区块链技术在物联网工程中的运用研究

摘  要：目前，物联网工程存在多种问题，如用户隐私泄露问题、维护成本高、设备管理难度高等，为有效解决以上问题，需要运用区块链技术。基于此，本文对区块链的涵义、特点进行了深入分析，然后深入阐述了区块链技术在物联网工程中的运用，包括物联网工程运用区块链技术的优势、区块链技术背景下物联网工程的架构等，然后提出了物联网运用区块链技术的挑战与改进措施，具有重要的意义。

关键词：区块链技术;物联网工程;数据库技术

中图分类号：TN929.5;TP311.13;TP391.44      文献标识码：A        文章编号：2096-4706（2019）17-0167-03

Abstract：At present，there are many problems in the internet of things，such as user privacy leakage，high maintenance cost and high difficulty in equipment management. In order to effectively solve these problems，block chain technology is used. Based on this，this paper makes an in-depth analysis of the meaning and characteristics of block chain，and then elaborates the application of block chain technology in the internet of things project，including the advantages of block chain technology in the internet of things project，the architecture of the internet of things project under the background of block chain technology，and then puts forward the application of block chain technology in the internet of things industry. Then the challenges and improvement measures of applying block chain technology in the internet of things are put forward，which is of great significance.

Keywords：block chain technology;internet of things project;database technology

0  引  言

在最近幾年中，随着我国互联网技术的不断快速发展，人们越来越广泛地使用物联网工程，但在这一过程中却出现了越来越多的问题，如隐私保护问题、管理成本高问题、设备管理难度高问题等。而通过运用区块链技术，则能够有效解决以上问题。基于此，本文对区块链技术在物联网工程中的运用进行了深入研究，具有重要的意义。

1  相关理论基础概述

1.1  区块链的涵义

区块链技术，就是指一种互联网数据库技术，通过有效结合各种计算机技术，如共识机制、加密算法技术、P2P传输技术等，在物联网工程中运用区块链技术，可以促使所有用户都能够对数据库的记录进行参与。区块链包括区块、交易。其中，交易就是指一次数据库的操作，区块能够对一段时间中所出现的结果和交易进行记录。区块包括块身、块头，块头储存着区块的描述，通过验证的交易信息由块身进行储存。综上所述，区块链就是指一个根据时间顺序连接多个不同的区块后所形成的数据库。

1.2  区块链技术的特点

第一，区块链数据库选用非对称加密算法，用户能够对信息进行解密与加密。私钥，就是指经过解密的密码;公钥，就是指经过加密的密码。只有信息拥有者才能够掌握私钥，公钥在整个网络中对外可见的。由于私钥用于解密，公钥用于加密，因此有效确保了数据的安全性。通过运用私钥，用户可以加密信息，形成数字签名，其他用户通过利用公钥，能够对数字签名进行有效验证，有效确保了数据的真实性。第二，通过利用互联网，有效连接区块链数据库的所有储存节点。以上储存节点是由不同的用户所拥有的，所有节点都是平等的。因此，区块链技术设置了去中心化对等网络，通过构建智能合约，能够有效安全保密、防止伪造篡改可追溯的链式数据。根据时间顺序，对链接区块进行有效建立。根据时间，通过运用区块的块头，可以溯源区块链的信息，及时掌握区块链数据库的历史数据。当新的区块链连接区块链尾端时，无法改变、删除区块的数据，有效提高了区块链数据库的严谨性。所以，区块链数据库是无法进行篡改的。分布式结构是区块主要选用的储存方式，能够有效连接储存系统的全部节点，同时节点可以储存区块链的完整数据。通过制定P2P协议，可以将形成的交易实时传播至整个网络，将全部节点送给形成的新区块，同时利用共识机制，对信息进行验证。当相同节点信息比重大于56%时，可以有效达成共识，以确保数据的精准性。

2  区块链技术在物联网工程中的具体运用

2.1  物联网工程运用区块链技术的优势

第一，多方共识、身份权限的管理，实现了设备身份管理的接入。通过利用区块链技术，建立设备身份管理体系，对由个人实体身份至设备身份的、接入二者之间的映射关系进行构建，能够有效验证使用者和设备端二者之间双向的可追溯，能够对非法节点进行有效识别，对恶意节点的作恶、接入进行有效阻止。第二，通过有效融合物联网与区块链，能够对电子证据存证进行有效建立。对区块链网络进行建立，所有参与方对相同分布式账本进行有效维护，通过高度冗余数据，能够有效提高数据的可信度，通过构建块链式结构，能够有效验证数据，并有效存证电子证据。第三，主体对等特点和分布式架构特点，有利于物联网信息孤岛栓桔的打破。通过依托数据读取方式、智能合约的事前约定规则等，能够横向流动信息，有助于多方协同合作能力的提高。第四，弱中心化、多中心的特性，有助于中心化架构运维成本的减小。多中心的分散式系统，通过选用水平扩展方式，能够促使分散式系统变得更为灵活，更具扩展性，能够有效减少运维成本，有助于中心化系统故障问题的解决。第五，安全通信、信息加密的特性，能够有效保护数据的隐私性。通过利用区块链技术，可以使数据边界变得更为清晰，能够对数据的确权进行有效提高，在区块链内，数据均采用加密储存方式，只有通过身份认证、审计留痕、解密权授予，才能够操作数据，所以可以有效分离数据的使用权与所有权，能够有效保护数据的隐私性。

2.2  区块链技术背景下物联网工程的架构

物联网工程体系的架构是由四部分共同构成的，包括业务运用系统、运营支撑平台、信息传输系统、信息采集系统。其中，业务运用系统，主要将用户需求作为主要依据，向行业提供运用服务;运营支撑平台，主要向运用、业务提供支撑;通过利用网络，信息传输系统能够向运营支撑平台传输采集的信息;信息采集系统包括多种设备，如网关、摄像头、传感器等，主要用于采集业务数据。在物联网工程体系架构中，可以广泛运用区块链技术。通过利用信息采集系统，能够有效连接物联网内所有设备和区块链节点，能够提供资源储存功能。通过选用P2P传输方式，信息传输系统能够实现信息的共享。通过利用运营支撑平台，能够提供安全技术支撑，如保护隐私、提供智能合约等。通过有效结合物联网和业务运用系统，能够将防伪溯源等服务提供给用户。

2.2.1  区块链支撑平台

选用区块链技术，有助于设备安全性的提高，能够对设备信息进行身份验证，通过利用共识机制，可以获取更为精准的设备信息，通过运用智能合约技术，可以将全部数据操作情况达成协议，另外，通过采用非对称加密算法技术，能够保护数据隐私性的目的。

2.2.2  区块链的应用系统

通过有效结合行业需求和区块链技术，能够提高相应的技术服务，例如，通过有效结合二维码技术和区块链技术，能够将产品防伪溯源服务提供给用户，能够通过ERP监管企业的生产销售流程。

2.2.3  信息采集系统对区块链技术的应用

通过利用区块链技术，信息采集系统可以通过利用传感器网络向其所属数据节点传输信息。以上数据节点能够将所有采集的信息形成一个区块。区块块头对前一区块、设备信息的链接进行有效储存，区块快速对采集信息进行储存，无法改变、删除区块数据。

2.2.4  信息传输系统对区块链技术的应用

根据P2P协议，区块链节点能够向整个网络的全部节点传输新生成的区块，并进行储存。当一些节点失效时，P2P可以对网络拓扑结构进行自动调整，有效确保其他节点之间的联通性。

3  物聯网工程运用区块链技术的挑战与改进措施

3.1  面临的挑战

物联网工程运用区块链技术，面临以下几大挑战，即：第一，数据膨胀。区块链技术是一种无法删除、只能附加的数据储存技术。随着区块链技术水平的不断提高，物联网设备在储存空间方面存在受限问题。第二，性能瓶颈。传统比特币交易为6笔/s，再加上共识确认，要想写入区块链，需要花费60min，进而会出现报警时延、反馈时延现象，因为物联网网络对时延非常敏感，特别是在工业物联网领域，因此以上现象是不可行的。第三，资源的消耗。物联网设备存在多种问题，如电池续航短、联网能力低等。通过比特币交易的工作量，充分表明机制消耗大量的资源，物联网节点的部署对此是无法适应的。另外，为保证数据的一致性，分布式架构需要共识机制。第四，分区容忍。工业物联网对一直在线给予了高度重视。不过退出网络、频繁加入、物联网节点失效等都是十分常见的现象，极易导致网络震荡现象的出现。

3.2  改进措施

物联网工程运用区块链技术的改进措施，本文主要对以下进行考虑：第一，物联网层面。随着我国低能耗广域网技术的不断发展，能够不断有效解决多种问题，包括蓄电量问题、功耗问题、传输距离问题、传输质量问题等。针对数据的膨胀，通过分析超摩尔定律、摩尔定律，能够有效降低储存成本，有效提高物联网储存能力。针对性能瓶颈问题，随着各种新工艺、新技术的不断完善，功率低、体积小的传感节点将会变得越来越普及。第二，区块链层面。在资源消耗方面，可以不对资源消耗高的共识机制进行使用，可以选择使用投票的共识机制。不过从某种层面上来说，会损耗节点的扩展性，所以一定要将实际业务情况作为主要依据来进行有效权衡。为有效解决数据膨胀问题，宜选用SPV方式。在系统架构方面，对轻型节点、重型节点给予大力支持。其中，轻型节点主要进行校验工作;重型节点主要对区块链的全量数据进行储存。针对性能瓶颈问题，目前许多公司改进了区块链软件平台。例如，IOTA建议不运用链式结构，选用DAG数据结构，以对交易性能进行有效提高，同时赋予其抗量子攻击的特性。

4  结  论

自区块链技术出现以来，有效解决了我国物联网工程中存在的问题。不过当前我国区块链技术正处于初步发展时期，存在不少问题和缺陷，如共识延时比较长、数据查询速度缓慢等，同时尚未制定相应的保障机制。所以，在今后研究中，一定要与物联网工程特点进行有效结合，对区块结构进行深入研究，对数据检索效率进行有效提高，对智能合约、物联网工程共识算法进行深入研究，对数据结构、智能合约有效性进行深入研究，制定有效区块链技术运用标准，以实现物联网工程对区块链技术的充分利用。

参考文献：

[1] 史锦山，李茹.物联网下的区块链访问控制综述 [J].软件学报，2019，30（6）：1632-1648.

[2] 黄伟.基于区块链技术的物联网安全分析 [J].中国新通信，2018，20（22）：150-151.

[3] 王怡婷，陈德毓.区块链技术在物联网安全相关领域的作用 [J].数字技术与应用，2018，36（11）：189-190.

[4] 王艺超.基于区块链技术的物联网安全解决对策 [J].电子技术与软件工程，2019（1）：170-171.

[5] 杨迟迟.物联网+区块链技术的先行者 [J].信息化建设，2019（1）：60.

作者简介：姚篮（1982.03-），女，汉族，甘肃灵台人，中级职称，讲师，本科，研究方向：电子信息工程。