徐琦 江西省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 南昌市 330002

1 5G移動(dòng)通信技術(shù)

5G是第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱，是一個(gè)多業(yè)務(wù)技術(shù)融合的網(wǎng)絡(luò)，相較于4G，其在傳輸速率、時(shí)延、連接數(shù)量等多個(gè)方面均有全面提升：

（1）高速率。基站峰值速率不低于20Gb/s，遠(yuǎn)超4G 基站峰值速率1Gb/s，用戶體驗(yàn)速率可達(dá)100Mbps至1Gbps，足以滿足大數(shù)據(jù)傳輸需求。

（2）低延時(shí)、高可靠。5G最小網(wǎng)絡(luò)延遲可達(dá)1ms，大大優(yōu)于4G網(wǎng)絡(luò)延遲的50ms，為用戶提供毫秒級(jí)的端到端時(shí)延和更高的業(yè)務(wù)可靠性保證。

（3）海量連接。5G擁有超大網(wǎng)絡(luò)容量，連接密度能達(dá)到100萬(wàn)/平方千米，是4G的10倍，可以滿足海量設(shè)備的連接需求。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)侨ブ行幕姆植际綌?shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)按時(shí)間先后排序的數(shù)據(jù)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊中保存若干條交易記錄，運(yùn)用密碼學(xué)生成區(qū)塊以保證其中數(shù)據(jù)不可篡改、不可偽造、可以驗(yàn)證，通過(guò)共識(shí)算法使全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)完成對(duì)區(qū)塊的認(rèn)可。區(qū)塊鏈中任一節(jié)點(diǎn)無(wú)需也無(wú)法保證可信任，但通過(guò)多種機(jī)制實(shí)現(xiàn)了防篡改、可追溯等特性。

（1）去中心化。區(qū)塊鏈采用去中心化的網(wǎng)絡(luò)，使用分布式記錄、分布式存儲(chǔ)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，網(wǎng)絡(luò)不存在中心化的設(shè)備和第三方機(jī)構(gòu)，是由各個(gè)地位平等的節(jié)點(diǎn)共同組成一個(gè)端到端的網(wǎng)絡(luò)。

（2）防篡改。區(qū)塊鏈采用哈希算法，將任意原始數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)成特定的數(shù)字形成哈希值。任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)遭到惡意篡改，都會(huì)使哈希值產(chǎn)生變化。因此，單個(gè)甚至多個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改無(wú)法影響其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)， 除非可以控制系統(tǒng)中超過(guò) 51% 的節(jié)點(diǎn)同時(shí)修改，而這在大規(guī)模的區(qū)塊鏈中近乎不可完成。

（3）可追溯。區(qū)塊鏈通過(guò)區(qū)塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)了創(chuàng)世區(qū)塊后的所有歷史數(shù)據(jù),區(qū)塊鏈上的任意一條數(shù)據(jù)皆可通過(guò)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)追溯其本源。

表1 應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)

3 5G為區(qū)塊鏈提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

區(qū)塊鏈采用分布式架構(gòu)，節(jié)點(diǎn)之間采用廣播通信保持信息的同步，將會(huì)產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)流量需求，消耗海量的網(wǎng)絡(luò)資源，因此區(qū)塊鏈存在延時(shí)高、交易速率慢、基礎(chǔ)設(shè)備要求高等問(wèn)題。區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用上具有廣闊的前景，但現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)成本高、速率慢、連接數(shù)限制，阻礙了區(qū)塊鏈的行業(yè)應(yīng)用推廣。5G的高帶寬和海量連接將可以解決區(qū)塊鏈的這些痛點(diǎn)，為區(qū)塊鏈進(jìn)入萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代提供堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

3.1 提升系統(tǒng)速度

現(xiàn)有無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸速率較低，會(huì)導(dǎo)致區(qū)塊鏈的交易速度慢，制約了區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的推廣。5G的建設(shè)可以較好緩解這個(gè)問(wèn)題，在保證區(qū)塊鏈去中心化的同時(shí)，加快交易處理。

3.2 提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性

區(qū)塊鏈?zhǔn)屈c(diǎn)對(duì)點(diǎn)的分布式系統(tǒng)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保存了區(qū)塊鏈內(nèi)的全部信息，每一筆交易和信息更新都需要同步到其他節(jié)點(diǎn)上，所以數(shù)據(jù)同步對(duì)于區(qū)塊鏈極端重要。5G的高速率、低時(shí)延特性能夠加快區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)同步，提高共識(shí)算法的效率，區(qū)塊鏈中各類應(yīng)用的穩(wěn)定性也將得到質(zhì)的飛躍。

3.3 萬(wàn)物互聯(lián)

5G 將迎來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，5G從構(gòu)想之初就設(shè)計(jì)了對(duì)海量連接的支持，具備了海量的物聯(lián)網(wǎng)容量。同時(shí)，5G中D2D網(wǎng)絡(luò)允許設(shè)備直接通信，減少中轉(zhuǎn)，提升了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的處理效率，提高了網(wǎng)絡(luò)性能，更好滿足區(qū)塊鏈的帶寬需求。5G推廣應(yīng)用，為區(qū)塊鏈向各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的延伸提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和性能保證。

4 區(qū)塊鏈在5G中的應(yīng)用

4.1 區(qū)塊鏈技術(shù)為5G提供高效的信用體系

與4G完善了人與人的連接相比，5G在人與物、物與物的連接上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的突破。但也使得網(wǎng)絡(luò)的連接數(shù)、流量需求、管理難度呈指數(shù)級(jí)增加，傳統(tǒng)的中心架構(gòu)難以適應(yīng)新的進(jìn)步。傳統(tǒng)架構(gòu)中，中心是管理的核心，設(shè)備之間的連接、資源的調(diào)度都需要通過(guò)中心予以實(shí)現(xiàn)?？墒窃?G普及后，物的終端設(shè)備的百倍乃至千倍的增長(zhǎng)會(huì)給中心的管理和調(diào)度帶來(lái)極大的壓力。僅海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的接入和脫離就可能導(dǎo)致傳統(tǒng)中心架構(gòu)的認(rèn)證鑒權(quán)系統(tǒng)崩潰，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)營(yíng)，甚至癱瘓。同時(shí)，中心的存在，就意味著邊界，不同中心的終端的連接將變得復(fù)雜繁瑣?？墒菦](méi)有中心，沒(méi)有第三方機(jī)構(gòu)的背書(shū)，那么設(shè)備的信任、可靠和安全性都無(wú)法得到保障。

而區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、歷史記錄防篡改、信息及操作可溯源等特點(diǎn)可以較好的解決上述難題。區(qū)塊鏈允許遵守設(shè)定規(guī)則的基站和設(shè)備直接接入，提供和接受服務(wù)，中心至多提供初始的信用設(shè)定，設(shè)備不必頻繁與中心進(jìn)行交互。每個(gè)5G設(shè)備自身就是一個(gè)微中心，擁有自己的區(qū)塊鏈地址，并使用加密技術(shù)和安全算法確權(quán)，防止數(shù)據(jù)被篡改，保障數(shù)據(jù)可溯源，維護(hù)自身的身份和信用，并決定是否允許其他設(shè)備的連接，實(shí)現(xiàn)去中心、分布式的管理和信用體系。

不僅如此，區(qū)塊鏈的去中心化、防篡改的特性，適合對(duì)數(shù)據(jù)保護(hù)要求嚴(yán)格的場(chǎng)景。區(qū)塊鏈可以重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)安全邊界，建立設(shè)備之間的信任域，側(cè)鏈技術(shù)可以將區(qū)塊數(shù)據(jù)隔離，使5G設(shè)備之間安全、可信、互聯(lián)。同時(shí)，區(qū)塊鏈作為一種分布式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，無(wú)第三方參與，設(shè)備數(shù)據(jù)可避免由第三方引起的數(shù)據(jù)泄露隱患，所有交易均被永久、完整、直接地記錄在區(qū)塊鏈分布式的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上，數(shù)據(jù)完整性、可用性和可追溯獲得保證，不但防止出現(xiàn)中心數(shù)據(jù)庫(kù)的原始數(shù)據(jù)被篡改和盜竊的情況，用戶也可以隨時(shí)查詢歷史信息和操作。

4.2 區(qū)塊鏈推動(dòng)宏微基站協(xié)同，提升網(wǎng)絡(luò)性能，節(jié)約建設(shè)成本

5G在高性能的同時(shí)，也存在頻率高，衰減快，穿透性差的缺陷，建設(shè)成本高、難度大。此外，5G應(yīng)用對(duì)流量需求更大，以及物聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)性的增長(zhǎng)，更進(jìn)一步推高了建設(shè)投資。5G中D2D（Device to Device）網(wǎng)絡(luò)，允許設(shè)備與設(shè)備之間進(jìn)行通訊，這使得每一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都可以成為一個(gè)“微基站” 。D2D中，不僅設(shè)備之間可以不通過(guò)基站高速直連，還可以發(fā)揮閑置的帶寬資源，比如為信號(hào)弱的設(shè)備提供中繼。D2D充分發(fā)揮了聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的作用，減少室內(nèi)、人力密集等場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和難度，有效節(jié)省投資，提升網(wǎng)絡(luò)健壯性。

而區(qū)塊鏈能夠協(xié)助D2D網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)去中心化、跨運(yùn)營(yíng)商。無(wú)論是來(lái)自運(yùn)營(yíng)商還是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的任一物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備， 只要遵守區(qū)塊鏈規(guī)則，不是惡意用戶，都能夠參與進(jìn)來(lái)，成為“微基站”和區(qū)塊鏈入口，用戶可以通過(guò)區(qū)塊鏈智能合約變現(xiàn)自己的閑置流量或者能力，在基站協(xié)調(diào)下，共同提供均衡、優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

5 聯(lián)盟鏈或許是5G網(wǎng)絡(luò)最佳搭配

區(qū)塊鏈可以分為公共鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈三類。公共鏈對(duì)外公開(kāi)，公有鏈中的所有用戶節(jié)點(diǎn)具有全部權(quán)限，無(wú)需授權(quán)，可信度、安全性高，但交易慢、難以監(jiān)管。私有鏈僅針對(duì)私有組織， 私有組織定制區(qū)塊鏈上的規(guī)則，其權(quán)限可以被私有組織完全控制，不具備完全去中心化、透明性和隱私性的特點(diǎn)，但易于監(jiān)管。聯(lián)盟鏈介于兩者之間，由聯(lián)盟成員共同制定區(qū)塊鏈的規(guī)則。聯(lián)盟鏈可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)決定對(duì)公眾的開(kāi)放程度,其網(wǎng)絡(luò)由成員機(jī)構(gòu)共同維護(hù),節(jié)點(diǎn)通過(guò)成員機(jī)構(gòu)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接入。

私有鏈的中心化和封閉性，公共鏈的難監(jiān)管和對(duì)資源的大量消耗、浪費(fèi)，都不適合5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。聯(lián)盟鏈兼具二者的優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有強(qiáng)力中心、適合監(jiān)管，交易快，資源消耗低，可信度較高，可以保護(hù)隱私數(shù)據(jù)，因此，聯(lián)盟鏈比較適合5G網(wǎng)絡(luò)。

但是當(dāng)前聯(lián)盟鏈缺少行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，信用安全體系和設(shè)備的互聯(lián)互通尚未達(dá)成共識(shí)，阻礙了區(qū)塊鏈中聯(lián)盟鏈的發(fā)展。建議相關(guān)管理部門(mén)引導(dǎo)通信運(yùn)營(yíng)商和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)建立區(qū)塊鏈聯(lián)盟，制定統(tǒng)一的區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，建立高效的信用體系、安全機(jī)制和監(jiān)管體系，在遵守同一規(guī)則下，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，推進(jìn)5G創(chuàng)新發(fā)展。

6 結(jié)束語(yǔ)

5G和區(qū)塊鏈，5G是基礎(chǔ)，區(qū)塊鏈?zhǔn)呛诵?，萬(wàn)物互聯(lián)是途徑，智慧生活是目的。隨著我國(guó)5G的加速推進(jìn)，通過(guò)構(gòu)建開(kāi)放和可管理的區(qū)塊鏈生態(tài)，實(shí)現(xiàn)5G和區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)的深度融合，將為我國(guó)加快網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)、智慧社會(huì)的建設(shè),經(jīng)濟(jì)體系優(yōu)化升級(jí)作出更大的貢獻(xiàn)。