區(qū)塊鏈技術(shù)在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

謝欣岳 孫長江

（新疆金牛能源物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司 新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市 834008）

近年來，我國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，越發(fā)的重視區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展和優(yōu)化。通過在物聯(lián)網(wǎng)之中使用區(qū)塊鏈技術(shù)，能夠通過點(diǎn)對點(diǎn)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果使用了區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)傳輸方法，那么在進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行過程中，就不會引入大量的數(shù)據(jù)處理器以及軟硬件設(shè)備的更新等相關(guān)的各種操作。通過將區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行充分的應(yīng)用，能夠讓各個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的使用者通過加密的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能夠有效的降低物聯(lián)網(wǎng)的使用成本。5G 技術(shù)的推廣和應(yīng)用，能夠有效地促進(jìn)區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)中的使用和推廣，在這個(gè)環(huán)節(jié)中是非常重要的。但是目前在關(guān)于5G 技術(shù)推動(dòng)區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用相關(guān)的研究是比較少的，面對這樣的現(xiàn)象，就需要采取有效的方式進(jìn)行研究和分析。例如可以加強(qiáng)區(qū)塊鏈的安全性，將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化和改善，構(gòu)建起自動(dòng)化的運(yùn)行體系等等。本文主要對5G 技術(shù)推動(dòng)區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，具有較為重要的意義和價(jià)值。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)

區(qū)塊鏈技術(shù)主要就是通過使用區(qū)塊鏈模式的結(jié)構(gòu)來將數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和存儲，利用分布式的一致性共識算法來生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。通過使用密碼學(xué)的方式，能夠保障數(shù)據(jù)方位以及數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性。區(qū)塊鏈技術(shù)在應(yīng)用的過程中具有獨(dú)特的架構(gòu)，所以就具有數(shù)據(jù)可追溯以及安全等相關(guān)特點(diǎn)。區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化的特點(diǎn)，在分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的記賬以及維護(hù)、傳輸?shù)雀鱾€(gè)相關(guān)過程都是其中的一部分。區(qū)塊鏈技術(shù)具有數(shù)據(jù)可追溯的特點(diǎn)，通過將區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行使用，能夠讓全網(wǎng)中的所有節(jié)點(diǎn)都使用時(shí)間戳的結(jié)構(gòu)來存儲各種各樣的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)存儲的過程中，可以將記錄的數(shù)據(jù)寫入到區(qū)塊時(shí)間之中，有利于將數(shù)據(jù)用來驗(yàn)證和追溯。區(qū)塊鏈技術(shù)還具有可編程的特點(diǎn)，用戶可以使用區(qū)塊鏈代碼系統(tǒng)來編寫出相應(yīng)的智能合約，或者去中心化的應(yīng)用。區(qū)塊鏈平臺能夠充分的將圖靈完備的腳本語言進(jìn)行提供，讓用戶來進(jìn)行隨意使用，組成具有較強(qiáng)精準(zhǔn)性的智能合約或者交易類型。區(qū)塊鏈技術(shù)具有安全可信的特點(diǎn)，該項(xiàng)技術(shù)主要使用了非對稱密碼學(xué)的原理來進(jìn)行相關(guān)交易的簽名。不僅如此，還利用了分布式系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作量來證明等共識算法形成的算力，能夠有效地抵御各種基本的外部攻擊。從而保障區(qū)塊鏈中的數(shù)據(jù)不會被篡改和偽造，從而提高數(shù)據(jù)傳輸和存儲的安全性。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是智能制造的重要技術(shù)基礎(chǔ)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)主要是由目標(biāo)對象與服務(wù)提供與等各個(gè)方面組成的，在原料、流水線等方面進(jìn)行了應(yīng)用。在應(yīng)用的過程中，流水線等對象會被感知控制域中的傳感器或者標(biāo)簽進(jìn)行識別，從而將在生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)中的相關(guān)信息進(jìn)行全面的獲取。在感知控制欲所收集到的各種數(shù)據(jù)，會通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行傳送，進(jìn)入到相應(yīng)的服務(wù)提供域中。服務(wù)提供域主要就是涵蓋了資源配置平臺以及資源優(yōu)化平臺等等能夠快速而有效地提供遠(yuǎn)程監(jiān)控以及安全生產(chǎn)相關(guān)的服務(wù)。運(yùn)維管控域能夠保障工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的其他域是穩(wěn)定可靠的，也就是說，主要是保障工業(yè)安全監(jiān)督管理平臺和運(yùn)維管理平臺的安全可靠性。資源交換域的建設(shè)需要充分掌握到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和其他系統(tǒng)在發(fā)展中的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)資源的有效交換和共享。用戶與主要就是為了讓用戶能夠連接到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)之中的一種服務(wù)接口系統(tǒng)，主要的用戶就是制造商以及供應(yīng)商、客戶等。

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中使用了大量的技術(shù)，其中就包含了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)以及相關(guān)的理技術(shù)，作為其中的底層核心技術(shù)。目前在實(shí)際應(yīng)用的過程中，這些傳統(tǒng)技術(shù)存在著大量需要進(jìn)行解決的問題，目前在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中所使用的相關(guān)傳統(tǒng)技術(shù)，在以下幾個(gè)方面存在著不足。首先就是在供應(yīng)鏈部分，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)常會應(yīng)用到企業(yè)，在庫存管理和銷售等相關(guān)環(huán)節(jié)。在這些環(huán)節(jié)中，需要涉及到各方主體，各方主體之間的信息基本上都是相互獨(dú)立的，所以就存在著數(shù)據(jù)造假方面的相關(guān)問題。其次是在用戶數(shù)據(jù)保護(hù)部分，受到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的中心化管理模式的影響，使得部分設(shè)備容易出現(xiàn)故障，從而導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)丟失。在對大量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理的時(shí)候，會使得中心服務(wù)器的負(fù)擔(dān)進(jìn)一步增加。然后再運(yùn)維成本部分，目前在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，大部分的數(shù)據(jù)都匯集到了統(tǒng)一的中心控制系統(tǒng)之中，在未來技術(shù)不斷改革發(fā)展過程中，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將會快速的增長，而中心化的服務(wù)成本是無法承受相應(yīng)負(fù)擔(dān)的。

2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到區(qū)塊鏈技術(shù)后存在主要問題

2.1 效率方面問題。

區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)成為我國廣泛應(yīng)用技術(shù)之一，其特點(diǎn)在于去中心化與不可篡改功能，充分體現(xiàn)了 P2P 共識機(jī)制。該共識機(jī)制對區(qū)塊鏈系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、功能發(fā)揮尤為重要。當(dāng)然該共識機(jī)制也是區(qū)塊鏈系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)中至關(guān)重要的組成部分，主要作用在于對信息一致性的保持、對惡意攻擊的抵制等。通過分析后發(fā)現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)融入到物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中后，需對其互聯(lián)網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。雖然物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量在一定程度上頗多，但統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)具備計(jì)算能力的終端數(shù)量有限另外，物聯(lián)網(wǎng)相對于傳統(tǒng)化區(qū)域節(jié)點(diǎn)，該 Hash 的計(jì)算能效為GPU 千分之一上下。另外，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備對低功耗有一定需求，這就體現(xiàn)了電力消耗方面的控制作用，應(yīng)該具有一定的控制能力，但某些領(lǐng)域及相關(guān)行業(yè)出現(xiàn)了大量能源消耗問題。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，各種各樣現(xiàn)代化的信息技術(shù)在人們的生活中得到了廣泛的應(yīng)用，讓人們的生活質(zhì)量大大的提高。越來越多的人開始希望能夠擁有各種智能設(shè)備來完成自身的相關(guān)工作，讓自己從繁重的工作之中解放出來。通過對5G 技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，能夠利用網(wǎng)絡(luò)來對家用電器進(jìn)行智能化控制。通過遠(yuǎn)程遙控，能夠全面了解到家庭內(nèi)部的具體狀況，并且將設(shè)備進(jìn)行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)家務(wù)勞動(dòng)的智能化開展。通過建設(shè)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)終端，能夠讓公共基礎(chǔ)設(shè)施變得更加的智能化，在城市之中提供大量的便民利民的服務(wù)，有利于推動(dòng)城市的發(fā)展進(jìn)步。

2.2 安全方面問題。

在區(qū)塊鏈系統(tǒng)當(dāng)中，其加密算法與不可篡改體系作為一種安全模式，在實(shí)際作用發(fā)揮中十分重要，具有系統(tǒng)保護(hù)、穩(wěn)定保障的重要作用。通過分析后發(fā)現(xiàn)，這種安全保障功能發(fā)揮要在特定情況及滿足下進(jìn)行，即該區(qū)塊鏈系統(tǒng)需要具備大量節(jié)點(diǎn)。通過對部分城市及小型物聯(lián)網(wǎng)分析后發(fā)現(xiàn)，其終端應(yīng)用類型十分單一傳統(tǒng)，甚至存在大量漏洞情況，這種漏洞產(chǎn)生都會對該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)造成一定的波及影響，相對于傳統(tǒng)的中心化組網(wǎng)防御能力偏低，部分物聯(lián)網(wǎng)加之其終端數(shù)量頗大，在安全預(yù)防方面難度也偏大，因此需要從安全性能即安全效率層面出發(fā)對其進(jìn)行優(yōu)化完善[1]。

5G 技術(shù)在提高城市管理效果方面的具體應(yīng)用。在現(xiàn)代社會科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代背景之下，網(wǎng)絡(luò)信息化在各個(gè)部分都得到了廣泛的應(yīng)用。將5G 技術(shù)進(jìn)行充分的應(yīng)用，能夠讓政府的相關(guān)職能部門在城市管理過程中的工作開展效果大大提升。5G 技術(shù)還可以應(yīng)用到空氣污染的檢測部分，有利于推動(dòng)環(huán)境工程的改革發(fā)展，讓相關(guān)的檢測指標(biāo)變得更加的系統(tǒng)且全面。為了讓城市管理變得更加的智能化，促進(jìn)城市的發(fā)展和變革，就需要將物聯(lián)網(wǎng)和5G 技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，應(yīng)用到城市管理的各方面工作開展中。

3 5G技術(shù)促進(jìn)區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)中的有效應(yīng)用

3.1 強(qiáng)化區(qū)塊鏈安全性對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改善。

5G 技術(shù)可以利用區(qū)塊鏈的安全性、去中心化和不變性，來提高網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的安全性。隨著當(dāng)下我國網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)不斷普及應(yīng)用，5G 技術(shù)已經(jīng)得以迅速推廣實(shí)施，其覆蓋范圍與延展寬度方面也逐漸提升、加強(qiáng)，加之計(jì)算機(jī)延遲功率明顯降低，這樣可以對公有鏈節(jié)點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行持續(xù)增加，其意義作用巨大。5G 技術(shù)提升了網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，覆蓋范圍不再局限于城市內(nèi)部，而是向更為寬闊、片面的山區(qū)延展、布局。通過分析后發(fā)現(xiàn)，諸多較為偏遠(yuǎn)山區(qū)都可以滿足非靜態(tài)連接，為智能手機(jī)及平板電腦實(shí)現(xiàn)有效關(guān)聯(lián)、快速連接，在此同時(shí)區(qū)塊鏈相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參與效率也出現(xiàn)較大提升。進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)延遲性出現(xiàn)情況降低[2]。

基于此，建議相關(guān)開發(fā)者對區(qū)塊鏈出塊時(shí)間進(jìn)行減少，并對其吞吐量進(jìn)行增加?？梢栽谝欢ǔ潭壬蠟樵撐锫?lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行最大支持及鞏固，為提升結(jié)算及共識安全保障打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。另外，應(yīng)利用鏈上存儲數(shù)據(jù)當(dāng)中的“哈希值”，通過這種方法應(yīng)用，一旦出現(xiàn)任何相關(guān)數(shù)據(jù)篡改情況，哈希值會對其進(jìn)行一一對應(yīng)，并將該篡改時(shí)間進(jìn)行明確記錄。

3.2 建立自動(dòng)化運(yùn)行體現(xiàn)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展性提供。

自動(dòng)化運(yùn)行體系是當(dāng)下各領(lǐng)域都得以廣泛應(yīng)用、采納模式之一，如“智能家庭”用戶可以隨時(shí)對家里實(shí)際情況進(jìn)行掌握了解及問題處理。通過相關(guān)資料分析后發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)駕駛汽車也逐漸在不遠(yuǎn)的將來得以實(shí)現(xiàn)。而實(shí)際研發(fā)及設(shè)計(jì)中也問題頻出，主要以無法構(gòu)建較大吞吐量為主，該問題解決較為棘手。另外，從物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中運(yùn)行的各個(gè)設(shè)備角度考慮出發(fā)，其自身地址、鏈上交易等都需要進(jìn)行滿足，因此需要對相應(yīng)處理能力進(jìn)行提升、加強(qiáng)。增強(qiáng)區(qū)塊鏈兩層的擴(kuò)展效應(yīng)對其問題進(jìn)行解決。如對相關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模式等進(jìn)行添加，建議采用 DAG 結(jié)構(gòu)模式，可以使吞吐量在短期內(nèi)明顯提升。分析后發(fā)現(xiàn)該方法往往受諸多因素控制，其局限性特點(diǎn)較為明顯，對網(wǎng)絡(luò)安全性不能進(jìn)行保證。所以，技術(shù)人員、研發(fā)人員一定要根據(jù)實(shí)際情況，以擴(kuò)展性及安全性為主要核心，從優(yōu)化保障、安全穩(wěn)定角度出發(fā)，使物聯(lián)網(wǎng)可以在高效、安全的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)當(dāng)中得以快速運(yùn)行[3]。

5G 技術(shù)能夠推動(dòng)區(qū)塊鏈的發(fā)展，從而導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營成本得到有效的控制。目前大部分的物聯(lián)網(wǎng)公司在運(yùn)營的過程中，會使用到云計(jì)算等各種相關(guān)的技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的相關(guān)各種終端服務(wù)器給物聯(lián)網(wǎng)中所使用到的各種智能化電器，提供大量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行交換和存儲服務(wù)。隨著當(dāng)今社會的不斷發(fā)展，設(shè)備的鏈接數(shù)量會變得越來越龐大，并且還會不斷的增長，以往所使用的計(jì)算機(jī)計(jì)算能力以及存儲容量等方面無法滿足現(xiàn)代社會發(fā)展中的相關(guān)需求。只有將5G 技術(shù)進(jìn)行充分的運(yùn)用，促進(jìn)區(qū)塊鏈和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，才能夠有效的滿足物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展過程中的相關(guān)需求。由于獲得了5G 技術(shù)的支持，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)之中，能夠?qū)⑾嚓P(guān)的隱私信息進(jìn)行有效的保護(hù)。

4 結(jié)論

通過整合區(qū)塊鏈技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的用戶真正擁有了自己的數(shù)據(jù)，也擁有了自己設(shè)備帶來的價(jià)值，這是跟傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)完全不同的生態(tài)體系。這是區(qū)塊鏈不可篡改和信息確權(quán)特性帶來的巨大改變。而 5G 技術(shù)的融合，能做到實(shí)時(shí)的保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性，為下一步工作開展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。