基于区块链的物联网技术应用

首页 > 币界资讯 > 区块链知识 2020-07-09 14:18:04

随着区块链技术的不断发展，其应用变得越来越普及。文章主要针对区块链的数据结构及整体架构进行分析，并审视了区块链为物联网带来的挑战;最后从物联网数据交易系统方面、电网管理方面、车联网方面以及防伪安全管理方面，细化阐述了基于区块链的物联网技术应用，以期为基于区块链的物联网技术发展提供可靠支持。

近年来，随着物联网的持续普及，人们对物联网的要求逐渐升高。区块链与物联网的整合，可提升物联网的性能，使其更加符合各类场景的应用要求。但区块链技术的特殊性，也为物联网带来了一定的挑战。因此，分析基于区块链的物联网技术应用具有一定的必要性。

1 区块链技术分析

1.1 数据结构

在区块链技术中，区块数据是保障区块链链式结构正常运行的关键所在。从区块数据的构成来看，其主要由Merkle(固定时间内网络中全部有效交易对应的哈希根，即交易信息的具体体现)、Nonce(随机数)、Pre-Hash(前一区块对应的哈希值，是区块链具有可追溯功能的关键)以及Timestape(时间戳)等构成。在区块链技术中，区块数据提供交易数量信息、时间信息等数据的形式，保障整个区块链的持续运行。

1.2 整体架构

区块链的架构为经典5层架构，具体包含：(1)应用层。区块链的应用功能由可编程社会、可编程货币以及可编程金融3种要素所决定。(2)合约层。是区块链技术的约束要素。在技术运行中，合约层的算法机制利用其约束作用，确保区块链算法的规范性;而合约层中的智能合约与脚本代码也可为区块链的运行提供良好的支持作用。(3)共识层。包含DPOS，POW以及POS 3部分。(4)网络层。是区块链传播功能的决定要素，构成较为复杂。其中，P2P网络是区块链技术的运行载体;验证机制、传播机制这两种成分则影响着区块链的传播特征。(5)数据层。由链式结构、数据区块等共同构成。

2 区块链为物联网带来的挑战

结合当前区块链应用现状分析，区块链为物联网带来的挑战主要体现为以下几方面。

2.1 通量性能

区块链的通量存在一定的限制[1]。以经典区块链以太坊为例，在每秒范围内，该区块链的平均交易处理数量约为15笔。将区块链用于物联网，其通量性能的限制性特征，为二者的整合带来了一定的困难。为了改善通量限制问题，提升网络通量逐渐成为区块链优化研究中的重点所在。目前，已有多种优化措施的应用成果证实，其可提升区块链的数据通量。但就物联网应用场景的要求而言，加强区块链的通量性能仍然是该领域亟待解决的问题之一。

2.2 数据安全

目前，物联网已经渗入了人们日常生活的各个方面。这一广泛应用现状，对物联网的数据信息安全提出了较高的要求。将区块链与物联网整合后，如何保障人们的数据信息(身份信息、资金信息等隐私数据)安全，逐渐成为限制基于区块链的物联网技术发展的关键问题。

3 基于区块链的物联网技术应用

文章主要从以下4个方面入手，针对基于区块链的物联网技术应用进行分析和研究。

3.1 物联网数据交易系统方面

以网络为基础的在线交易，是物联网的主要应用方向[2]。将区块链与物联网整合后，区块链的技术优势可为物联网在线交易系统提供诸多便捷，即通过构建完善数据交易系统的形式，实现基于区块链的物联网技术的合理应用。

基于区块链的物联网数据交易系统的构建流程：

(1)系统架构。按照协议层、扩展层、应用层3层架构模式，构建基于区块链的物联网数据交易系统。其中，协议层包含存储层、网络层两部分，其运行机制为：存储层接收来自网络层的数据信息，纳入分布式账本中，以备后续数据处理操作使用。而扩展层的扩展功能则通过数据存储交易及智能合约这两大要素实现。应用层直接面向用户，该部分主要通过客户端(用户注册账号信息)及交易网站这两种途径，收集货币及交易等相关数据，并将所得信息传输至扩展层。

(2)系统私有链部署。用户对数据交易系统的要求为可满足用户的便捷应用要求，即可根据用户使用模式的变化，完成客户端之间的连接转移。基于上述要求，可按照如下模式，做好数据交易系统的私有链部署：利用以太坊G0-Ethereum客户端进行系统私有链部署。当启动该客户端时，其可自动与用户其他客户端建立连接关系，经网络下载同步区块建立连接。

(3)功能性需求。根据数据交易系统的应用要求，可将系统功能性需求确定为：注册账号、登录账号、数据上传(以公钥加密技术，将来自物联网设备的原始数据信息上传至区块链中，并保障数据上传过程的安全性)、数据出售(于取得用户许可下，将加密数据对外出售)、数据购买(用户根据自身需求購买来自机构或用户对象的加密数据信息)、账户查询(完成数据交易后，卖方、买方用户可通过查询功能确认资金账户的余额变更状况)。

3.2 电网管理方面

电网管理是基于区块链的物联网技术的可行应用方向。将区块链与智能电网充分整合后，可形成更加完善、功能多样化的电网管理系统[3]。在电网管理中，基于区块链的物联网技术的应用优势在于：(1)电力需求分析。传统电网模式下，电力需求分析工作需要耗费较长时间，而引入基于区块链的物联网技术后，可直接利用人工智能及区块链技术的数据综合处理优势，获取更加真实、可靠的电力需求数据信息。整个信息获取过程的耗时较短。对于供电局而言，基于区块链的物联网技术的应用，可提高电力需求分析工作的效率，减轻相关人员的工作压力。(2)供电决策。是电网管理的关键所在。根据既往经验，电力用户的海量性、用户用电行为的多变性等特征，为电网供电决策的制定带来了一定困难。引入基于区块链的物联网技术后，可将电网管理系统转变为电力交易模型，根据用户的电力交易数据提炼交易规律，利用区块链的智能合约调整电力交易规则，并参照数据分析获得的交易规律，动态变更电网切换策略，以保障供电决策的合理性。

3.3 車联网方面

车联网领域对管理工作的要求以提升驾驶安全性为主，相对于传统管理模式而言，基于区块链的物联网技术更加契合该要求。运用区块链技术提升车联网驾驶安全性，以区块链构建分布式车联网数据库，动态收集车辆的数据信息。在分布式数据库管理模式下，以部署智能合约的形式，满足用户对驾驶信息数据(如路侧基础设施等)的安全性要求。除了数据收集、整合优势外，基于区块链的分布式数据库还为用户提供了自主选择功能，允许用户(车辆所有者)自主选择可信度较高的数据提供者，进而促进提升驾驶安全性目标的实现。

3.4 防伪安全管理方面

随着物联网的持续普及，人们对产品安全性、可靠性的要求逐渐升高。基于用户的防伪验证需求，可利用基于区块链的物联网技术，开展防伪安全管理。例如，可利用区块链技术，构建产品溯源系统，借助智能合约或无线射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)等工具，避免产品标签的非法复制或变更。当用户向溯源系统中输入产品信息时，可直接获得信息所对应的产地、生产商等信息。基于区块链的物联网技术在防伪安全管理方面的应用，可为查询真伪提供极大的便捷。在基于区块链的干预模式下，智能合约、RFID等约束要素，不仅可确保所提供溯源信息的准确性，还有助于改善产品安全状况，减少由假冒伪劣产品引发的不良事故。由此可认为，加强基于区块链的物联网技术在防伪安全管理领域的推广具有一定必要性。