摘 ?要：目前，物聯(lián)網(wǎng)工程存在多種問題，如用戶隱私泄露問題、維護成本高、設(shè)備管理難度高等，為有效解決以上問題，需要運用區(qū)塊鏈技術(shù)?；诖?，本文對區(qū)塊鏈的涵義、特點進行了深入分析，然后深入闡述了區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)工程中的運用，包括物聯(lián)網(wǎng)工程運用區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢、區(qū)塊鏈技術(shù)背景下物聯(lián)網(wǎng)工程的架構(gòu)等，然后提出了物聯(lián)網(wǎng)運用區(qū)塊鏈技術(shù)的挑戰(zhàn)與改進措施，具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈技術(shù);物聯(lián)網(wǎng)工程;數(shù)據(jù)庫技術(shù)

中圖分類號：TN929.5;TP311.13;TP391.44 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：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，隨著我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷快速發(fā)展，人們越來越廣泛地使用物聯(lián)網(wǎng)工程，但在這一過程中卻出現(xiàn)了越來越多的問題，如隱私保護問題、管理成本高問題、設(shè)備管理難度高問題等。而通過運用區(qū)塊鏈技術(shù)，則能夠有效解決以上問題?；诖?，本文對區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)工程中的運用進行了深入研究，具有重要的意義。

1 ?相關(guān)理論基礎(chǔ)概述

1.1 ?區(qū)塊鏈的涵義

區(qū)塊鏈技術(shù)，就是指一種互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過有效結(jié)合各種計算機技術(shù)，如共識機制、加密算法技術(shù)、P2P傳輸技術(shù)等，在物聯(lián)網(wǎng)工程中運用區(qū)塊鏈技術(shù)，可以促使所有用戶都能夠?qū)?shù)據(jù)庫的記錄進行參與。區(qū)塊鏈包括區(qū)塊、交易。其中，交易就是指一次數(shù)據(jù)庫的操作，區(qū)塊能夠?qū)σ欢螘r間中所出現(xiàn)的結(jié)果和交易進行記錄。區(qū)塊包括塊身、塊頭，塊頭儲存著區(qū)塊的描述，通過驗證的交易信息由塊身進行儲存。綜上所述，區(qū)塊鏈就是指一個根據(jù)時間順序連接多個不同的區(qū)塊后所形成的數(shù)據(jù)庫。

1.2 ?區(qū)塊鏈技術(shù)的特點

第一，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫選用非對稱加密算法，用戶能夠?qū)π畔⑦M行解密與加密。私鑰，就是指經(jīng)過解密的密碼;公鑰，就是指經(jīng)過加密的密碼。只有信息擁有者才能夠掌握私鑰，公鑰在整個網(wǎng)絡(luò)中對外可見的。由于私鑰用于解密，公鑰用于加密，因此有效確保了數(shù)據(jù)的安全性。通過運用私鑰，用戶可以加密信息，形成數(shù)字簽名，其他用戶通過利用公鑰，能夠?qū)?shù)字簽名進行有效驗證，有效確保了數(shù)據(jù)的真實性。第二，通過利用互聯(lián)網(wǎng)，有效連接區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫的所有儲存節(jié)點。以上儲存節(jié)點是由不同的用戶所擁有的，所有節(jié)點都是平等的。因此，區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)置了去中心化對等網(wǎng)絡(luò)，通過構(gòu)建智能合約，能夠有效安全保密、防止偽造篡改可追溯的鏈式數(shù)據(jù)。根據(jù)時間順序，對鏈接區(qū)塊進行有效建立。根據(jù)時間，通過運用區(qū)塊的塊頭，可以溯源區(qū)塊鏈的信息，及時掌握區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)。當(dāng)新的區(qū)塊鏈連接區(qū)塊鏈尾端時，無法改變、刪除區(qū)塊的數(shù)據(jù)，有效提高了區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫的嚴謹性。所以，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫是無法進行篡改的。分布式結(jié)構(gòu)是區(qū)塊主要選用的儲存方式，能夠有效連接儲存系統(tǒng)的全部節(jié)點，同時節(jié)點可以儲存區(qū)塊鏈的完整數(shù)據(jù)。通過制定P2P協(xié)議，可以將形成的交易實時傳播至整個網(wǎng)絡(luò)，將全部節(jié)點送給形成的新區(qū)塊，同時利用共識機制，對信息進行驗證。當(dāng)相同節(jié)點信息比重大于56%時，可以有效達成共識，以確保數(shù)據(jù)的精準性。

2 ?區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)工程中的具體運用

2.1 ?物聯(lián)網(wǎng)工程運用區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢

第一，多方共識、身份權(quán)限的管理，實現(xiàn)了設(shè)備身份管理的接入。通過利用區(qū)塊鏈技術(shù)，建立設(shè)備身份管理體系，對由個人實體身份至設(shè)備身份的、接入二者之間的映射關(guān)系進行構(gòu)建，能夠有效驗證使用者和設(shè)備端二者之間雙向的可追溯，能夠?qū)Ψ欠ü?jié)點進行有效識別，對惡意節(jié)點的作惡、接入進行有效阻止。第二，通過有效融合物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈，能夠?qū)﹄娮幼C據(jù)存證進行有效建立。對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進行建立，所有參與方對相同分布式賬本進行有效維護，通過高度冗余數(shù)據(jù)，能夠有效提高數(shù)據(jù)的可信度，通過構(gòu)建塊鏈式結(jié)構(gòu)，能夠有效驗證數(shù)據(jù)，并有效存證電子證據(jù)。第三，主體對等特點和分布式架構(gòu)特點，有利于物聯(lián)網(wǎng)信息孤島栓桔的打破。通過依托數(shù)據(jù)讀取方式、智能合約的事前約定規(guī)則等，能夠橫向流動信息，有助于多方協(xié)同合作能力的提高。第四，弱中心化、多中心的特性，有助于中心化架構(gòu)運維成本的減小。多中心的分散式系統(tǒng)，通過選用水平擴展方式，能夠促使分散式系統(tǒng)變得更為靈活，更具擴展性，能夠有效減少運維成本，有助于中心化系統(tǒng)故障問題的解決。第五，安全通信、信息加密的特性，能夠有效保護數(shù)據(jù)的隱私性。通過利用區(qū)塊鏈技術(shù)，可以使數(shù)據(jù)邊界變得更為清晰，能夠?qū)?shù)據(jù)的確權(quán)進行有效提高，在區(qū)塊鏈內(nèi)，數(shù)據(jù)均采用加密儲存方式，只有通過身份認證、審計留痕、解密權(quán)授予，才能夠操作數(shù)據(jù)，所以可以有效分離數(shù)據(jù)的使用權(quán)與所有權(quán)，能夠有效保護數(shù)據(jù)的隱私性。

2.2 ?區(qū)塊鏈技術(shù)背景下物聯(lián)網(wǎng)工程的架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)工程體系的架構(gòu)是由四部分共同構(gòu)成的，包括業(yè)務(wù)運用系統(tǒng)、運營支撐平臺、信息傳輸系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)。其中，業(yè)務(wù)運用系統(tǒng)，主要將用戶需求作為主要依據(jù)，向行業(yè)提供運用服務(wù);運營支撐平臺，主要向運用、業(yè)務(wù)提供支撐;通過利用網(wǎng)絡(luò)，信息傳輸系統(tǒng)能夠向運營支撐平臺傳輸采集的信息;信息采集系統(tǒng)包括多種設(shè)備，如網(wǎng)關(guān)、攝像頭、傳感器等，主要用于采集業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在物聯(lián)網(wǎng)工程體系架構(gòu)中，可以廣泛運用區(qū)塊鏈技術(shù)。通過利用信息采集系統(tǒng)，能夠有效連接物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)所有設(shè)備和區(qū)塊鏈節(jié)點，能夠提供資源儲存功能。通過選用P2P傳輸方式，信息傳輸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)信息的共享。通過利用運營支撐平臺，能夠提供安全技術(shù)支撐，如保護隱私、提供智能合約等。通過有效結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和業(yè)務(wù)運用系統(tǒng)，能夠?qū)⒎纻嗡菰吹确?wù)提供給用戶。

2.2.1 ?區(qū)塊鏈支撐平臺

選用區(qū)塊鏈技術(shù)，有助于設(shè)備安全性的提高，能夠?qū)υO(shè)備信息進行身份驗證，通過利用共識機制，可以獲取更為精準的設(shè)備信息，通過運用智能合約技術(shù)，可以將全部數(shù)據(jù)操作情況達成協(xié)議，另外，通過采用非對稱加密算法技術(shù)，能夠保護數(shù)據(jù)隱私性的目的。

2.2.2 ?區(qū)塊鏈的應(yīng)用系統(tǒng)

通過有效結(jié)合行業(yè)需求和區(qū)塊鏈技術(shù)，能夠提高相應(yīng)的技術(shù)服務(wù)，例如，通過有效結(jié)合二維碼技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)，能夠?qū)a(chǎn)品防偽溯源服務(wù)提供給用戶，能夠通過ERP監(jiān)管企業(yè)的生產(chǎn)銷售流程。

2.2.3 ?信息采集系統(tǒng)對區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用

通過利用區(qū)塊鏈技術(shù)，信息采集系統(tǒng)可以通過利用傳感器網(wǎng)絡(luò)向其所屬數(shù)據(jù)節(jié)點傳輸信息。以上數(shù)據(jù)節(jié)點能夠?qū)⑺胁杉男畔⑿纬梢粋€區(qū)塊。區(qū)塊塊頭對前一區(qū)塊、設(shè)備信息的鏈接進行有效儲存，區(qū)塊快速對采集信息進行儲存，無法改變、刪除區(qū)塊數(shù)據(jù)。

2.2.4 ?信息傳輸系統(tǒng)對區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)P2P協(xié)議，區(qū)塊鏈節(jié)點能夠向整個網(wǎng)絡(luò)的全部節(jié)點傳輸新生成的區(qū)塊，并進行儲存。當(dāng)一些節(jié)點失效時，P2P可以對網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)進行自動調(diào)整，有效確保其他節(jié)點之間的聯(lián)通性。

3 ?物聯(lián)網(wǎng)工程運用區(qū)塊鏈技術(shù)的挑戰(zhàn)與改進措施

3.1 ?面臨的挑戰(zhàn)

物聯(lián)網(wǎng)工程運用區(qū)塊鏈技術(shù)，面臨以下幾大挑戰(zhàn)，即：第一，數(shù)據(jù)膨脹。區(qū)塊鏈技術(shù)是一種無法刪除、只能附加的數(shù)據(jù)儲存技術(shù)。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)水平的不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在儲存空間方面存在受限問題。第二，性能瓶頸。傳統(tǒng)比特幣交易為6筆/s，再加上共識確認，要想寫入?yún)^(qū)塊鏈，需要花費60min，進而會出現(xiàn)報警時延、反饋時延現(xiàn)象，因為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)對時延非常敏感，特別是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，因此以上現(xiàn)象是不可行的。第三，資源的消耗。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備存在多種問題，如電池續(xù)航短、聯(lián)網(wǎng)能力低等。通過比特幣交易的工作量，充分表明機制消耗大量的資源，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的部署對此是無法適應(yīng)的。另外，為保證數(shù)據(jù)的一致性，分布式架構(gòu)需要共識機制。第四，分區(qū)容忍。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對一直在線給予了高度重視。不過退出網(wǎng)絡(luò)、頻繁加入、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點失效等都是十分常見的現(xiàn)象，極易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)震蕩現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.2 ?改進措施

物聯(lián)網(wǎng)工程運用區(qū)塊鏈技術(shù)的改進措施，本文主要對以下進行考慮：第一，物聯(lián)網(wǎng)層面。隨著我國低能耗廣域網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，能夠不斷有效解決多種問題，包括蓄電量問題、功耗問題、傳輸距離問題、傳輸質(zhì)量問題等。針對數(shù)據(jù)的膨脹，通過分析超摩爾定律、摩爾定律，能夠有效降低儲存成本，有效提高物聯(lián)網(wǎng)儲存能力。針對性能瓶頸問題，隨著各種新工藝、新技術(shù)的不斷完善，功率低、體積小的傳感節(jié)點將會變得越來越普及。第二，區(qū)塊鏈層面。在資源消耗方面，可以不對資源消耗高的共識機制進行使用，可以選擇使用投票的共識機制。不過從某種層面上來說，會損耗節(jié)點的擴展性，所以一定要將實際業(yè)務(wù)情況作為主要依據(jù)來進行有效權(quán)衡。為有效解決數(shù)據(jù)膨脹問題，宜選用SPV方式。在系統(tǒng)架構(gòu)方面，對輕型節(jié)點、重型節(jié)點給予大力支持。其中，輕型節(jié)點主要進行校驗工作;重型節(jié)點主要對區(qū)塊鏈的全量數(shù)據(jù)進行儲存。針對性能瓶頸問題，目前許多公司改進了區(qū)塊鏈軟件平臺。例如，IOTA建議不運用鏈式結(jié)構(gòu)，選用DAG數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以對交易性能進行有效提高，同時賦予其抗量子攻擊的特性。

4 ?結(jié) ?論

自區(qū)塊鏈技術(shù)出現(xiàn)以來，有效解決了我國物聯(lián)網(wǎng)工程中存在的問題。不過當(dāng)前我國區(qū)塊鏈技術(shù)正處于初步發(fā)展時期，存在不少問題和缺陷，如共識延時比較長、數(shù)據(jù)查詢速度緩慢等，同時尚未制定相應(yīng)的保障機制。所以，在今后研究中，一定要與物聯(lián)網(wǎng)工程特點進行有效結(jié)合，對區(qū)塊結(jié)構(gòu)進行深入研究，對數(shù)據(jù)檢索效率進行有效提高，對智能合約、物聯(lián)網(wǎng)工程共識算法進行深入研究，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、智能合約有效性進行深入研究，制定有效區(qū)塊鏈技術(shù)運用標準，以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程對區(qū)塊鏈技術(shù)的充分利用。

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作者簡介：姚籃（1982.03-），女，漢族，甘肅靈臺人，中級職稱，講師，本科，研究方向：電子信息工程。