區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)工程中的運(yùn)用研究

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(hù)成本高、設(shè)備管理難度高等，為有效解決以上問題，需要運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)。基于此，本文對(duì)區(qū)塊鏈的涵義、特點(diǎn)進(jìn)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(yùn)用，包括物聯(lián)網(wǎng)工程運(yùn)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(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)的挑戰(zhàn)與改進(jìn)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(hào)：TN929.5;TP311.13;TP391.44 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：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?cè)絹碓綇V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(hù)問題、管理成本高問題、設(shè)備管理難度高問題等。而通過運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)，則能夠有效解決以上問題?；诖耍疚膶?duì)區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)工程中的運(yùn)用進(jìn)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(jì)算機(jī)技術(shù)，如共識(shí)機(jī)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(yùn)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(jìn)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(shí)間中所出現(xiàn)的結(jié)果和交易進(jìn)行記錄。區(qū)塊包括塊身、塊頭，塊頭儲(chǔ)存著區(qū)塊的描述，通過驗(yàn)證的交易信息由塊身進(jìn)行儲(chǔ)存。綜上所述，區(qū)塊鏈就是指一個(gè)根據(jù)時(shí)間順序連接多個(gè)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(diǎn)

第一，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫選用非對(duì)稱加密算法，用戶能夠?qū)π畔⑦M(jìn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)中對(duì)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(yùn)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(jìn)行有效驗(yàn)證，有效確保了數(shù)據(jù)的真實(shí)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(chǔ)存節(jié)點(diǎn)。以上儲(chǔ)存節(jié)點(diǎn)是由不同的用戶所擁有的，所有節(jié)點(diǎn)都是平等的。因此，區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)置了去中心化對(duì)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?zhǔn)綌?shù)據(jù)。根據(jù)時(shí)間順序，對(duì)鏈接區(qū)塊進(jìn)行有效建立。根據(jù)時(shí)間，通過運(yùn)用區(qū)塊的塊頭，可以溯源區(qū)塊鏈的信息，及時(shí)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(shí)，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(yán)謹(jǐn)性。所以，區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫是無法進(jìn)行篡改的。分布式結(jié)構(gòu)是區(qū)塊主要選用的儲(chǔ)存方式，能夠有效連接儲(chǔ)存系統(tǒng)的全部節(jié)點(diǎn)，同時(shí)節(jié)點(diǎn)可以儲(chǔ)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(shí)時(shí)傳播至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，將全部節(jié)點(diǎn)送給形成的新區(qū)塊，同時(shí)利用共識(shí)機(jī)制，對(duì)信息進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)相同節(jié)點(diǎn)信息比重大于56%時(shí)，可以有效達(dá)成共識(shí)，以確保數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

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

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

第一，多方共識(shí)、身份權(quán)限的管理，實(shí)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(duì)由個(gè)人實(shí)體身份至設(shè)備身份的、接入二者之間的映射關(guān)系進(jìn)行構(gòu)建，能夠有效驗(yàn)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(diǎn)進(jìn)行有效識(shí)別，對(duì)惡意節(jié)點(diǎn)的作惡、接入進(jìn)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(jìn)行有效建立。對(duì)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建立，所有參與方對(duì)相同分布式賬本進(jìn)行有效維護(hù)，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?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，能夠有效驗(yàn)證數(shù)據(jù)，并有效存證電子證據(jù)。第三，主體對(duì)等特點(diǎn)和分布式架構(gòu)特點(diǎn)，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(dòng)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(yùn)維成本的減小。多中心的分散式系統(tǒng)，通過選用水平擴(kuò)展方式，能夠促使分散式系統(tǒng)變得更為靈活，更具擴(kuò)展性，能夠有效減少運(yùn)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(hù)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(jìn)行有效提高，在區(qū)塊鏈內(nèi)，數(shù)據(jù)均采用加密儲(chǔ)存方式，只有通過身份認(rèn)證、審計(jì)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(hù)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(yùn)用系統(tǒng)、運(yùn)營支撐平臺(tái)、信息傳輸系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)。其中，業(yè)務(wù)運(yùn)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(yùn)用服務(wù);運(yùn)營支撐平臺(tái)，主要向運(yùn)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(yùn)營支撐平臺(tái)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(yùn)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(diǎn)，能夠提供資源儲(chǔ)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(yùn)營支撐平臺(tái)，能夠提供安全技術(shù)支撐，如保護(hù)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(yùn)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(tái)

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(jìn)行身份驗(yàn)證，通過利用共識(shí)機(jī)制，可以獲取更為精準(zhǔn)的設(shè)備信息，通過運(yùn)用智能合約技術(shù)，可以將全部數(shù)據(jù)操作情況達(dá)成協(xié)議，另外，通過采用非對(duì)稱加密算法技術(shù)，能夠保護(hù)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(duì)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(diǎn)傳輸信息。以上數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)能夠?qū)⑺胁杉男畔⑿纬梢粋€(gè)區(qū)塊。區(qū)塊塊頭對(duì)前一區(qū)塊、設(shè)備信息的鏈接進(jìn)行有效儲(chǔ)存，區(qū)塊快速對(duì)采集信息進(jìn)行儲(chǔ)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(duì)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(diǎn)能夠向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全部節(jié)點(diǎn)傳輸新生成的區(qū)塊，并進(jìn)行儲(chǔ)存。當(dāng)一些節(jié)點(diǎn)失效時(shí)，P2P可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，有效確保其他節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)通性。

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

3.1 ?面臨的挑戰(zhàn)

物聯(lián)網(wǎng)工程運(yùn)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(chǔ)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(chǔ)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(shí)確認(rèn)，要想寫入?yún)^(qū)塊鏈，需要花費(fèi)60min，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)延、反饋時(shí)延現(xiàn)象，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)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(jī)制消耗大量的資源，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的部署對(duì)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(shí)機(jī)制。第四，分區(qū)容忍。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)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(diǎn)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(jìn)措施

物聯(lián)網(wǎng)工程運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)的改進(jìn)措施，本文主要對(duì)以下進(jìn)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(duì)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(chǔ)存成本，有效提高物聯(lián)網(wǎng)儲(chǔ)存能力。針對(duì)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(diǎn)將會(huì)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(duì)資源消耗高的共識(shí)機(jī)制進(jìn)行使用，可以選擇使用投票的共識(shí)機(jī)制。不過從某種層面上來說，會(huì)損耗節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展性，所以一定要將實(shí)際業(yè)務(wù)情況作為主要依據(jù)來進(jìn)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(duì)輕型節(jié)點(diǎn)、重型節(jié)點(diǎn)給予大力支持。其中，輕型節(jié)點(diǎn)主要進(jìn)行校驗(yàn)工作;重型節(jié)點(diǎn)主要對(duì)區(qū)塊鏈的全量數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。針對(duì)性能瓶頸問題，目前許多公司改進(jìn)了區(qū)塊鏈軟件平臺(tái)。例如，IOTA建議不運(yùn)用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，選用DAG數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以對(duì)交易性能進(jìn)行有效提高，同時(shí)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(shí)期，存在不少問題和缺陷，如共識(shí)延時(shí)比較長、數(shù)據(jù)查詢速度緩慢等，同時(shí)尚未制定相應(yīng)的保障機(jī)制。所以，在今后研究中，一定要與物聯(lián)網(wǎng)工程特點(diǎn)進(jìn)行有效結(jié)合，對(duì)區(qū)塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，對(duì)數(shù)據(jù)檢索效率進(jìn)行有效提高，對(duì)智能合約、物聯(lián)網(wǎng)工程共識(shí)算法進(jìn)行深入研究，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、智能合約有效性進(jìn)行深入研究，制定有效區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的充分利用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 史錦山，李茹.物聯(lián)網(wǎng)下的區(qū)塊鏈訪問控制綜述 [J].軟件學(xué)報(bào)，2019，30（6）：1632-1648.

[2] 黃偉.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)安全分析 [J].中國新通信，2018，20（22）：150-151.

[3] 王怡婷，陳德毓.區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)安全相關(guān)領(lǐng)域的作用 [J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2018，36（11）：189-190.

[4] 王藝超.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)安全解決對(duì)策 [J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（1）：170-171.

[5] 楊遲遲.物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈技術(shù)的先行者 [J].信息化建設(shè)，2019（1）：60.

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