姚中原，潘 恒，祝衛(wèi)華，斯雪明

1.中原工學(xué)院前沿信息技術(shù)研究院，河南鄭州450007

2.復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，上海201203

當(dāng)前，區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)都已成為國內(nèi)外技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的重點(diǎn)方向?？偨Y(jié)這兩方面的最新研究成果，發(fā)現(xiàn)區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的態(tài)勢已經(jīng)十分明顯。

從技術(shù)融合的角度來看，區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)層面上具有很高的契合度。首先，具備以感知層直接獲取源數(shù)據(jù)能力的物聯(lián)網(wǎng)可以利用感知層直接獲取源數(shù)據(jù)，解決了區(qū)塊鏈只能保證鏈上數(shù)據(jù)的安全性而無法保證其真實(shí)性的問題，為解決區(qū)塊鏈系統(tǒng)面臨的鏈上鏈下數(shù)據(jù)協(xié)同問題提供了嶄新的思路；其次，區(qū)塊鏈自身具備多中心化、賬本公開、抗偽造、防篡改和集體共識(shí)等特性，有效解決了物聯(lián)網(wǎng)中海量設(shè)備的接入與協(xié)作、大數(shù)據(jù)管理、信任建立等問題。

從應(yīng)用融合的角度來看，一方面，物聯(lián)網(wǎng)為區(qū)塊鏈應(yīng)用提供了更多可落地的應(yīng)用場景及物理世界的支撐依據(jù)。目前，區(qū)塊鏈的大規(guī)模應(yīng)用落地依然困難，主要原因在于很難建立區(qū)塊鏈技術(shù)與現(xiàn)實(shí)世界的紐帶并找到真正的技術(shù)需求。物聯(lián)網(wǎng)通過采集來自于農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)炔煌袠I(yè)及其細(xì)分領(lǐng)域的海量數(shù)據(jù)來描述真實(shí)世界，并通過節(jié)點(diǎn)控制向真實(shí)世界輸出反饋信息；物聯(lián)網(wǎng)可以成為區(qū)塊鏈與現(xiàn)實(shí)世界連接的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從而進(jìn)一步開闊區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用場景，有助于區(qū)塊鏈發(fā)現(xiàn)并解決現(xiàn)實(shí)世界的問題，從而真正服務(wù)實(shí)體經(jīng)濟(jì)。另一方面，區(qū)塊鏈自身具備的技術(shù)特點(diǎn)為有效解決物聯(lián)網(wǎng)的安全問題提供了切實(shí)可行的解決思路。物聯(lián)網(wǎng)使用的數(shù)據(jù)是對(duì)物理世界的真實(shí)描述，如果這些數(shù)據(jù)遭到惡意竄改、非法偽造或違規(guī)訪問，就可能造成災(zāi)難性的后果。區(qū)塊鏈自身具備的安全機(jī)制正好可以有效解決物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中數(shù)據(jù)的真實(shí)性問題，在一定程度上為物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的機(jī)密性、可用性提供了保障。

綜上所述，區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展可謂天作之合。本文將從區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的研究現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)比分析國內(nèi)外區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的相關(guān)科研成果，探討區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展可能面臨的一些挑戰(zhàn)及未來發(fā)展趨勢，并展望了未來區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展前景。

1 區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合的國際研究現(xiàn)狀

本文檢索了自2016年以來公開發(fā)表的600 余篇關(guān)于區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的研究論文，并對(duì)其中具有代表性的科研成果進(jìn)行綜述。使用的文獻(xiàn)檢索工具包括但不限于Google Scholar、Semantic Scholar、DBLP、Aminer、Web of Science、IEEE Xplore。區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的研究始于2016年，2018年之后相關(guān)研究出現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，本文調(diào)研中2020年的相關(guān)文獻(xiàn)僅統(tǒng)計(jì)到6月份。自2016年以來，在區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合領(lǐng)域發(fā)表的論文可以按年份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

圖1 區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合的文獻(xiàn)Figure 1 Literature on integration of blockchain and IoT

調(diào)研一定范圍的文獻(xiàn)可知，當(dāng)前區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合的研究熱點(diǎn)集中于區(qū)塊鏈新架構(gòu)、新型共識(shí)算法、智能合約優(yōu)化以及區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用。本文將調(diào)研文獻(xiàn)按照研究熱點(diǎn)進(jìn)行劃分，具體分布情況如圖2所示。

圖2 區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合的研究熱點(diǎn)分布Figure 2 Distribution of research area on integration of blockchain and IoT

1.1 物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈融合的新架構(gòu)

為了確保區(qū)塊鏈架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的有效融合，使其更適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境并能解決區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)在應(yīng)用中面臨的新問題，出現(xiàn)了許多新的區(qū)塊鏈架構(gòu)。已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)營的典型的擁有新型區(qū)塊鏈架構(gòu)的項(xiàng)目包括ITOA、IOTeX 和μN(yùn)EST 等，這些商業(yè)項(xiàng)目所發(fā)行代幣的總值至今已超過200 億美元[1]。除此之外，文獻(xiàn)[2] 也提出了一種輕量級(jí)的區(qū)塊鏈架構(gòu)，可以有效平衡區(qū)塊鏈系統(tǒng)資源消耗巨大與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備資源受限這兩個(gè)約束條件。文獻(xiàn)[3] 設(shè)計(jì)了一種安全高效的三維區(qū)塊鏈架構(gòu)用于解決物聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)性和擴(kuò)展性問題，同時(shí)也提出了一種三維貪婪最重可觀察子樹算法（three dimensional greedy heaviest observed sub-tree,3D-GHOST）共識(shí)算法用于提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和吞吐量。文獻(xiàn)[4] 提出了一種專為資源受限工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的輕量級(jí)區(qū)塊鏈架構(gòu)，減少了每個(gè)區(qū)塊中包含的需要驗(yàn)證的交易數(shù)量，提升了區(qū)塊鏈的整體吞吐率，從而允許邊緣節(jié)點(diǎn)執(zhí)行更多的運(yùn)算操作。為解決區(qū)塊鏈應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域而存在的擴(kuò)展性問題和效率問題，文獻(xiàn)[5] 在物聯(lián)網(wǎng)上層增加了另一個(gè)本地對(duì)等網(wǎng)絡(luò)并提出了一種可擴(kuò)展的區(qū)塊鏈架構(gòu)，允許物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)出的交易經(jīng)由本地賬本記錄匯總后才可以進(jìn)入全局賬本，大大提升了區(qū)塊鏈系統(tǒng)的整體效率和全局賬本的容量。同樣為了解決區(qū)塊鏈引入物聯(lián)網(wǎng)而引發(fā)較大的帶寬開銷和數(shù)據(jù)傳輸延遲問題，文獻(xiàn)[6] 創(chuàng)造性地將一組富資源節(jié)點(diǎn)加入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，并要求這組節(jié)點(diǎn)作為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，該方案保證了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)出的交易信息只需一次轉(zhuǎn)發(fā)即可經(jīng)由富資源節(jié)點(diǎn)快速處理后上鏈保存，從而縮減了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的帶寬開銷和時(shí)延。與以往工作主要關(guān)注系統(tǒng)擴(kuò)展性的目標(biāo)不同，文獻(xiàn)[7] 設(shè)計(jì)了一種新型的可擴(kuò)展的區(qū)塊鏈架構(gòu)專用于完成物聯(lián)網(wǎng)上去中心化的節(jié)點(diǎn)訪問控制，并宣稱該架構(gòu)可以支持任意的角色創(chuàng)建與訪問許可規(guī)則。

1.2 區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合場景的新型共識(shí)算法及智能合約優(yōu)化

物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算、存儲(chǔ)、通信等能力幾乎全部受到限制，且網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備規(guī)模較大，因此在區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用中幾乎無法采用以工作量證明和權(quán)益證明為代表的經(jīng)典共識(shí)算法，這就需要更適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的共識(shí)算法。文獻(xiàn)[8] 提出了一種基于信譽(yù)積分的工作量證明共識(shí)算法，可以在基于有向無環(huán)圖（directed acyclic graph,DAG）的區(qū)塊鏈中使用，不但保證了數(shù)據(jù)的安全性而且提升了交易處理的效率；文獻(xiàn)[9] 設(shè)計(jì)了一種適用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景的輕量級(jí)共識(shí)算法，采用了一種兩路徑的路由選擇傳輸策略來保證節(jié)點(diǎn)中區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的一致性；其他創(chuàng)新的共識(shí)算法可以參見文獻(xiàn)[10-13]。

在物聯(lián)網(wǎng)中，感知層節(jié)點(diǎn)受到自身資源的限制，很難保持與功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行長時(shí)間的、多頻次的連接，而將物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是將其在物理層面上暴露在網(wǎng)絡(luò)攻擊者面前，可見采用服務(wù)器直接控制物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)是不現(xiàn)實(shí)且不安全的。因此，對(duì)節(jié)點(diǎn)的訪問控制和指令操縱成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用亟需解決的問題，而區(qū)塊鏈的智能合約為解決這一問題提供了可行的思路。文獻(xiàn)[14] 提出了如何利用智能合約保證物聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)的部分運(yùn)算結(jié)果的正確性是可驗(yàn)證的，提升了物聯(lián)網(wǎng)整體的運(yùn)算效能和物聯(lián)網(wǎng)中心控制服務(wù)器的工作效率。文獻(xiàn)[15] 提出了一種基于智能合約的允許終端用戶與物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)直接交互的區(qū)塊鏈解決方案，同時(shí)具備節(jié)點(diǎn)訪問控制、身份認(rèn)證與支付等功能。在物聯(lián)網(wǎng)中，感知層節(jié)點(diǎn)采集到的海量數(shù)據(jù)只有上傳到云端服務(wù)器加以分析處理才會(huì)凸顯其內(nèi)在的資產(chǎn)價(jià)值，然而受到物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通信能力的限制以及云端服務(wù)器可能發(fā)生的故障等因素的影響，這些數(shù)據(jù)在上傳過程和云端處理過程中都可能發(fā)生錯(cuò)誤，于是文獻(xiàn)[16] 提出了一種基于智能合約的分布式物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)外包審計(jì)方案。該方案可以代替一個(gè)可信第3 方對(duì)云端服務(wù)器的數(shù)據(jù)操作行為進(jìn)行審計(jì)，以防止服務(wù)器泄露外包數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)[17-20] 也研究了區(qū)塊鏈智能合約在物聯(lián)網(wǎng)中的創(chuàng)新應(yīng)用。

1.3 區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合的應(yīng)用

當(dāng)前區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合最大的研究熱點(diǎn)是其應(yīng)用研究。區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用的場景十分廣泛，主要的應(yīng)用場景包括節(jié)點(diǎn)及數(shù)據(jù)訪問控制、可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸、安全的數(shù)據(jù)交易與共享、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)更新、信任與協(xié)作等。

文獻(xiàn)[21-24] 分別研究了如何利用區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)中完成對(duì)節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)的訪問控制。其中：文獻(xiàn)[21] 結(jié)合Hyperledger Fabric 與基于屬性的訪問控制方法在物聯(lián)網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡單的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)訪問控制系統(tǒng)，可以對(duì)每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式、細(xì)粒度、動(dòng)態(tài)的訪問控制管理；文獻(xiàn)[22] 設(shè)計(jì)了一個(gè)用于無人機(jī)機(jī)群內(nèi)部以及無人機(jī)與地面服務(wù)器之間數(shù)據(jù)訪問控制的解決方案，可以保證無人機(jī)之間數(shù)據(jù)流的安全流轉(zhuǎn)以及無人機(jī)與地面服務(wù)器之間的安全通信。

文獻(xiàn)[25-28] 研究了區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合在可靠數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)方面的應(yīng)用。其中：文獻(xiàn)[25] 結(jié)合以太坊與同態(tài)加密技術(shù)提出了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全計(jì)算及可信存儲(chǔ)解決方案；文獻(xiàn)[26] 研究了如何利用區(qū)塊鏈構(gòu)造空- 地異構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)背景下的可靠的數(shù)據(jù)傳輸與分布式存儲(chǔ)技術(shù)。文獻(xiàn)[29-32] 研究了區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合在安全的數(shù)據(jù)交易及共享方面的應(yīng)用。其中：文獻(xiàn)[29] 結(jié)合以太坊和深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)提出了一種高效的基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集及節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換方案；文獻(xiàn)[30] 結(jié)合區(qū)塊鏈及代理重加密技術(shù)提出了一個(gè)安全高效的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)共享方案，將物聯(lián)網(wǎng)中一些節(jié)點(diǎn)作為代理服務(wù)器并允許其執(zhí)行代理加密操作，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明該方案可以保證數(shù)據(jù)機(jī)密性并抵御共謀攻擊。

文獻(xiàn)[33-36] 研究了區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合在保障物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全方面的應(yīng)用。其中：文獻(xiàn)[33] 結(jié)合區(qū)塊鏈和軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)感知層部署了一種全局威脅探測方法，允許網(wǎng)絡(luò)持續(xù)檢測攻擊行為并快速更新安全機(jī)制；文獻(xiàn)[34] 提出了一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的時(shí)鐘同步方法，允許物聯(lián)網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)高效安全地同步各自的時(shí)鐘，從而避免因時(shí)鐘異步而引發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)崩潰或其他安全事故。

文獻(xiàn)[37-40] 研究了區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合在輔助物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)固件更新升級(jí)方面的應(yīng)用。其中：文獻(xiàn)[37] 設(shè)計(jì)了一種基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)固件檢測及更新方法，可以快速響應(yīng)節(jié)點(diǎn)的固件升級(jí)請(qǐng)求，并保證節(jié)點(diǎn)接收到的固件是完整可用的，從而確保物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)在固件升級(jí)過程中的安全性和固件版本的一致性；文獻(xiàn)[38] 則考慮了使用區(qū)塊鏈技術(shù)保證節(jié)點(diǎn)在固件升級(jí)過程中的隱私問題及升級(jí)反饋問題，為此引入了一種二次認(rèn)證阻止簽名算法來保證節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)制匿名性，引入基于屬性的簽名來保證節(jié)點(diǎn)固件的交付反饋。文獻(xiàn)[41-44] 研究了如何使用區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間建立信任。其中：文獻(xiàn)[41] 采用區(qū)塊鏈技術(shù)與面向服務(wù)架構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種允許物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間服務(wù)的互操作方法，解決了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間服務(wù)互操作的安全問題和信任問題。

除了以上應(yīng)用場景外，區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中還有其他方面的應(yīng)用。例如：文獻(xiàn)[45]憑借區(qū)塊鏈技術(shù)解決了基于物聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)感知系統(tǒng)中收集的感知數(shù)據(jù)質(zhì)量及感知節(jié)點(diǎn)位置信息的隱私性無法得以保證的問題；文獻(xiàn)[46] 結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)和可搜索加密技術(shù)解決了物聯(lián)網(wǎng)中終端用戶與云服務(wù)器之間數(shù)據(jù)難以安全共享的問題，并提供了密鑰聚合及抗密鑰泄漏等新的安全特性；文獻(xiàn)[47] 利用區(qū)塊鏈技術(shù)完整記錄用戶與物聯(lián)網(wǎng)中公共霧節(jié)點(diǎn)交互行為的方式，解決了公共霧節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)難以度量的問題，進(jìn)而保證物聯(lián)網(wǎng)中公共霧節(jié)點(diǎn)可以為感知層節(jié)點(diǎn)設(shè)備提供分布式的可信的各類服務(wù)。

2 區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合的國內(nèi)研究進(jìn)展

調(diào)研100 余篇國內(nèi)區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合的文獻(xiàn)可知，國內(nèi)在區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合領(lǐng)域的熱點(diǎn)集中在區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用研究方面，而有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究成果則較少。針對(duì)應(yīng)用研究，主要研究方向包括數(shù)據(jù)安全共享、身份認(rèn)證、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全、訪問控制、隱私保護(hù)等。國內(nèi)在區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合領(lǐng)域，主要應(yīng)用研究方向的分布情況如圖3所示。

圖3 區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用研究方向分布Figure 3 Distribution of applications on integration of blockchain and IoT

2.1 區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合在數(shù)據(jù)共享、隱私保護(hù)方面的應(yīng)用

文獻(xiàn)[48-51] 主要討論區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)安全共享方面的應(yīng)用。其中：文獻(xiàn)[48] 提出了一種基于數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈和交易區(qū)塊鏈雙鏈結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)物聯(lián)網(wǎng)信息共享安全框架，利用數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)和防篡改，采用了改進(jìn)的PBFT 共識(shí)算法和基于部分盲簽名的改進(jìn)算法提高交易效率，進(jìn)而保證了對(duì)區(qū)塊鏈交易的隱私保護(hù)；文獻(xiàn)[49] 利用聯(lián)盟區(qū)塊鏈的分布式存儲(chǔ)、智能合約、共識(shí)機(jī)制等技術(shù)解決泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的信息安全、數(shù)據(jù)建模、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葐栴}，在聯(lián)盟鏈視角下提出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，并詳細(xì)闡述了不同層級(jí)間的運(yùn)行機(jī)理。

文獻(xiàn)[52-54] 研究了區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)隱私保護(hù)方面的應(yīng)用。其中：文獻(xiàn)[52] 設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備位置信息保護(hù)模型，依據(jù)區(qū)塊鏈上信息不可篡改的特性首先將設(shè)備標(biāo)識(shí)記錄上鏈，保證物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備信息不可篡改；然后基于白名單技術(shù)和分布式哈希表網(wǎng)絡(luò)對(duì)設(shè)備位置信息進(jìn)行異或處理以隱藏物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌Ｗo(hù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的位置信息；最后采用k- 匿名算法泛化數(shù)據(jù)的敏感屬性為用戶提供區(qū)域信息統(tǒng)計(jì)服務(wù)。文獻(xiàn)[53] 提出了一種基于聯(lián)盟鏈的匿名交易方案，通過劃分基礎(chǔ)域和互聯(lián)域來完成中心化身份認(rèn)證和去中心化交易，按照基于Merkle 樹的雙因素認(rèn)證方案對(duì)用戶身份進(jìn)行匿名認(rèn)證，保證了各節(jié)點(diǎn)身份與消息的解耦。

文獻(xiàn)[55-58] 研究了區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)在節(jié)點(diǎn)訪問控制方面的應(yīng)用。其中：文獻(xiàn)[55] 提出了一個(gè)簡化的訪問控制模型，將訪問策略發(fā)布在公共可見的區(qū)塊鏈上，允許任何用戶在任何時(shí)刻都能獲悉所有用戶的訪問權(quán)限，同時(shí)結(jié)合智能合約通過觸發(fā)區(qū)塊鏈交易完成了對(duì)訪問權(quán)限的管理。文獻(xiàn)[56] 提出了一種提出基于以太坊的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備訪問控制架構(gòu)，同時(shí)結(jié)合基于角色的訪問控制方法編寫圖靈完備的智能合約，完成對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的訪問控制，并使用以太坊梅克爾- 帕特里夏樹存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)結(jié)合IPFS 對(duì)訪問控制策略進(jìn)行存儲(chǔ)管理。

2.2 區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合在系統(tǒng)安全、信任管理方面的應(yīng)用

文獻(xiàn)[59-62] 研究了區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)在系統(tǒng)安全方面的應(yīng)用。其中：文獻(xiàn)[59] 結(jié)合區(qū)塊鏈和容器技術(shù)提出了一種物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)接入管理方案，以區(qū)塊鏈技術(shù)管理接入物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)之間交互的信息，保證交互信息可以安全地保存在鏈下存儲(chǔ)設(shè)備中，有效地提升了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的安全性，降低了惡意攻擊發(fā)生后取證溯源的難度。文獻(xiàn)[60] 提出了一種基于邊緣計(jì)算和區(qū)塊鏈的檢測防御架構(gòu)，在邊緣節(jié)點(diǎn)處先根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的業(yè)務(wù)功能特點(diǎn)進(jìn)行初步的疑似DDoS異常檢測，再通過初步檢測結(jié)果的共享分析得出DDoS 預(yù)警，最后對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)出的DDoS進(jìn)行過濾。

文獻(xiàn)[63-66] 全面研究了區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)在節(jié)點(diǎn)身份認(rèn)證方面的應(yīng)用。其中：文獻(xiàn)[63] 以區(qū)塊鏈作為底層存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫提出了一種基于區(qū)塊鏈的去中心化的物聯(lián)網(wǎng)身份認(rèn)證系統(tǒng)。文獻(xiàn)[64] 結(jié)合傳統(tǒng)的RFID 雙向認(rèn)證協(xié)議和重新構(gòu)造的容忍分叉的區(qū)塊格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊格的RFID 雙向認(rèn)證協(xié)議，在安全性不受影響的前提下去除了共識(shí)機(jī)制，同時(shí)也避免了系統(tǒng)吞吐量出現(xiàn)瓶頸的情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該協(xié)議在保證安全性的前提下具有與傳統(tǒng)協(xié)議采用的中心化架構(gòu)一致的效率。

2.3 區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合的關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)前，涉及區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合關(guān)鍵技術(shù)的國內(nèi)科研成果并不多。其中：文獻(xiàn)[67] 針對(duì)傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)交易場景下證書頒發(fā)與維護(hù)的巨額開銷問題提出了一種輕量級(jí)的密鑰協(xié)商協(xié)議，使用基于身份的Schnorr 簽名提供了IoT 設(shè)備間輕量級(jí)的身份認(rèn)證功能以及交易后用戶間端到端的安全通信功能；文獻(xiàn)[68] 引用IoT 智能網(wǎng)關(guān)作為IoT 設(shè)備的中心管理節(jié)點(diǎn)和公有區(qū)塊鏈的全能節(jié)點(diǎn)，提出了一種面向IoT 的基于智能合約的訪問控制方案，保證了IoT 設(shè)備及其智能網(wǎng)關(guān)的相互認(rèn)證，并允許用戶可以管理IoT 設(shè)備中的系統(tǒng)資源及存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)[69] 基于存在多個(gè)特權(quán)子群情況下的門限數(shù)字簽名機(jī)制建立了多聯(lián)盟鏈鏈間身份證明，實(shí)現(xiàn)了鏈間實(shí)體自主授權(quán)過程，通過構(gòu)建跨聯(lián)盟鏈交易原子提交協(xié)議確保了異步授權(quán)狀態(tài)的同步，最后提出了一種多層混合可選信任- 驗(yàn)證交易共識(shí)機(jī)制，在優(yōu)化系統(tǒng)性能的同時(shí)確保了系統(tǒng)的安全性。

3 國內(nèi)外研究對(duì)比與發(fā)展趨勢展望

3.1 國內(nèi)外研究進(jìn)展對(duì)比

總結(jié)國內(nèi)外區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)研究的發(fā)展進(jìn)程，比較該領(lǐng)域的國內(nèi)外科研工作，發(fā)現(xiàn)兩者存在以下相似之處。

1）物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈都是新興的前沿技術(shù)，對(duì)這兩個(gè)領(lǐng)域的研究起步都較晚。國內(nèi)外學(xué)者開始關(guān)注區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合這一研究領(lǐng)域的時(shí)間更晚，在該領(lǐng)域的研究工作始于2016年，起步基本一致。

2）區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)自身發(fā)展歷程較短且技術(shù)體系仍未成熟，更不必論及區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合這一前沿研究領(lǐng)域，因此在該領(lǐng)域的科研工作既不深入也不全面，尚有許多問題值得進(jìn)一步探索。

3）在區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合領(lǐng)域的主要研究方向方面，從該領(lǐng)域主要研究成果來看，國內(nèi)外科研工作都主要偏重于區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合的應(yīng)用研究。

分析國內(nèi)外區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)的研究進(jìn)展，國內(nèi)相比于國外在該領(lǐng)域的科研工作存在以下不同之處。

1）國內(nèi)在該領(lǐng)域的創(chuàng)新性不夠，相關(guān)應(yīng)用研究成果極少轉(zhuǎn)化和落地。國外已有多個(gè)相對(duì)較為成熟的區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，如IOTA、IOTeX、μN(yùn)EST 等；平臺(tái)大多采用最新的理論、技術(shù)研究成果，如IOTA 采用了基于DAG 的區(qū)塊鏈新架構(gòu)，而IOTeX 則采用了基于可驗(yàn)證隨機(jī)函數(shù)（verifiable random function,VRF）的先進(jìn)共識(shí)。

2）國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)主要集中在區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合的應(yīng)用研究，僅有少量工作關(guān)注該領(lǐng)域的相關(guān)理論與核心技術(shù)。國外在該領(lǐng)域的研究則更為全面，在新型區(qū)塊鏈架構(gòu)、共識(shí)算法、智能合約、帶寬優(yōu)化等方面也都取得了一定的成果。

3.2 國內(nèi)外發(fā)展趨勢與展望

區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)之間存在較好的技術(shù)契合性，兩者的技術(shù)融合可謂優(yōu)勢互補(bǔ)。此外，物聯(lián)網(wǎng)可以為區(qū)塊鏈應(yīng)用提供豐富的數(shù)據(jù)資源和眾多的應(yīng)用場景，兩者的應(yīng)用融合具有廣闊的發(fā)展前景。當(dāng)前，區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合研究也剛剛得到普遍重視。分析國內(nèi)外區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合研究的現(xiàn)狀，總結(jié)當(dāng)前研究依然存在的不足，可以預(yù)見該領(lǐng)域在未來可能呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。

1）物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展自身面臨很多系統(tǒng)性的挑戰(zhàn)，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及傳輸?shù)某杀靖甙骸?shù)據(jù)本地處理效率低下、整體軟硬件解決方案技術(shù)復(fù)雜等。這些問題僅僅通過開展區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合研究是很難得到妥善解決的，因此區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)在未來可能還要融合如5G、人工智能等其他技術(shù)來完成進(jìn)一步的演進(jìn)。

2）區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)融合還存在許多基礎(chǔ)理論及核心技術(shù)問題值得研究。如何借用區(qū)塊鏈技術(shù)高效安全地解決物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的共享與交易、節(jié)點(diǎn)的互信與協(xié)作等實(shí)際問題，如何將物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)、協(xié)議、平臺(tái)與區(qū)塊鏈技術(shù)深度融合，以及如何將共識(shí)機(jī)制、智能合約等區(qū)塊鏈技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，這些問題在未來將得到更深入的研究和更全面的探索。

3）隨著區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合的基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)的不斷成熟，該領(lǐng)域的應(yīng)用研究仍將成為熱點(diǎn)，更多與實(shí)體經(jīng)濟(jì)緊密結(jié)合的區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目及其平臺(tái)也將紛紛出現(xiàn)，對(duì)行業(yè)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展帶來巨大革新。

4 結(jié) 語

本文介紹了區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合研究的背景與意義，廣泛調(diào)研了國內(nèi)外在區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合研究領(lǐng)域的相關(guān)科研論文，并分別詳細(xì)論述了國內(nèi)外科研工作者在該領(lǐng)域的最新研究成果。針對(duì)該領(lǐng)域論文調(diào)研的詳細(xì)情況，本文還分析了國內(nèi)科研工作與國際同行科研工作相比存在的不足。最后，本文從融合演進(jìn)、基礎(chǔ)研究、應(yīng)用三方面展望了區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢?？偟膩砜?，目前對(duì)區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合技術(shù)的研究還不夠深入，且區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展也還處于產(chǎn)業(yè)前期。隨著區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)研究的進(jìn)一步深入，區(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展將對(duì)多個(gè)行業(yè)產(chǎn)生根本性變革，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>