卿蘇德

（中國信息通信研究院，北京 100191）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)深刻變革了全球信息基礎(chǔ)設(shè)施的演進(jìn)路徑，成為工業(yè)等行業(yè)重建競爭優(yōu)勢的主要力量，推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)品、設(shè)備、流程和服務(wù)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展，加速重構(gòu)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展新體系。根據(jù)IoT Analytics的數(shù)據(jù)，全球物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模由2008年的500億美元增長至2018年的近1510億美元。

1 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和存在的痛點(diǎn)

目前，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展呈現(xiàn)出“邊緣智能化、連接泛在化、服務(wù)平臺(tái)化和數(shù)據(jù)延伸化”的迭代創(chuàng)新趨勢：各類終端的操作系統(tǒng)和硬件不斷解耦，邊緣計(jì)算的興起加強(qiáng)了終端設(shè)備之間的協(xié)同合作，加速了滿足敏捷連接、數(shù)據(jù)優(yōu)化的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的發(fā)展；低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）提供的泛在連接能力，拓寬了新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的覆蓋范圍，助力數(shù)字經(jīng)濟(jì)的騰飛；物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)不斷在各個(gè)垂直行業(yè)滲透，隨著與區(qū)塊鏈、人工智能等前沿新興技術(shù)的交叉創(chuàng)新，基于平臺(tái)的智能化服務(wù)水平持續(xù)提升，拓展了智慧城市的應(yīng)用廣度和深度；數(shù)據(jù)的不斷延伸，實(shí)現(xiàn)了信息流、資金流和商流的三流合一，全生命周期、跨行業(yè)跨環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)“穿透式管理”，不斷提升生產(chǎn)效率，推動(dòng)了商業(yè)模式優(yōu)化和新商業(yè)模式的產(chǎn)生，應(yīng)用新模式、新業(yè)態(tài)不斷出現(xiàn)。

然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)部署增多和依賴程度的提升，逐漸暴露出5個(gè)行業(yè)痛點(diǎn)：

第一，設(shè)備安全問題。如Mirai創(chuàng)造的僵尸物聯(lián)網(wǎng)（Botnets of Things）被麻省理工科技評論評為2017年的十大突破性技術(shù)是極為突出的例子。根據(jù)公開發(fā)表的數(shù)據(jù)，Mirai僵尸網(wǎng)絡(luò)已累計(jì)感染超過200萬臺(tái)攝像機(jī)以及其他IoT設(shè)備，由其發(fā)起的DDoS攻擊，讓美國域名解析服務(wù)提供商Dyn癱瘓，Twitter、PayPal等多個(gè)人氣網(wǎng)站當(dāng)時(shí)無法訪問。之后，又有奴役物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備讓其進(jìn)行比特幣挖礦的僵尸網(wǎng)絡(luò)以及規(guī)模更大、更為活躍的http81僵尸網(wǎng)絡(luò)等。

第二，個(gè)人隱私保護(hù)問題。中心化的管理架構(gòu)無法自證清白，個(gè)人隱私數(shù)據(jù)被泄露的事件時(shí)有發(fā)生。成都266個(gè)攝像頭被網(wǎng)絡(luò)直播的事件就是典型案例。

第三，架構(gòu)僵化問題。目前的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流都匯總到單一的中心控制系統(tǒng)。隨著低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)，可以預(yù)見，未來的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將呈幾何級增長，中心化服務(wù)將變得難以負(fù)擔(dān)。如根據(jù)IBM預(yù)測，2020年萬物互聯(lián)設(shè)備將超過250億個(gè)。

第四，通信兼容問題。全球物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)缺少統(tǒng)一的語言，很容易造成多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備彼此之間通信受阻，并產(chǎn)生多個(gè)競爭性的標(biāo)準(zhǔn)和平臺(tái)。

第五，多主體協(xié)同問題。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以運(yùn)營商、企業(yè)內(nèi)部的自組織網(wǎng)絡(luò)為多，涉及到跨多個(gè)運(yùn)營商、多個(gè)對等主體之間的協(xié)作時(shí)，建立信用的成本很高。

2 區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的優(yōu)勢

區(qū)塊鏈（Blockchain）是一種由多方共同維護(hù)、使用密碼學(xué)保證傳輸和訪問安全，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)一致存儲(chǔ)、難以篡改、防止抵賴的記賬技術(shù)，也稱為分布式賬本技術(shù)（Distributed Ledger Technology）。典型的區(qū)塊鏈以塊-鏈結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。作為一種在不可信的競爭環(huán)境中低成本建立信任的新型計(jì)算范式和協(xié)作模式，區(qū)塊鏈憑借其獨(dú)有的信任建立機(jī)制，正在改變諸多行業(yè)的應(yīng)用場景和運(yùn)行規(guī)則，是未來發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、構(gòu)建新型信任體系不可或缺的技術(shù)之一。[1]

針對物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)存的行業(yè)痛點(diǎn)，區(qū)塊鏈憑借主體對等、公開透明、安全通信、難以篡改和多方共識等特性，對物聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)具有非常積極的意義：

第一，多中心、弱中心化的特質(zhì)將降低中心化架構(gòu)的高額運(yùn)維成本。多中心的分散式系統(tǒng)，能夠采用水平擴(kuò)展來提升整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)展性和靈活性，有效規(guī)避垂直擴(kuò)展帶來的高額運(yùn)維成本，也有助于解決中心化系統(tǒng)的單點(diǎn)故障問題。

第二，信息加密、安全通信的特質(zhì)將有助于提升數(shù)據(jù)隱私保護(hù)能力。區(qū)塊鏈能夠提升數(shù)據(jù)確權(quán)和明晰邊界，數(shù)據(jù)在區(qū)塊鏈中都是加密存儲(chǔ)，對數(shù)據(jù)的任何操作都要經(jīng)過身份認(rèn)證、授權(quán)解密和審計(jì)留痕，有助于將數(shù)據(jù)的所有權(quán)和使用權(quán)分離，提升數(shù)據(jù)共享時(shí)的隱私保護(hù)能力。

第三，身份權(quán)限管理和多方共識有助于接入設(shè)備的身份管理?；趨^(qū)塊鏈構(gòu)建設(shè)備身份管理體系，建立從個(gè)人實(shí)體身份到接入設(shè)備身份之間的映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備端與使用者之間雙向的可追溯驗(yàn)證，識別非法節(jié)點(diǎn)，及時(shí)阻止惡意節(jié)點(diǎn)的接入和作惡。

第四，區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)融合有助于構(gòu)建可證可溯的電子證據(jù)存證。構(gòu)建多節(jié)點(diǎn)、分布式、訪問控制能力分級分類的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，通過各參與方維護(hù)同一套分布式賬本，以數(shù)據(jù)高度冗余來確?？尚牛詨K鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可證可溯，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電子證據(jù)的有效存證和數(shù)據(jù)全生命周期的可穿透式監(jiān)管。

第五，分布式架構(gòu)和主體對等的特點(diǎn)有助于打破物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)存的多個(gè)信息孤島桎梏。依托智能合約的事前約定規(guī)則、虛擬機(jī)和編解碼的“透明執(zhí)行”、“閱后即焚式”的數(shù)據(jù)讀取方式，促進(jìn)信息的橫向流動(dòng)，提升多方協(xié)同合作的能力。

3 區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

3.1 物聯(lián)網(wǎng)龍頭企業(yè)紛紛開始布局區(qū)塊鏈

根據(jù)Forrester Wave：物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)（2016年第4季度）報(bào)告顯示，IBM、PTC、GE和微軟已成為物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)市場的主導(dǎo)企業(yè)。SAP、AWS、Cisco、LogMeIn、Exosite、Ayla Networks 和 Zebra Technologies名列前11名。對于排名靠前的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)龍頭企業(yè)，除了美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC）沒有實(shí)質(zhì)披露區(qū)塊鏈相關(guān)項(xiàng)目以外，IBM、微軟、亞馬遜和SAP都在各自的云平臺(tái)上提供區(qū)塊鏈服務(wù)（BaaS，Block chain as a Service），超前布局未來海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的共生格局。如圖1所示是物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)區(qū)塊鏈布局狀況圖示，其中IBM、微軟、亞馬遜和SAP主要是在各自的云平臺(tái)上提供區(qū)塊鏈服務(wù)，通用電氣和思科更多的是關(guān)注設(shè)備的標(biāo)識和存證問題。

3.2 傳統(tǒng)企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)雙向發(fā)力

以能源物聯(lián)網(wǎng)為例，傳統(tǒng)公司和區(qū)塊鏈初創(chuàng)公司正雙向發(fā)力，不斷促進(jìn)區(qū)塊鏈在行業(yè)內(nèi)的廣泛普及和加速融合。如圖2所示為傳統(tǒng)企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)能源物聯(lián)網(wǎng)雙向產(chǎn)業(yè)布局示意圖。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)區(qū)塊鏈布局圖示

圖2 傳統(tǒng)企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)的能源物聯(lián)網(wǎng)雙向產(chǎn)業(yè)布局

從傳統(tǒng)公司來看，主要是通過與初創(chuàng)公司合作、成立子公司、甚至買下初創(chuàng)公司等方式，投資不同的試點(diǎn)項(xiàng)目，打造分布式能源系統(tǒng)和點(diǎn)對點(diǎn)的能源交易平臺(tái)。例如，瑞典國營電力公司Vatten Fall（瀑布電力）投資了荷蘭阿姆斯特丹的初創(chuàng)公司Power Peers，構(gòu)建讓消費(fèi)者自由選擇電力渠道的能源共享平臺(tái)；德國的萊茵公司（RWE）和初創(chuàng)公司Slock.it合作，推出了Block Charge電動(dòng)車充電項(xiàng)目；萊茵公司RWE成立子公司Innogy SE，推出了連接電動(dòng)汽車車主、公共和私有充電站的區(qū)塊鏈交易平臺(tái)Share Charge。

從初創(chuàng)公司看，初創(chuàng)公司主要從分布式能源系統(tǒng)、新型交易模式、認(rèn)證和交易市場等不同角度切入?yún)^(qū)塊鏈領(lǐng)域，初步涉及相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)硬件制造，例如Slock.it公司推出的Smart Plug充電器適配裝置，不斷豐富了區(qū)塊鏈+的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

3.3 垂直行業(yè)的生態(tài)格局已初具雛形

根據(jù)咨詢公司Indigo的報(bào)告，以電力行業(yè)的區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為例，如圖3所示，已形成了從終端支付（加密數(shù)字貨幣）、能源交易市場、技術(shù)支撐+行業(yè)組織、智能家居點(diǎn)對點(diǎn)交易、智慧城市打造等方面的良好生態(tài)格局。

3.4 區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)的先行探索

2017年3月，中國聯(lián)通聯(lián)合眾多公司和研究機(jī)構(gòu)在ITU-T SG20成立了全球首個(gè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)塊鏈（BOT，Blockchain of Things）標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，定義了去中心化的可信物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)框架。中國信息通信研究院在ITU-T的SG16工作組完成了區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)工作。如圖4所示是去中心化的可信物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)框架。

圖3 電力行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)生態(tài)

圖4 去中心化的可信物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)框架

4 區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景

由于區(qū)塊鏈技術(shù)并未成熟定型，區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合應(yīng)用的很多案例都處在概念驗(yàn)證 （Proof Of Concept，PoC）階段。本文對現(xiàn)有主要項(xiàng)目的設(shè)計(jì)原型進(jìn)行總結(jié)和歸納。

4.1 傳感器數(shù)據(jù)的存證和溯源

傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈運(yùn)輸需要經(jīng)過多個(gè)主體，例如發(fā)貨人、承運(yùn)人、貨代、船代、堆場、船公司、陸運(yùn)（集卡）公司以及艙單抵押融資銀行等業(yè)務(wù)角色。這些主體之間的信息化系統(tǒng)很多是彼此獨(dú)立，互不相通的：一方面，存在數(shù)據(jù)作偽造假的問題，數(shù)據(jù)的審核成本非常高；另一方面，因?yàn)閿?shù)據(jù)的不互通，出現(xiàn)緊急狀況，應(yīng)急處置沒法及時(shí)響應(yīng)。

如圖5所示是基于區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的供應(yīng)鏈運(yùn)輸系統(tǒng)。在圖5的應(yīng)用場景中，在供應(yīng)鏈上的各個(gè)主體部署區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)，通過實(shí)時(shí)（例如船舶靠岸時(shí)）和離線（例如船舶運(yùn)行在遠(yuǎn)海）等方式，將傳感器收集的數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊鏈，成為無法篡改的電子證據(jù)，可以提升各方主體造假抵賴的成本，進(jìn)一步厘清各方的責(zé)任邊界。同時(shí)，還能通過塊鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)，追本溯源，及時(shí)了解物流的最新進(jìn)展，根據(jù)實(shí)時(shí)搜集的數(shù)據(jù)，采取必要的反應(yīng)措施（例如冷鏈運(yùn)輸中，超過0℃的貨艙會(huì)被通知立即檢查故障來源），增強(qiáng)多方協(xié)作的可能。

4.2 新型“共享”經(jīng)濟(jì)

共享經(jīng)濟(jì)可以認(rèn)為是平臺(tái)經(jīng)濟(jì)的一種衍生：一方面，平臺(tái)具有依賴性和興趣導(dǎo)向性；另一方面，平臺(tái)也會(huì)收取相應(yīng)的手續(xù)費(fèi)，彌補(bǔ)平臺(tái)服務(wù)提供方的原始成本。初創(chuàng)公司Slock.it和Open Bazaar等主要是希望構(gòu)建一個(gè)普適的共享平臺(tái)，依托去中介化的區(qū)塊鏈技術(shù)，讓供需雙方點(diǎn)對點(diǎn)地進(jìn)行交易，加速各類閑置商品的直接共享，并節(jié)省第三方的平臺(tái)費(fèi)用。如圖6所示是智能合約運(yùn)營系統(tǒng)示意圖。

在圖6所示的系統(tǒng)應(yīng)用案例中，資產(chǎn)擁有者基于智能合約，通過設(shè)置租金、押金和相關(guān)規(guī)則，完成各類鎖與資產(chǎn)的綁定。最終用戶通過APP，支付給資產(chǎn)所有者相應(yīng)的租金和押金，獲得打開鎖的控制權(quán)限（密鑰），進(jìn)而獲取資產(chǎn)的使用權(quán)。在使用結(jié)束后，歸還物品并拿回押金。區(qū)塊鏈帶來的優(yōu)勢是精準(zhǔn)計(jì)費(fèi)。根據(jù)智能合約上的計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地付費(fèi)，而不是像目前共享單車按半小時(shí)、1小時(shí)的方式進(jìn)行粗獷式收費(fèi)。

4.3 基于智能電表的能源交易

傳統(tǒng)輸電線路的損耗率約5%，住戶建立的微電網(wǎng)中盈余能源既無法存儲(chǔ)，也不能共享給有能源需求的其他住戶。紐約初創(chuàng)公司LO3 Energy和ConsenSys合作，由LO3 Energy負(fù)責(zé)能源相關(guān)的控制，ConsenSys提供區(qū)塊鏈底層技術(shù)，在紐約布魯克林區(qū)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)交易、自動(dòng)化執(zhí)行、無第三方中介的能源交易平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了10個(gè)住戶之間的能源交易和共享。

圖5 基于區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的供應(yīng)鏈運(yùn)輸系統(tǒng)

如圖7所示是基于智能電表的能源交易系統(tǒng)。其主要實(shí)現(xiàn)方式是，在每家住戶門口安裝智能電表，智能電表安裝區(qū)塊鏈軟件，構(gòu)成一個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。用戶通過手機(jī)APP在自家智能電表區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)上發(fā)布相應(yīng)智能合約，基于合約規(guī)則，通過西門子等設(shè)備服務(wù)商提供的電網(wǎng)設(shè)備，控制相應(yīng)的鏈路連接，實(shí)現(xiàn)能源交易和供給。

4.4 基于區(qū)塊鏈的電動(dòng)車即時(shí)充電系統(tǒng)

該應(yīng)用場景中，主要面臨的是多家充電公司支付協(xié)議復(fù)雜、支付方式不統(tǒng)一、充電樁相對稀缺、充電費(fèi)用計(jì)量不精準(zhǔn)等行業(yè)痛點(diǎn)。德國萊茵公司和Slock.it合作，推出了基于區(qū)塊鏈的電動(dòng)汽車點(diǎn)對點(diǎn)充電項(xiàng)目，如圖8所示。通過在各充電樁安裝樹莓派等簡易型Linux系統(tǒng)裝置，基于區(qū)塊鏈將多家充電樁的所屬公司和擁有充電樁的個(gè)人進(jìn)行串聯(lián)，使用適配各家接口的Smart Plug對電動(dòng)車進(jìn)行充電。以Innogy軟件為例，使用流程為：首先，在智能手機(jī)上安裝Share Charge APP，在APP上注冊，并對數(shù)字錢包進(jìn)行充值；需要充電時(shí)，從APP中找到附近可用的充電站，按照智能合約中的價(jià)格付款給充電樁主人；APP將與充電樁中的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，后者執(zhí)行電動(dòng)車充電的指令。

4.5 無人機(jī)安全通信和群體智能

針對未來無人機(jī)和機(jī)器人的快速發(fā)展，機(jī)器與機(jī)器之間的通信必須要從兩個(gè)方面去考量：

圖6 智能合約運(yùn)營系統(tǒng)示意圖

圖7 基于智能電表的能源交易系統(tǒng)

一方面，每個(gè)無人機(jī)都內(nèi)置了硬件密鑰。私鑰衍生的身份ID增強(qiáng)了身份鑒權(quán)，基于數(shù)字簽名的通信確保安全交互，阻止偽造信息的擴(kuò)散和非法設(shè)備的接入。

另一方面，基于區(qū)塊鏈的共識機(jī)制，未來區(qū)塊鏈與人工智能的結(jié)合點(diǎn)——群體智能，充滿了想象空間，如圖9所示。MIT實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在這個(gè)交叉領(lǐng)域展開了深入研究。

區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)在無人機(jī)安全通信和群體智能應(yīng)用場景也是基于對以上兩個(gè)方面的考量。

5 區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用挑戰(zhàn)和改進(jìn)思路

5.1 應(yīng)用挑戰(zhàn)

將區(qū)塊鏈應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，存在以下4個(gè)挑戰(zhàn)：

第一，資源消耗的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備普遍存在計(jì)算能力低、聯(lián)網(wǎng)能力弱、電池續(xù)航短等問題。比特幣的工作量證明機(jī)制（Proof Of Work，PoW）對資源消耗太大，顯然不適用于部署在物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中，但可能部署在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等服務(wù)器里。其次，以太坊等區(qū)塊鏈2.0技術(shù)也是PoW+PoS，并正逐步切換到權(quán)益證明機(jī)制（Proof of Stake，PoS）。分布式架構(gòu)需要共識機(jī)制來確保數(shù)據(jù)的最終一致性，但相對中心化架構(gòu)來說，對資源的消耗是不容忽視的。

第二，數(shù)據(jù)膨脹的挑戰(zhàn)。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N只能附加不能刪除的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。隨著區(qū)塊鏈的不斷增長，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備存在存儲(chǔ)空間受限的問題。例如，比特幣運(yùn)行至今，需要存儲(chǔ)超過120GB的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。

圖8 基于區(qū)塊鏈的電動(dòng)車點(diǎn)對點(diǎn)充電系統(tǒng)示意圖

圖9 群體智能示意圖

第三，性能瓶頸的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)比特幣的交易是6筆/秒，再加上共識確認(rèn)，需要6個(gè)區(qū)塊、約1個(gè)小時(shí)才寫入?yún)^(qū)塊鏈，這種時(shí)延引起的反饋時(shí)延、報(bào)警時(shí)延，在時(shí)延敏感的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，尤其是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域是不可行的。

第四，分區(qū)容忍的挑戰(zhàn)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)節(jié)點(diǎn)“一直在線”，但是，普通的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)失效、頻繁加入和退出網(wǎng)絡(luò)是司空見慣的事情，容易產(chǎn)生消耗大量網(wǎng)絡(luò)帶寬的網(wǎng)絡(luò)震蕩，甚至出現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)割裂”的現(xiàn)象。

5.2 改進(jìn)思路

區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的改進(jìn)思路，可以從兩個(gè)方面去衡量。

（1）基于區(qū)塊鏈的角度

對于資源消耗，可以不使用基于挖礦的、對資源消耗大的共識機(jī)制，轉(zhuǎn)而使用投票的共識機(jī)制，例如實(shí)用拜占庭容錯(cuò)機(jī)制（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT），減少資源消耗，還能有效提升交易速度，降低交易時(shí)延。當(dāng)然，這會(huì)對節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展性有一定損耗，因此需要根據(jù)具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行權(quán)衡。

對于數(shù)據(jù)膨脹，可以使用簡單支付交易方式（Simplified Payment Verification，SPV），通過默克爾樹對交易記錄進(jìn)行壓縮。在系統(tǒng)架構(gòu)上，支持重型節(jié)點(diǎn)和輕型節(jié)點(diǎn)。重型節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)區(qū)塊鏈的全量數(shù)據(jù)，輕型節(jié)點(diǎn)只存儲(chǔ)默克爾樹根節(jié)點(diǎn)的256哈希值，只做校驗(yàn)工作。

對于性能瓶頸，已經(jīng)有很多面向物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)塊鏈軟件平臺(tái)做了改進(jìn)。例如，IoTA就提出不使用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，采用有向非循環(huán)圖 （Directed Acyclic Graph，DAG）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一方面提升了交易性能，另一方面也具有抗量子攻擊的特性。Lisk采用主鏈-側(cè)鏈等跨鏈技術(shù)，進(jìn)行劃區(qū)劃片管理，也在性能提升方面取得了不少突破。

對于分區(qū)容忍，針對可能存在的網(wǎng)絡(luò)割裂，可以選擇支持鏈上鏈下交易，尤其是離線交易，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)支持多個(gè)CPS集群。

（2）基于物聯(lián)網(wǎng)的角度

對于資源消耗，隨著eMTC、NB-IoT、LoRa等低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide Area Network，LPWA）技術(shù)的發(fā)展，傳輸質(zhì)量、傳輸距離、功耗、蓄電量等問題將得以逐步解決。

對于數(shù)據(jù)膨脹，根據(jù)摩爾定律和超摩爾定律，存儲(chǔ)成本下降，物聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)能力持續(xù)上升。

對于性能瓶頸，隨著MEMS傳感器、SiP封裝工藝等新技術(shù)、新工藝、新架構(gòu)的不斷成熟和成本的降低，小體積、低功率的傳感節(jié)點(diǎn)有望廣泛應(yīng)用。

6 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)的融合創(chuàng)新被業(yè)界認(rèn)為是天作之合，一方面，借助物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的物理防篡改，有助于實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)從鏈下到鏈上的“過程可信”；另一方面，區(qū)塊鏈將各自分離、協(xié)議不同的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)鏈接在一起，并通過事先約定規(guī)則、“沙箱式”數(shù)據(jù)處理等方式，形成了跨系統(tǒng)跨邊界的數(shù)據(jù)共享協(xié)作新模式。目前，區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，業(yè)界在物流存證溯源、新型共享經(jīng)濟(jì)、能源去中介交易、電動(dòng)車適配充電、無人機(jī)群體智能等方面做了相應(yīng)探索，也遇到了性能、存儲(chǔ)、能源消耗等一系列的問題。物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈的結(jié)合之道長且彌艱，但未來可以從區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)維度去進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)的融合創(chuàng)新，已經(jīng)在各個(gè)垂直行業(yè)廣泛滲透，必將加速推動(dòng)區(qū)塊鏈與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的深度融合，助力經(jīng)濟(jì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展。