幻灯片 | 区块链在物联网中的应用

今天的演讲主要包括三个部分：第一部分是物联网的行业痛点和区块链带来的优势，第二部分是区块链+物联网的产业现状和应用场景，第三部分是区块链+物联网的挑战和新标准的需要。

物联网在长期的发展演进过程中，遇到了以下五个行业痛点：设备安全、个人隐私、刚性架构、通信兼容性、多主体协同。

在设备安全方面，Mirai创建的Botnets of Things被《麻省理工科技评论》评为2017年十大突破性技术之一。 据统计，Mirai僵尸网络已经感染了超过200万台摄像头等物联网设备，其发起的DDoS攻击让美国域名解析服务商Dyn瘫痪，Twitter、Paypal等多个热门网站当时无法访问. 后来，出现了奴役物联网设备并允许它们挖掘比特币的僵尸网络，以及更大、更活跃的 http81 僵尸网络。

在个人隐私方面，主要是中心化管理结构无法自证清白，个人隐私数据泄露的相关时间时有发生。 近日，人民网报道，成都266台摄像机在网上直播。

在刚性架构方面，当前的物联网数据流被聚合到一个单一的中央控制系统中。 随着低功耗广域技术（LPWA）的不断演进，可以预见未来物联网设备将呈指数级增长，集中式服务的成本难以承受。 根据 IBM 的预测，到 2020 年将有超过 250 亿台设备连接到万物互联。

在通信兼容性方面，全球物联网平台缺乏统一的语言，很容易阻碍多个物联网设备之间的通信，产生多个相互竞争的标准和平台。

在多主体协作方面，目前很多物联网都是运营商和企业内部的自组织网络。 当涉及多个运营商之间和多个同行之间的协作时，建立信用的成本很高。

区块链将凭借主体对等、公开透明、通信安全、不易篡改、多方共识等特点对物联网产生重要影响：多中心、弱中心化的特点将降低物联网的高中心化架构的运维成本，信息加密和安全通信的特性有利于保护隐私，身份权限管理和多方共识有利于识别非法节点，及时阻止恶意节点接入作恶。 可追溯的电子证据存储、分布式架构和主体对等的特点有助于打破物联网中存在的多个信息孤岛的束缚，促进信息的横向流动和多方协作。

其次，介绍一下区块链+物联网的行业现状和相关应用场景。

行业现状一：物联网领导者开始布局区块链。 根据 Forrester Wave：物联网软件平台（2016 年第 4 季度）报告，IBM、PTC、通用电气和微软已成为物联网平台市场的主导者。 SAP、AWS、思科、LogMeln、Exosite、Ayla Networks 和 Zebra Technologies 跻身前 11 名。对于领先的物联网平台公司，除了美国参数技术公司（PTC）没有披露区块链相关项目（该公司有很多区块链相关的文章），IBM、微软、亚马逊和SAP都在各自的云平台上提供区块链即服务（Blockchain-as-a-Service），并提供弹性资源池针对未来海量物联网设备的接入，进行了超前布局。 通用电气GE和思科更关注设备的标识和存储。

讨论区块链+物联网的进展，必须结合垂直行业才能有的放矢。 我们以能源物联网为例。 传统企业和区块链初创企业正从两方面努力，不断推动区块链在行业中的应用。 广泛普及，加速融合。

从传统电力公司的角度来看，他们主要通过与初创公司合作、成立子公司，甚至收购初创公司等方式，投资不同的试点项目，打造分布式能源系统和点对点能源交易平台。 这包括瑞典国有电力公司VattenFall（Waterfall Power）在荷兰阿姆斯特丹投资一家初创公司（PowerPeers），建立一个能源共享平台，让消费者可以自由选择电力渠道，也有双方之间的合作德国莱茵（RWE）与初创公司Slock.it，推出了BlockCharge电动汽车充电项目。 RWE RWE 成立了子公司 Innogy SE，并推出了连接电动车车主、公共和私人充电站的区块链交易平台 Share&Charge。

从创业公司来看，创业公司主要从分布式能源系统、新型交易模式、通证交易市场等不同角度进入区块链领域，初步涉足相关物联网硬件制造区块链在比特币中的应用，如Smart Plug Slock.it推出的充电器适配设备不断丰富区块链+的产业生态。

三是行业现状。 垂直行业生态格局初步形成。 据咨询公司Indigo报告，电力行业仍以区块链+物联网应用为例，从终端支付（加密数字货币）、能源交易市场、技术支持+行业组织、智能家居同行-点对点交易，建设智慧城市。 形成了良好的生态格局。 对我们国家来说，万向要在浙江打造一个基于区块链、聚合能源、电动汽车、物联网、金融科技的聚能城市，而量子链即将推出物联网区块链项目。

第四个行业现状是先行探索区块链+物联网的国际标准。 2017年3月，中国联通联合多家企业和研究机构，在ITU-T SG20建立了全球首个物联网区块链（BOT，Blockchain of Things）标准项目，定义了去中心化的可信物联网服务平台框架。 我院在ITU-T的SG 16工作组也完成了区块链的相关项目。

下面介绍一下区块链+物联网的应用场景。 由于区块链技术尚未成熟定型，很多区块链与物联网结合的案例都处于PoC（proof of concept）阶段。 因此，今天的一些分享希望能为大家提供更多的创新灵感。

第一种应用场景，传统的供应链运输需要经过多个实体，如发货人、承运人、货运代理、船舶代理、堆场、船公司、陆路运输（集运车）公司、舱单抵押银行等业务角色融资。 这些学科之间的许多信息系统相互独立，互不通信。 一方面，存在数据造假问题。 另一方面，由于数据的不兼容，当出现情况时，无法及时响应应急响应。 在这个应用场景中，供应链中的每个实体都部署了区块链节点，将传感器采集的数据实时（比如船舶靠岸时）和离线（比如船舶在海上航行时）写入区块链。外海）。 ，成为不可篡改的电子证据，可以增加各方造假和否认的成本，进一步明确各方的责任边界。 ，根据实时收集的数据，采取必要的应对措施（例如在冷链运输中，立即检查0℃以上的货舱寻找故障源头），增强多方处理的可能性合作。

共享经济可以看作是平台经济的衍生产品。 一方面，平台具有依赖性和利益导向性。 摩拜单车和ofo共享单车，但不共享摩托车。 另一方面，平台也会收取相应的费用。 例如，滴滴出租车司机要上交打车费的20%作为平台佣金。 Slock.it、OpenBazaar等初创公司主要希望搭建一个通用的分享平台。 依托脱媒的区块链技术，供需双方可以进行点对点交易，加速各种闲置商品的直接共享，节省第三方平台费用。

在这种情况下，首先依靠区块链网关构建整个区块链网络。 基于智能合约，资产所有者通过设置租金、押金及相关规则，完成各种锁与资产的绑定。 终端用户通过APP向资产所有者支付相应的租金和押金，获得开锁的控制权（钥匙），进而获得资产的使用权。 使用后，归还物品并取回押金。 这里的一个好处是可以根据智能合约上的计费标准实时准确地进行精准计费，而不是像现在的共享单车那样粗暴的收费（按半小时或一小时计费）。 虽然节省了平台费用（20%），但也引发了很多思考，比如没有保险怎么处理事故； 客户租车开了200公里，锁车，check out 走，谁开回来等。在实际应用中，应该会遇到很多问题。

第三个应用场景，传统输电线路损耗率达到5%，家庭建立的微电网中的剩余能量无法储存，也无法与其他有能源需求的家庭共享。 纽约初创公司 LO3 Energy 与 ConsenSys 合作。 LO3 Energy 负责能源相关的控制。 ConsenSys提供区块链底层技术，在纽约布鲁克林实现点对点交易、自动执行、无第三方中介的能源交易平台。 10 户家庭之间的能源交易和共享。 主要实现方式是在每家每户门口安装一个智能电表，智能电表安装区块链软件，形成区块链网络。 用户通过手机APP在自己的智能电表区块链节点上发布相应的智能合约，根据合约规则，通过西门子提供的电网设备控制相应的链路连接，实现能源交易和能源供应。

对于我国，还有一家点对点能源交易初创公司 Energo。 主要通过将每家每户的可再生能源存储在分布式储能设备中，以代币的形式评估能源的拥有和消耗，基于智能合约设定微电网切换到主电网的能源交易规则和策略，实现对等-没有中介的点对点能源交易平台。

第四种应用场景，主要问题是多家充电公司支付协议复杂，支付方式不一致，充电桩相对稀少，充电成本计量不准确。 基于区块链的电动汽车点对点充电项目。 通过在每个充电桩上安装一个简单的Linux系统设备如树莓派，将属于多个充电桩的公司和拥有充电桩的个人基于区块链串联起来，适配各个接口的Smart Plug用于连接电动汽车。 充电。 使用流程如下：（以Innogy软件为例）首先在手机上安装Share&Charge APP。 在APP上注册您的电动汽车并为您的数字钱包充值。 当需要充电时，从APP中查找附近可用的充电站，并根据智能合约中的价格向充电站所有者支付费用。 APP会与充电桩中的区块链节点通信，执行电动汽车充电指令。

第五个应用场景主要针对未来无人机和机器人的快速发展。 机器之间的通信必须从两个方面考虑：一方面，每架无人机都有一个内置的硬件密钥。 私钥衍生的身份标识增强了身份认证，基于数字签名的通信保证了安全交互，防止伪造信息的传播和非法设备的接入。 另一方面，基于区块链共识机制，未来区块链与人工智能的结合——群体智能，充满想象空间。 MIT实验室在这个交叉领域进行了深入的研究。

接下来介绍区块链+物联网的应用挑战和可信标准的需求。

区块链+物联网将面临以下四大挑战：

在资源消耗方面，物联网设备普遍存在计算能力低、组网能力弱、电池续航时间短等问题。 比特币的工作量证明机制（PoW）消耗了太多的资源。 显然，它不适合部署在物联网节点中，可以部署在物联网网关等服务器中。 其次，以太坊等区块链2.0技术也是PoW+PoS，正在逐步转向PoS。 分布式架构需要一种共识机制来保证数据的最终一致性。 但是，与中心化架构相比，资源的消耗也不容忽视。

在数据扩容方面，区块链是一种只能追加不能删除的数据存储技术。 随着区块链的不断发展，物联网设备是否会有足够的存储空间？ 比如比特币运行至今需要100G的物理存储空间。

在性能瓶颈方面，传统的比特币交易是每秒7笔交易区块链在比特币中的应用，加上共识确认，写入区块链大约需要1个小时。 在延迟敏感的工业互联网上是行不通的。

在分区容忍度方面，工业物联网强调节点“永远在线”。 然而，普通物联网节点经常出现故障、频繁加入和退出网络的情况很常见，容易出现网络震荡消耗大量网络带宽，甚至出现“网络碎片化”现象。

在改进方面，可以从两个方面来衡量。

从区块链的角度来看，

(1) 对于资源消耗，不使用消耗大量资源的基于挖矿的共识机制，可以使用投票共识机制（如PBFT等）来减少资源消耗通知，也可以有效提高交易速度和减少交易时间。 延迟。 当然，在节点可扩展性方面会有一定的损失，这需要面向业务的权衡。

(2) 对于数据扩展，可以使用简单支付交易（SPV），通过默克尔树压缩交易记录。 在系统架构上，支持重节点和轻节点。 重节点存储区块链中的全量数据，轻节点只存储Merkle树根节点的256哈希值，只做校验工作。

(3)针对性能瓶颈，许多面向物联网的区块链软件平台得到了改进。 例如，IOTA提出不采用链式结构，而是采用有向无环图（DAG）数据结构，一方面提高交易性能，另一方面具有抗量子攻击特性。 Lisk采用主链、侧链等跨链技术进行分片和分片管理，在性能方面也取得了诸多突破。

(4) 分区容忍，针对可能出现的网络碎片化，可以选择支持链上和链下交易，尤其是线下交易，在系统设计时支持多个CPS集群。

从物联网的角度来看，

（1）在资源消耗方面，随着eMTC、NB-IoT、LoRA等低功耗广域网（LPWA）技术的发展，传输质量、传输距离、功耗、存储容量等问题将逐渐得到解决解决。

（2）关于数据扩容，根据摩尔定律和超摩尔定律，存储成本下降，物联网存储容量持续上升。

（3）针对性能瓶颈，随着MEMS传感器、SiP封装工艺等新技术、新工艺、新架构的不断成熟和成本的降低，小体积、低功耗的传感节点有望得到广泛应用。

区块链使用算法和软件来承担信任的基础。 但是，刚才我们也提到了，一些区块链软件已经不再使用“链式结构”了。 区块链，顾名思义，区块+链，没有链的结构，对于终端用户来说，会有点云里雾里。 此外，在多链协同、跨链整合、链上链下、分区、共识切换等方面也有很多改进，区块链技术正处于成熟和未定型阶段。 那么，终端用户如何才能信任企业的信息披露并选择合适的区块链产品呢？ 这就需要可信的规则来规范，从用户的角度，以业务为导向，围绕智能合约是否有效执行，共识机制是否保证数据的最终一致性，私钥存储是否安全，权限管理是否分类归类，对企业信息披露是否准确，提出标准规范，提升区块链的公信力，增加区块链的信任度。

数据中心联盟于2016年12月1日成立可信区块链工作组，由中国信息通信研究院、中国科学院计算技术研究所、中国联通、中国电信、腾讯、华为、中兴、金正股份、浪潮、21维亚网、飞天诚信、曙光信息、IBM、思科、太易云、火币网、比特大陆、布比、优客得、中联润通、万国数据、深信服等单位。 可信区块链工作组主要致力于标准的制定和输出。 目前，国际标准中的ITU-T SG16已完成立项，行业标准中的CCSA TC1已完成立项，推动包括可信区在内的相关标准落地。 规范区块链预测试，建立区块链开放实验室和测试平台，推动区块链与物联网、云计算与大数据等前导技术交叉创新，加速区块链在金融、能源、供应链、等各行各业的广泛推广和集成创新。 欢迎大家关注可信区块链的最新进展！

转载自：数据中心联盟，作者授权转载。

继续阅读：

扫码关注

☂

寻找实习机会Recruit an internship

加油吧，51位练习生！

51名学员，企业定制的人才培训就业服务平台。