物联网中区块链技术的应用与展望

冯顺萍

（招商华软信息有限公司 广东省广州市 510520）

物联网中区块链技术的应用是十分广泛的，不仅可以应用于追踪历史信息，也可以安全高效地进行设备与设备甚至设备与人之间数据交互的协调。就拿家庭中常见的智能家电来说，有些家电是每天都需要被使用的，例如抽油烟机、冰箱、热水器等，但有些家电使用频率并不是特别高，以空调为例，绝大部分家庭只在天气特别热，或是特别冷的时候才会使用到空调，而空调又属于大型电器，在家中会存在五年甚至更长时间。对于这些家电来说，要进行统一的管理，就因为使用频率不同而出现一定程度的耗损，而为了使用频率较低的家电专门构建一个云计算服务器来管理又显得有些多此一举。然后如果在家用电器的物联网应用上加入区块链技术，就能够依靠区块链网络对数据的处理和储存功能对这些设备进行分级控制和管理，也就达到了节约成本的目的，提高了物联网系统的管理效率。本文就将围绕现阶段物联网发展中存在的问题，对其更新与发展进行展开分析。

1 物联网发展现状和存在的痛点

1.1 成本问题

物联网技术需要借用互联网渠道把物与物连接起来，通过智能化的信息交互进行控制与管理，加之信息时代科技的更新换代速度较快，这就决定了物联网的发展必将催生更多的应用。而电子标签与独显设备的工艺复杂，需求量大，价格自然高，因此，要大规模地进行应用，成本问题就很难解决，这就导致了物联网发展受限。

1.2 安全问题

由于物联网是在互联网技术的基础上进行发展的，而互联网在把人与人的距离拉近的同时也带来了更多可能导致信息泄露的安全隐患，这个问题也同样存在于物联网技术的应用之中。将物联网技术应用于大型企业之间的商务合作，那么如何才能确保商业机密不会泄露；对个人而言，在生活中应用物联网技术要求把事先预设的电子标签嵌入日常要使用的各物品中，这同时也就说明着，我们将时时处于一种被监控的状态。那么如何在确保日常生活可以通过物联网技术变得更便捷的同时，保证个人信息安全，这都将成为物联网技术推广的关键问题，如果不能解决这些问题物联网技术将很难得到真正广泛的应用。

1.3 技术标准

在我国，针对物联技术规范的标准化管理还相对缺乏，尤其是接口以及数据模型的标准化研究还较少。虽然，在2005年时我国为解决物联网行业技术不规范的问题，在电子标签产业中颁布了《中国射频识别(RFID)技术政策白皮书》，并在白皮书中对RFID核心技术进行了研究与开发，且制定出了与我国国情相符合的行业技术标准。但是，因为我国的研究开发制定了符合我国国情的技术标准。但是，由于中国的相关科研产业管理还不够规范，RFID产业仍是一片混乱。即使技术强度在不断增强，却没有统一的技术标准进行管理。

1.4 商业模式

物联网在技术实施中分为感知，网络，应用三个模块，每一个模块都有相应的多种商业模式可供选择。因此，为了能最大程度地获得收益，在未来的物联网生态建设中，商业模式的选择就变得至关重要。但当下的物联网发展过程中，却没有出现能够保证其持续发展的成熟的商业盈利模式。

1.5 知识产权

在物联网技术发展产品化的过程中，我国一直缺乏一些关键技术的掌握，所以产品档次上不去，价格下不来[3]。缺乏RFID等等关键技术的独立自主权，这是限制我国物联网发展的关键因素之一。

2 区块链在物联网中应用的优势

对于以上制约物联网发展的几种问题，大多数解决方案都围绕着集中式服务器来进行处理。但是这种模式下，云计算能力无法与庞大的设备数据进行充分匹配，数据的传输带宽也限制了网络性能。

事实上，区块链就是一个新型的分布式数据库，此数据库最主要的目的就是对不断增长的物联网数据进行纪录和维护。在数据库中，相关数据利用特殊的密码学技术，将多个相互关联的数据串联成各种节点，且节点一旦形成将无法轻易的被泄露或复制。而在区块链中，区块就是数据元，承担着数据处理、保存的作用，只有通过区块才能将这些数据录入数据库中；链则是一种校验技术，它能利用Merkle tree对数据进行校验，从而判断区块内的数据是否被改变。将区块链技术运用到物联网中，不仅提高了物联网运输数据的传送速率，而且确保物联网使用安全。但是，因为网络性能受到网络边缘设备以及云服务器传输宽带速率的制约，使得物联网网络速度发生延迟，带来了不小的安全隐患；而对数据进行集中化管理的过程中的集中化管理使得物联网隐私安全性得不到保障且在云服务及网络边缘设备数据传输过程中因传输数据量增大而增加了物联网使用成本。

为解决物联网中心化架构问题，各地出现了一些基于分布式P2P的物联网架构，但是这样也并未让物联网架构的弊端得到有效解决，直至专家开始将区块链的概念引入到物联网行业，才让这些问题得到有效解决。例如，在对物联网数据进行管理时可知，在数据管理中区块是组成区块链的基本单位，而区块又是由区块及其主体组成。区块链技术利用特殊的密码技术将物联运运行中产生的所有数据实时传输到区块中并进行保存，被保存后的数据无法被恶意改变或删除，从而对物联网数据存储的安全性提供保证。

3 物联网中区块链技术的应用

近年来，随着我国互联网专家对区块链技术的深入研究，使得我国的互联网技术延伸到了金融、交通运输、医药以及农业等行业，尤其是针对数据存储、传感器、身份管理、档案管理等供应链管理技术已相对成熟。

3.1 区块链层级架构

为确保区块链技术的科学应用，针对区块链技术使用场景的差异性，将区块链自上而下的分为了应用层、合约层、共识层、网络层以及数据层共记六个层次结构。

3.2 区块链在实际物联网中的应用场景

在对物联网中区块链技术的应用进行总结归纳时发现，其主要应用于以下几方面：

3.2.1 车联网

在汽车行驶的过程中，车辆需要根据收集到的道路信息来对车辆的驾驶路线进行规划和选择，从而提高汽车驾驶的安全性，提供更好的驾驶服务。将区块链技术引入到车联网中：

（1）有效解决传统车辆在集中式管理中因害怕单点故障而拒绝将物联网中车联网的数据上传管理中心的问题；

（2）有效保证了数据访问的安全性，用户在访问和提取数据时必须要经过身份验证，利用区块链集中、分散管理互联网数据。可利用智能合约来提高路侧基础设施数据存储的效率和安全。

3.2.2 农产品运输

在农产品运输物联网中最为重要的版块就是传感器，传感器数据传输是确保物联网常规运行的基础，且传感器与区块链技术的有机结合可对传感器传输数据进行保存，以便于之后进行查找，而这也是有效提高物联网去中心化信任和安全的重要方式。例如，在加拿大的某一个物联网公司中，它们通过传感器对农产品运输车辆内的微气候进行科学检测，然后利用区块链技术将已经检测到的数据信息时实上传至区块中进行加工处理后保存，从而使得相应的供应商、农产品公司以及运输单位能够实施的掌握和了解农产品的运输情况，极大限度的保证了农产品的运输安全。

4 针对物联网的区块链底层技术

4.1 系统架构

一开始物联网架构是以服务器—客户端为中心，但是在应用的过程中发现此方式无法确保数据传输安全，进行改进之后发展到开放式云中心的系统架构，但此方式依然存在一定的安全隐患，相关专家对此进行了更深层次的研究后形成了分布式P2P架构。在上述物联网系统架构中，以云服务器为基础的物联网存在着其固有隐患，一旦服务器出错或被恶意攻击后将使得整个物联网系统瘫痪，从而造成不可估量的损失。而将区块链技术应用在物联网中，让物联网不需要依赖某一个中心节点或云服务器，如需在物联网上进行交易，交易过程需要进行密码操作及验证，所以一旦在操作过程中存在某一恶意节点，可拒绝该节点在区块链数据上进行其余操作。另外，区块链的节点众多，即使被修改了一个节点也不能对所有节点和数据库造成威胁，除非信息篡改者对区块链一半以上的节点全部恶意改变、删除或复制才会对数据内的信息进行真正篡改，但这样难度极大且是无法实现的。另外，在物联网交易过程中，交易者可随时随地在物联网中查询自己的交易信息，但是交易者的私人信息是受保护的，都是以匿名的方式进行。

4.2 共识算法

分布式系统集群设计过程中会遇到一致性生问题的困扰，针对分布式系统中众多服务节点，给定一系列操作，如何利用全同对局部处理结果达成一致成为了当前分布式系统急需解决的问题。其中，分布式条结集群设计一致性问题表现为分布或系统中的各个节点之间的通信缺乏科学性，导致节点通信出现延迟和阻塞.节点处理结果出错，而节点自身出极有可能出现容机问题。例如，两家由影院同时销售同一数量的电影票，在此情况下，要怎样设计才能确保两家电影院的票能够同步协调卖出且不出现纰漏。共识算法就是针对合一问题而形成一致意见的过程。

4.3 智能合约

实际上，智能合约就是利用计算机指令的方式对传统合约尽心智能化处理的程序。但是，智能合约又不仅是一个进行自动化处理的智能程序，它本身也参与了系统运行，能够对接收到的信息进行处理、存储，并将信息传递和发送给指定区块链。这一过程就好比一个被信任的人，能够将将自己的资产交由其进行保管，并按照事先指定的规则进行操作。

简单来说就是，一旦有相关内容符合该合约条款时，不需要人为操作该程序就会自动启动合约并执行合约内容。但是，到当前为止，我国暂时还没有实现智能合约工作理论究，其原因是我国当前针对可编程合约数字技术尚未成熟志。可是，随着区块链技术的日渐成熟，我们发现该技术不仅能够支持合约编程，还能够解决从前数据集中化管理、可篡改且过程混乱等问题，与智能合约的匹配度较高，也可以说区块链技术的特征之一就是智能合约。

5 安全和可用性分析

在物联网运行的过程中，影响物联网运行安全最主要的因素就是物联网设备安全，而这一因素也是当前物联网运行的薄弱环节，且这一影响因素至今还未得到妥善解决，造成这一影响的原因包括：物联网运行设备种类太过复杂多样；物联网厂商将重点放在了物联网设备的功能性上，缺乏相关的安全意识，且未对设备采取相关的安全保护方式；部分设备成本计算相对敏感，计算和存储能力基本上以满足功能需求为参考，附加安全措施会增加额外的成本；设备上使用的操作系统，大多基于开源的操作系统改编过来，厂商依赖于这些操作系统本身的进步来增强安全性，通常不会积极主动提供升级的能力等，不仅需要技术手段，还需要法规和监管等手段来规范市场和产业。而区块链是由众多节点组成的一个数据库，不存在中心管理设备和机构。节点与节点之间的安全是通过密码技术来进行验证的，无需互相相信，只需要按照系统预定的规则计算则可，节点之间互相联系却又互不影响。另外，区块链网络的参与者可以是任何人，每一台网络连接设备都可单独作为一个节点，可在该节点的网络数据库中对数据信息进行浏览和下载。

6 结束语

综上所述，区块链技术在物联网中的运用已不可避免，但是区块链技术同物联网的匹配融合程度直接影响物联网运行安全，且随着社会的持续发展，各类物联网信息内容只增不减，只有不断加强区块链技术在物联网中的适用性和应用研究，才能满足日益强大的物联网技术需求，促进物联网的进一步发展。