiàn)]

[1]湯勝，劉海瓊，胡偉文，等.區(qū)塊鏈技術(shù)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電子世界，2020（1）：184-185.

[2]汪垚.物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品安全領(lǐng)域應(yīng)用探析[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2019（23）：75-76.

[3]李立，余癡，賈賽賽.基于區(qū)塊鏈技術(shù)在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備管理的研究應(yīng)用[J].科技資訊，2019（34）：21-23，25.

Application of Internet of Things technology based on blockchain

He Yanyan

（Jiangsu Vocational College of Business， Nantong 226000， China）

Abstract：With the continuous development of blockchain technology， the application of this technology has become increasingly popular. Based on this， this paper mainly analyzes the data structure and overall architecture of the blockchain; and analyzes the challenges that the blockchain brings to the Internet of Things; finally， from the aspects of the data transaction system of the Internet of Things， the grid management， the Internet of vehicles， in terms of anti-counterfeiting security management， the application of the Internet of Things technology based on the blockchain is elaborated in order to provide reliable support for the development of the Internet of Things technology based on the blockchain.

Key words：blockchain; Internet of Things; data transaction system