亓越

摘要：物聯(lián)網設備充斥和便利了我們生活的各方面，但物聯(lián)網技術的碎片化問題日漸成為物聯(lián)網發(fā)展的巨大阻礙，影響技術的革新，區(qū)塊鏈技術的出現(xiàn)使這一問題迎刃而解。

關鍵詞：物聯(lián)網；區(qū)塊鏈；去中心化；邊緣計算

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）07-0094-02

隨著區(qū)塊鏈討論的持續(xù)升溫，以及物聯(lián)網技術滲透生活，不難發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網的分布式特性與區(qū)塊鏈的去中心化和分布式特點有著相似的共性，IBM也發(fā)布報告稱物聯(lián)網可能是區(qū)塊鏈技術的最佳應用場景。

在物聯(lián)網中，設備的海量數(shù)據(jù)是發(fā)展的核心，數(shù)據(jù)是價值所在。信息的碎片化、安全性、軟硬件互不相通問題，一直成為制約物聯(lián)網發(fā)展的最大因素。區(qū)塊鏈在物聯(lián)網的應用核心目標是解決不同領域的物聯(lián)網系統(tǒng)之間可信操作和繁重操作的問題，從而創(chuàng)建一個開放的生態(tài)系統(tǒng)。沒有區(qū)塊鏈的輔助，物聯(lián)網是割裂、封閉的體系，廣域物聯(lián)網和局域物聯(lián)網不能發(fā)生交互，私有化部署的工業(yè)系統(tǒng)和IDC為基礎的IT網絡難以連接。物聯(lián)網的數(shù)據(jù)往往需要較高的一致性和安全性，這是任何一個中心化體系下的技術難以解決的問題。物聯(lián)網和區(qū)塊鏈結合，就解決了其大量運用的安全性和一致性的問題。

1 物聯(lián)網在實際應用中的痛點

與生俱來的碎片化。不同類別的共享單車需要不同的手機應用開啟，這些節(jié)點并不等價，沒有標準，是碎片化的。不止于此，同樣聯(lián)網的感應門、煙霧報警器、咖啡售賣機、紅外線燈等所連接的網絡也是割裂的、封閉的。從而造成同樣類型的產品都是碎片化的，更不要說不同類型的產品了。而解決碎片化的一種方式需要引入操作系統(tǒng)以及中間件的概念，兼容碎片化的所有硬件設備，并提供統(tǒng)一的編程接口。

標準化也是一直困擾和阻礙物聯(lián)網大范圍普及的核心問題。IT技術是標準化的，個人電腦通過HTTP 協(xié)議和服務器進行交互，在瀏覽器上呈現(xiàn)出來，這是一種標準化。比特幣節(jié)點之間的全網廣播，也是標準化的。在標準化這件事上，整個物聯(lián)網行業(yè)嘗試了二十多年，在物理層標準上有 WiFi、BLE、ZigBee 等，工業(yè)網絡有Modbus、工業(yè)以太網等，不同標準之間不能兼容，應用層的標準也一直沒有推行起來。設備 B和設備B連接成功，但設備A卻并不知道任何操縱或是請求設備B的指令。更致命的是，同樣是一種設備，不同軟件商的私有協(xié)議各不相同，難以交互。

在物聯(lián)網的大規(guī)模應用及安全層面，也面臨眾多痛點。設備、芯片、模塊、網絡、平臺、應用、數(shù)據(jù)、服務等本身就是一條很冗長的產業(yè)鏈，涉及到的硬件設備技術和軟件服務技術龐雜，市場通道也沒有完全打開，導致價值傳導效應慢；其次，各類用戶、物體對象、感知控制設備、服務平臺、監(jiān)管平臺、第三方資源系統(tǒng)等之間的協(xié)作體系、信任體系和價值體系尚不完善，也導致物聯(lián)網融入行業(yè)的難度較大；最后，生產廠商或服務提供者的中心化物聯(lián)網平臺，大多擁有未經用戶授權的權限，收集和分析用戶數(shù)據(jù)甚至控制用戶設備，對用戶隱私和安全造成很大威脅。

2 物聯(lián)網與區(qū)塊鏈結合的技術解決方案

2.1 應用場景的物體抽象

在實際的物聯(lián)網場景中，我們面臨的設備是來自多個廠家的，每個廠商都有多種型號的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都不一樣，因此如何對這些物體進行抽象，對所需要的數(shù)據(jù)進行抽象，這是物聯(lián)網應用層要去解決的問題。物聯(lián)網端的數(shù)據(jù)偏向后端，兼容不同的設備和數(shù)據(jù)結構，就顯得尤為重要，做到能兼容市面上比較多的設備是一個浩大的工程。所以設計一個硬件的抽象層，把所有的硬件全部抽象出來，這樣數(shù)據(jù)在上傳到區(qū)塊鏈的時候就不需要把一個高、低電頻的信號量存起來。嵌入式設備的存儲空間有限，光一個狀態(tài)可能就記不起來了，這些設備可以進行驗證，在中間被設置起來。整個構架保證邊緣數(shù)據(jù)的采集，確保沒有人工干涉，進而把相對干凈的數(shù)據(jù)上鏈，并且提供相應接口，能和其他的鏈進行數(shù)據(jù)交互。

標準在應用層的統(tǒng)一，是物聯(lián)網當下最需要解決的問題，也是未來萬物互聯(lián)互通的重要基礎設施。 物聯(lián)網的標準不會在中心化的云端實現(xiàn)，而是在邊緣計算的可編程開始，摒棄傳統(tǒng)的模塊+云的模式，應用邏輯會在固件之外，形成統(tǒng)一的編程模型。

2.2 不同物聯(lián)網設備間的可信互操作

物聯(lián)網設備出場時，商家把一個唯一地址寫入硬件，并在硬件的包裝盒內放置該地址私鑰的二維碼?？刂浦行耐ㄟ^獲得私鑰后發(fā)送給設備綁定命令（使用該私鑰簽名），從而擁有該硬件的完整控制權。綁定后控制中心可以刪除設備的私鑰，僅保存控制中心自己的私鑰即。點對點控制：控制中心通過給設備發(fā)起一條帯自己簽名的控制指令，來操作設備?；阪溕蠣顟B(tài)的控制：當控制端無法和設備建立點對點連接時，可以讓控制端消費一些機區(qū)塊鏈Token（通證），在鏈上寫入一個"狀態(tài)改變〃，或"控制命令〃來操作目標設備。目標設備可以直接從鏈上同步狀態(tài)或控制命令，或則通過一個可信節(jié)點同步狀態(tài)或控制命令。這樣區(qū)塊鏈解決了所有設備都連上云后的運維成本和穩(wěn)定性問題。自動化控制：并不需要使用合約來設置"氣溫低于25度則關閉空調〃的邏輯，這些自定化控制邏輯可以用傳統(tǒng)的開發(fā)語言在控制端（比如一個App）里實現(xiàn)，降低了設備支持合約所需要的硬件成本，同時也減少了主鏈因為運行合約帯來的可能的卡死?？梢曰谏鲜鲈O施，多廠商可以共建一個開放的生態(tài)。

2.3 數(shù)據(jù)在區(qū)塊鏈上的同步

我們常見的產品溯源場景，往往在產品生產、存儲、流通過程中數(shù)據(jù)反復被ERP、MES、WMS等不同中心化的系統(tǒng)錄入，整個環(huán)節(jié)的一致性是完全沒有保障的。這些物聯(lián)網的數(shù)據(jù)基本是以時間為序列的，和區(qū)塊鏈有天然的結合。蓋上時間戳的數(shù)據(jù)，可以防止重放攻擊，解決并發(fā)導致的死鎖等問題，解決數(shù)據(jù)在流通中的最終一致性問題，過往這些數(shù)據(jù)在割裂的中心化網絡中并沒有有效地被結合起來。

邊緣計算節(jié)點會以同步的時間戳為核心，控制局域網絡內的業(yè)務邏輯。時間戳在整個區(qū)塊鏈網絡是同步的，追溯同一時刻整個網絡各節(jié)點的行為可以還原網絡某一時刻的狀態(tài)。

2.4 可實現(xiàn)價值轉移的共識機制

考慮到物聯(lián)網里主控設備的計算能力有限，故排除比特幣使用的POW（工作量證明機制）共識機制，選擇區(qū)塊鏈技術中常用的DPoS（授權股權證明機制）作為共識算法。根據(jù)這種算法，全網持有區(qū)塊鏈Token（通證）的人可以通過投票系統(tǒng)來選擇區(qū)塊生產者。一旦當選，任何人都可以參與區(qū)塊的生產。網絡上的資源不是免費的，在任何個包含了多筆物聯(lián)網合約交易的區(qū)塊誕生之時，系統(tǒng)將獎勵打包區(qū)塊者。這樣就實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的價值轉移。未來基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網生態(tài)系統(tǒng)中，不同的參與方可以通過提供資源獲取Token回報，或是消費Token獲取資源，并且彼此分享，形成一個經濟價值驅動的自治體。

2.5 區(qū)塊鏈上的節(jié)點分類

物聯(lián)網的節(jié)點往往是非常小的運算單元，算力很低，內存很小，MCU不會超過512kb， Linux版本的節(jié)點也就是路由器的級別，存儲也很小，MCU的只有1M的Flash，這樣的節(jié)點參與共識是非常困難的。所以物聯(lián)網的結構一定是由多個節(jié)點組成一個網絡，這個網絡里會有一個或是多個應用，應用通過應用接口和鏈發(fā)生交互，而本地應用所需的計算能力來自邊緣計算單元，可以是網關或是路由器。應用可以使用中心化或是去中心化的方式管理局部網絡，并和鏈發(fā)生交互。根據(jù)以上特點，把物聯(lián)網區(qū)塊鏈生態(tài)里的節(jié)點進行細化分類，比如提供接口功能而無存儲功能的輕節(jié)點、記載全網信息由高性能設備扮演的全節(jié)點、擔負打包和投票功能的代表節(jié)點、驗證交易的控制節(jié)點等等。

2.6 去中心化的安全性

物聯(lián)網與區(qū)塊鏈的結合在隱私和安全性方面也具備很強的重放攻擊，因為本地自組網是去中心化的，在一個本地應用網絡中，一旦主要應用節(jié)點發(fā)生故障，應用邏輯會轉移到另一個節(jié)點繼續(xù)完成，從而保障了本地應用網絡一致性的問題。物聯(lián)網本身的安全性是由操作系統(tǒng)本身保證的，采用對稱密鑰，密鑰在網絡中不傳輸。此外鏈網絡釋放基于時間戳的一次性Token 到應用網絡，從而對抗重放攻擊。

3 結語

物聯(lián)網是區(qū)塊鏈技術最佳的應用場景，同時物聯(lián)網數(shù)據(jù)的一致性、安全性和不可篡改性也需要一個技術來實現(xiàn)和保障，解決信息孤島，區(qū)塊鏈與物聯(lián)網的結合已成必然。