物聯(lián)網中區(qū)塊鏈技術的應用與展望

馮順萍

（招商華軟信息有限公司 廣東省廣州市 510520）

物聯(lián)網中區(qū)塊鏈技術的應用是十分廣泛的，不僅可以應用于追蹤歷史信息，也可以安全高效地進行設備與設備甚至設備與人之間數據交互的協(xié)調。就拿家庭中常見的智能家電來說，有些家電是每天都需要被使用的，例如抽油煙機、冰箱、熱水器等，但有些家電使用頻率并不是特別高，以空調為例，絕大部分家庭只在天氣特別熱，或是特別冷的時候才會使用到空調，而空調又屬于大型電器，在家中會存在五年甚至更長時間。對于這些家電來說，要進行統(tǒng)一的管理，就因為使用頻率不同而出現一定程度的耗損，而為了使用頻率較低的家電專門構建一個云計算服務器來管理又顯得有些多此一舉。然后如果在家用電器的物聯(lián)網應用上加入區(qū)塊鏈技術，就能夠依靠區(qū)塊鏈網絡對數據的處理和儲存功能對這些設備進行分級控制和管理，也就達到了節(jié)約成本的目的，提高了物聯(lián)網系統(tǒng)的管理效率。本文就將圍繞現階段物聯(lián)網發(fā)展中存在的問題，對其更新與發(fā)展進行展開分析。

1 物聯(lián)網發(fā)展現狀和存在的痛點

1.1 成本問題

物聯(lián)網技術需要借用互聯(lián)網渠道把物與物連接起來，通過智能化的信息交互進行控制與管理，加之信息時代科技的更新?lián)Q代速度較快，這就決定了物聯(lián)網的發(fā)展必將催生更多的應用。而電子標簽與獨顯設備的工藝復雜，需求量大，價格自然高，因此，要大規(guī)模地進行應用，成本問題就很難解決，這就導致了物聯(lián)網發(fā)展受限。

1.2 安全問題

由于物聯(lián)網是在互聯(lián)網技術的基礎上進行發(fā)展的，而互聯(lián)網在把人與人的距離拉近的同時也帶來了更多可能導致信息泄露的安全隱患，這個問題也同樣存在于物聯(lián)網技術的應用之中。將物聯(lián)網技術應用于大型企業(yè)之間的商務合作，那么如何才能確保商業(yè)機密不會泄露；對個人而言，在生活中應用物聯(lián)網技術要求把事先預設的電子標簽嵌入日常要使用的各物品中，這同時也就說明著，我們將時時處于一種被監(jiān)控的狀態(tài)。那么如何在確保日常生活可以通過物聯(lián)網技術變得更便捷的同時，保證個人信息安全，這都將成為物聯(lián)網技術推廣的關鍵問題，如果不能解決這些問題物聯(lián)網技術將很難得到真正廣泛的應用。

1.3 技術標準

在我國，針對物聯(lián)技術規(guī)范的標準化管理還相對缺乏，尤其是接口以及數據模型的標準化研究還較少。雖然，在2005年時我國為解決物聯(lián)網行業(yè)技術不規(guī)范的問題，在電子標簽產業(yè)中頒布了《中國射頻識別(RFID)技術政策白皮書》，并在白皮書中對RFID核心技術進行了研究與開發(fā)，且制定出了與我國國情相符合的行業(yè)技術標準。但是，因為我國的研究開發(fā)制定了符合我國國情的技術標準。但是，由于中國的相關科研產業(yè)管理還不夠規(guī)范，RFID產業(yè)仍是一片混亂。即使技術強度在不斷增強，卻沒有統(tǒng)一的技術標準進行管理。

1.4 商業(yè)模式

物聯(lián)網在技術實施中分為感知，網絡，應用三個模塊，每一個模塊都有相應的多種商業(yè)模式可供選擇。因此，為了能最大程度地獲得收益，在未來的物聯(lián)網生態(tài)建設中，商業(yè)模式的選擇就變得至關重要。但當下的物聯(lián)網發(fā)展過程中，卻沒有出現能夠保證其持續(xù)發(fā)展的成熟的商業(yè)盈利模式。

1.5 知識產權

在物聯(lián)網技術發(fā)展產品化的過程中，我國一直缺乏一些關鍵技術的掌握，所以產品檔次上不去，價格下不來[3]。缺乏RFID等等關鍵技術的獨立自主權，這是限制我國物聯(lián)網發(fā)展的關鍵因素之一。

2 區(qū)塊鏈在物聯(lián)網中應用的優(yōu)勢

對于以上制約物聯(lián)網發(fā)展的幾種問題，大多數解決方案都圍繞著集中式服務器來進行處理。但是這種模式下，云計算能力無法與龐大的設備數據進行充分匹配，數據的傳輸帶寬也限制了網絡性能。

事實上，區(qū)塊鏈就是一個新型的分布式數據庫，此數據庫最主要的目的就是對不斷增長的物聯(lián)網數據進行紀錄和維護。在數據庫中，相關數據利用特殊的密碼學技術，將多個相互關聯(lián)的數據串聯(lián)成各種節(jié)點，且節(jié)點一旦形成將無法輕易的被泄露或復制。而在區(qū)塊鏈中，區(qū)塊就是數據元，承擔著數據處理、保存的作用，只有通過區(qū)塊才能將這些數據錄入數據庫中；鏈則是一種校驗技術，它能利用Merkle tree對數據進行校驗，從而判斷區(qū)塊內的數據是否被改變。將區(qū)塊鏈技術運用到物聯(lián)網中，不僅提高了物聯(lián)網運輸數據的傳送速率，而且確保物聯(lián)網使用安全。但是，因為網絡性能受到網絡邊緣設備以及云服務器傳輸寬帶速率的制約，使得物聯(lián)網網絡速度發(fā)生延遲，帶來了不小的安全隱患；而對數據進行集中化管理的過程中的集中化管理使得物聯(lián)網隱私安全性得不到保障且在云服務及網絡邊緣設備數據傳輸過程中因傳輸數據量增大而增加了物聯(lián)網使用成本。

為解決物聯(lián)網中心化架構問題，各地出現了一些基于分布式P2P的物聯(lián)網架構，但是這樣也并未讓物聯(lián)網架構的弊端得到有效解決，直至專家開始將區(qū)塊鏈的概念引入到物聯(lián)網行業(yè)，才讓這些問題得到有效解決。例如，在對物聯(lián)網數據進行管理時可知，在數據管理中區(qū)塊是組成區(qū)塊鏈的基本單位，而區(qū)塊又是由區(qū)塊及其主體組成。區(qū)塊鏈技術利用特殊的密碼技術將物聯(lián)運運行中產生的所有數據實時傳輸到區(qū)塊中并進行保存，被保存后的數據無法被惡意改變或刪除，從而對物聯(lián)網數據存儲的安全性提供保證。

3 物聯(lián)網中區(qū)塊鏈技術的應用

近年來，隨著我國互聯(lián)網專家對區(qū)塊鏈技術的深入研究，使得我國的互聯(lián)網技術延伸到了金融、交通運輸、醫(yī)藥以及農業(yè)等行業(yè)，尤其是針對數據存儲、傳感器、身份管理、檔案管理等供應鏈管理技術已相對成熟。

3.1 區(qū)塊鏈層級架構

為確保區(qū)塊鏈技術的科學應用，針對區(qū)塊鏈技術使用場景的差異性，將區(qū)塊鏈自上而下的分為了應用層、合約層、共識層、網絡層以及數據層共記六個層次結構。

3.2 區(qū)塊鏈在實際物聯(lián)網中的應用場景

在對物聯(lián)網中區(qū)塊鏈技術的應用進行總結歸納時發(fā)現，其主要應用于以下幾方面：

3.2.1 車聯(lián)網

在汽車行駛的過程中，車輛需要根據收集到的道路信息來對車輛的駕駛路線進行規(guī)劃和選擇，從而提高汽車駕駛的安全性，提供更好的駕駛服務。將區(qū)塊鏈技術引入到車聯(lián)網中：

（1）有效解決傳統(tǒng)車輛在集中式管理中因害怕單點故障而拒絕將物聯(lián)網中車聯(lián)網的數據上傳管理中心的問題；

（2）有效保證了數據訪問的安全性，用戶在訪問和提取數據時必須要經過身份驗證，利用區(qū)塊鏈集中、分散管理互聯(lián)網數據?？衫弥悄芎霞s來提高路側基礎設施數據存儲的效率和安全。

3.2.2 農產品運輸

在農產品運輸物聯(lián)網中最為重要的版塊就是傳感器，傳感器數據傳輸是確保物聯(lián)網常規(guī)運行的基礎，且傳感器與區(qū)塊鏈技術的有機結合可對傳感器傳輸數據進行保存，以便于之后進行查找，而這也是有效提高物聯(lián)網去中心化信任和安全的重要方式。例如，在加拿大的某一個物聯(lián)網公司中，它們通過傳感器對農產品運輸車輛內的微氣候進行科學檢測，然后利用區(qū)塊鏈技術將已經檢測到的數據信息時實上傳至區(qū)塊中進行加工處理后保存，從而使得相應的供應商、農產品公司以及運輸單位能夠實施的掌握和了解農產品的運輸情況，極大限度的保證了農產品的運輸安全。

4 針對物聯(lián)網的區(qū)塊鏈底層技術

4.1 系統(tǒng)架構

一開始物聯(lián)網架構是以服務器—客戶端為中心，但是在應用的過程中發(fā)現此方式無法確保數據傳輸安全，進行改進之后發(fā)展到開放式云中心的系統(tǒng)架構，但此方式依然存在一定的安全隱患，相關專家對此進行了更深層次的研究后形成了分布式P2P架構。在上述物聯(lián)網系統(tǒng)架構中，以云服務器為基礎的物聯(lián)網存在著其固有隱患，一旦服務器出錯或被惡意攻擊后將使得整個物聯(lián)網系統(tǒng)癱瘓，從而造成不可估量的損失。而將區(qū)塊鏈技術應用在物聯(lián)網中，讓物聯(lián)網不需要依賴某一個中心節(jié)點或云服務器，如需在物聯(lián)網上進行交易，交易過程需要進行密碼操作及驗證，所以一旦在操作過程中存在某一惡意節(jié)點，可拒絕該節(jié)點在區(qū)塊鏈數據上進行其余操作。另外，區(qū)塊鏈的節(jié)點眾多，即使被修改了一個節(jié)點也不能對所有節(jié)點和數據庫造成威脅，除非信息篡改者對區(qū)塊鏈一半以上的節(jié)點全部惡意改變、刪除或復制才會對數據內的信息進行真正篡改，但這樣難度極大且是無法實現的。另外，在物聯(lián)網交易過程中，交易者可隨時隨地在物聯(lián)網中查詢自己的交易信息，但是交易者的私人信息是受保護的，都是以匿名的方式進行。

4.2 共識算法

分布式系統(tǒng)集群設計過程中會遇到一致性生問題的困擾，針對分布式系統(tǒng)中眾多服務節(jié)點，給定一系列操作，如何利用全同對局部處理結果達成一致成為了當前分布式系統(tǒng)急需解決的問題。其中，分布式條結集群設計一致性問題表現為分布或系統(tǒng)中的各個節(jié)點之間的通信缺乏科學性，導致節(jié)點通信出現延遲和阻塞.節(jié)點處理結果出錯，而節(jié)點自身出極有可能出現容機問題。例如，兩家由影院同時銷售同一數量的電影票，在此情況下，要怎樣設計才能確保兩家電影院的票能夠同步協(xié)調賣出且不出現紕漏。共識算法就是針對合一問題而形成一致意見的過程。

4.3 智能合約

實際上，智能合約就是利用計算機指令的方式對傳統(tǒng)合約盡心智能化處理的程序。但是，智能合約又不僅是一個進行自動化處理的智能程序，它本身也參與了系統(tǒng)運行，能夠對接收到的信息進行處理、存儲，并將信息傳遞和發(fā)送給指定區(qū)塊鏈。這一過程就好比一個被信任的人，能夠將將自己的資產交由其進行保管，并按照事先指定的規(guī)則進行操作。

簡單來說就是，一旦有相關內容符合該合約條款時，不需要人為操作該程序就會自動啟動合約并執(zhí)行合約內容。但是，到當前為止，我國暫時還沒有實現智能合約工作理論究，其原因是我國當前針對可編程合約數字技術尚未成熟志?？墒?，隨著區(qū)塊鏈技術的日漸成熟，我們發(fā)現該技術不僅能夠支持合約編程，還能夠解決從前數據集中化管理、可篡改且過程混亂等問題，與智能合約的匹配度較高，也可以說區(qū)塊鏈技術的特征之一就是智能合約。

5 安全和可用性分析

在物聯(lián)網運行的過程中，影響物聯(lián)網運行安全最主要的因素就是物聯(lián)網設備安全，而這一因素也是當前物聯(lián)網運行的薄弱環(huán)節(jié)，且這一影響因素至今還未得到妥善解決，造成這一影響的原因包括：物聯(lián)網運行設備種類太過復雜多樣；物聯(lián)網廠商將重點放在了物聯(lián)網設備的功能性上，缺乏相關的安全意識，且未對設備采取相關的安全保護方式；部分設備成本計算相對敏感，計算和存儲能力基本上以滿足功能需求為參考，附加安全措施會增加額外的成本；設備上使用的操作系統(tǒng)，大多基于開源的操作系統(tǒng)改編過來，廠商依賴于這些操作系統(tǒng)本身的進步來增強安全性，通常不會積極主動提供升級的能力等，不僅需要技術手段，還需要法規(guī)和監(jiān)管等手段來規(guī)范市場和產業(yè)。而區(qū)塊鏈是由眾多節(jié)點組成的一個數據庫，不存在中心管理設備和機構。節(jié)點與節(jié)點之間的安全是通過密碼技術來進行驗證的，無需互相相信，只需要按照系統(tǒng)預定的規(guī)則計算則可，節(jié)點之間互相聯(lián)系卻又互不影響。另外，區(qū)塊鏈網絡的參與者可以是任何人，每一臺網絡連接設備都可單獨作為一個節(jié)點，可在該節(jié)點的網絡數據庫中對數據信息進行瀏覽和下載。

6 結束語

綜上所述，區(qū)塊鏈技術在物聯(lián)網中的運用已不可避免，但是區(qū)塊鏈技術同物聯(lián)網的匹配融合程度直接影響物聯(lián)網運行安全，且隨著社會的持續(xù)發(fā)展，各類物聯(lián)網信息內容只增不減，只有不斷加強區(qū)塊鏈技術在物聯(lián)網中的適用性和應用研究，才能滿足日益強大的物聯(lián)網技術需求，促進物聯(lián)網的進一步發(fā)展。