物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是"信息化"時(shí)代的重要發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。區塊鏈是比特幣的一個(gè)重要概念，區塊鏈是一串使用密碼學(xué)方法相關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的數據塊，每一個(gè)數據塊中包含了過(guò)去十分鐘內所有比特幣網(wǎng)絡(luò )交易的信息，用于驗證其信息的有效性(防偽)和生成下一個(gè)區塊。今天就讓我們看看區塊鏈應用于物聯(lián)網(wǎng)中會(huì )產(chǎn)生怎樣的效應~
今天的演講主要包括三個(gè)部分：第一部分是物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)痛點(diǎn)和區塊鏈帶來(lái)的優(yōu)勢，第二部分是區塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)現狀和應用場(chǎng)景，第三部分是區塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的挑戰和可新標準的需求。
物聯(lián)網(wǎng)在長(cháng)期發(fā)展演進(jìn)過(guò)程中，遇到了以下5個(gè)行業(yè)痛點(diǎn)：設備安全、個(gè)人隱私、架構僵化、通信兼容和多主體協(xié)同5大痛點(diǎn)。
在設備安全方面，Mirai創(chuàng )造的僵尸物聯(lián)網(wǎng)（Botnets of Things）被麻省理工科技評論評為2017年的十大突破性技術(shù)，據統計，Mirai僵尸網(wǎng)絡(luò )已累計感染超過(guò)200萬(wàn)臺攝像機等IoT設備，由其發(fā)起的DDoS攻擊，讓美國域名解析服務(wù)提供商Dyn癱瘓，Twitter、Paypal等多個(gè)人氣網(wǎng)站當時(shí)無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)。后續，又有奴役物聯(lián)網(wǎng)設備、讓其比特幣挖礦的僵尸網(wǎng)絡(luò )，還有規模更大、更為活躍的http81僵尸網(wǎng)絡(luò )等。
在個(gè)人隱私方面，主要是中心化的管理架構無(wú)法自證清白，個(gè)人隱私數據被泄露的相關(guān)時(shí)間時(shí)有發(fā)生。就近期而言，人民網(wǎng)報道的，成都266個(gè)攝像頭被網(wǎng)絡(luò )直播就是一個(gè)案例。
在架構僵化方面，目前的物聯(lián)網(wǎng)數據流都匯總到單一的中心控制系統，隨著(zhù)低功耗廣域技術(shù)（LPWA）的持續演進(jìn)，可以預見(jiàn)的是，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)設備將呈幾何級數增長(cháng)，中心化服務(wù)成本難以負擔。據IBM預測，2020年萬(wàn)物互聯(lián)的設備將超過(guò)250億個(gè)。
在通信兼容方面，全球物聯(lián)網(wǎng)平臺缺少統一的語(yǔ)言，這很容易造成多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設備彼此之間通信受到阻礙，并產(chǎn)生多個(gè)競爭性的標準和平臺。
在多主體協(xié)同方面，目前，很多物聯(lián)網(wǎng)都是運營(yíng)商、企業(yè)內部的自組織網(wǎng)絡(luò )。涉及到跨多個(gè)運營(yíng)商、多個(gè)對等主體之間的協(xié)作時(shí)，建立信用的成本很高。
區塊鏈憑借主體對等、公開(kāi)透明、安全通信、難以篡改和多方共識等特性，對物聯(lián)網(wǎng)將產(chǎn)生重要的影響：多中心、弱中心化的特質(zhì)將降低中心化架構的高額運維成本，信息加密、安全通信的特質(zhì)將有助于保護隱私，身份權限管理和多方共識有助于識別非法節點(diǎn)，及時(shí)阻止惡意節點(diǎn)的接入和作惡，依托鏈式的結構有助于構建可證可溯的電子證據存證，分布式架構和主體對等的特點(diǎn)有助于打破物聯(lián)網(wǎng)現存的多個(gè)信息孤島桎梏，促進(jìn)信息的橫向流動(dòng)和多方協(xié)作。
其次，我們介紹一下，區塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)現狀和相關(guān)的應用場(chǎng)景。
產(chǎn)業(yè)現狀一：物聯(lián)網(wǎng)龍頭紛紛開(kāi)始布局區塊鏈。根據Forrester Wave：物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺（2016年第4季度）的報告顯示， IBM、PTC、GE和微軟已成為占據物聯(lián)網(wǎng)平臺市場(chǎng)的主要企業(yè)。SAP、AWS、Cisco、LogMeln、Exosite、Ayla Networks和Zebra Technologies名列前11名。對于排名靠前的物聯(lián)網(wǎng)平臺龍頭企業(yè)，除了美國參數技術(shù)公司（PTC）沒(méi)有實(shí)質(zhì)披露區塊鏈相關(guān)項目以外（該公司很多區塊鏈相關(guān)的文章），IBM、微軟、亞馬遜和SAP都在各自的云平臺上提供區塊鏈服務(wù)（Blockchain-as-a-Service），為未來(lái)海量的物聯(lián)網(wǎng)設備接入提供彈性資源池，做了超前布局。通用電氣GE和思科更多地是關(guān)注設備的標識和存證問(wèn)題。
探討區塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)展，要跟垂直的行業(yè)結合才有針對性，我們以能源物聯(lián)網(wǎng)為例，傳統公司和區塊鏈初創(chuàng )公司正雙向發(fā)力，不斷促進(jìn)區塊鏈在行業(yè)里的廣泛普及和加速融合。
從傳統電力公司的角度看，主要是通過(guò)與初創(chuàng )公司合作、成立子公司、甚至買(mǎi)下初創(chuàng )公司等方式，投資不同的試點(diǎn)項目，打造分布式能源系統和點(diǎn)對點(diǎn)的能源交易平臺。這里包括瑞典國營(yíng)電力公司VattenFall（瀑布電力）投資了荷蘭阿姆斯特丹的初創(chuàng )公司（PowerPeers），構建讓消費者自由選擇電力渠道的能源共享平臺，也有德國的萊茵公司（RWE）和初創(chuàng )公司Slock.it合作，推出的BlockCharge電動(dòng)車(chē)充電項目。萊茵公司RWE成立子公司Innogy SE，推出了連接電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主、公共和私有充電站的一個(gè)區塊鏈交易平臺Share&Charge。
從初創(chuàng )公司看，初創(chuàng )公司主要從分布式能源系統、新型交易模式、認證和交易市場(chǎng)等不同角度切入區塊鏈領(lǐng)域，開(kāi)始初步涉及相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)硬件制造，例如Slock.it公司推出的Smart Plug充電器適配裝置，不斷豐富區塊鏈+的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
產(chǎn)業(yè)現狀三是，垂直行業(yè)的生態(tài)格局已初步具有雛形。根據咨詢(xún)公司Indigo的報告，還是以電力行業(yè)的區塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)應用舉例，從終端支付（加密數字貨幣）、能源交易市場(chǎng)、技術(shù)支撐+行業(yè)組織、智能家居點(diǎn)對點(diǎn)交易、打造智慧城市等方面已形成良好生態(tài)格局。對于我們國家而言，萬(wàn)向要在浙江打造基于區塊鏈的、聚合能源、電動(dòng)車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)、金融科技的聚能城，量子鏈也即將推出物聯(lián)網(wǎng)的區塊鏈項目等。
產(chǎn)業(yè)現狀四是，區塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的國際標準先行探索。2017年3月，中國聯(lián)通聯(lián)合眾多公司和研究機構在ITU-T SG20成立了全球物聯(lián)網(wǎng)區塊鏈（BOT，Blockchain of Things）標準項目，定義了去中心化的可信物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺框架。我院在ITU-T的SG 16工作組也完成了區塊鏈的相關(guān)立項。
現在我們來(lái)介紹一下區塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的應用場(chǎng)景。由于區塊鏈技術(shù)并未成熟定型，很多區塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)結合的案例都是在PoC（概念驗證）階段，因此，今天的一些分享希望能給大家提供更多創(chuàng )新的靈感。
在應用場(chǎng)景中，傳統的供應鏈運輸需要經(jīng)過(guò)多個(gè)主體，例如發(fā)貨人、承運人、貨代、船代、堆場(chǎng)、船公司、陸運（集卡）公司，還有做艙單抵押融資的銀行等業(yè)務(wù)角色。這些主體之間的信息化系統很多是彼此獨立，互不相通的。一方面，存在數據做偽造假的問(wèn)題，另一方面，因為數據的不互通，出現狀況的時(shí)候，應急處置沒(méi)法及時(shí)響應。在這個(gè)應用場(chǎng)景中，在供應鏈上的各個(gè)主體部署區塊鏈節點(diǎn)，通過(guò)實(shí)時(shí)（例如船舶靠岸時(shí)）和離線(xiàn)（例如船舶運行在遠海）等方式，將傳感器收集的數據寫(xiě)入區塊鏈，成為無(wú)法篡改的電子證據，可以提升各方主體造假抵賴(lài)的成本，更進(jìn)一步地厘清各方的責任邊界，同時(shí)還能通過(guò)區塊鏈鏈式的結構，追本溯源，及時(shí)了解物流的新進(jìn)展，根據實(shí)時(shí)搜集的數據，采取必要的反應措施（例如，冷鏈運輸中，超過(guò)0℃的貨艙會(huì )被立即檢查故障的來(lái)源），增強多方協(xié)作的可能。
共享經(jīng)濟可以認為是平臺經(jīng)濟的一種衍生。一方面是，平臺具有依賴(lài)性和興趣導向性，摩拜和OFO做單車(chē)共享，但并沒(méi)有做摩托車(chē)的共享。另一方面，平臺也會(huì )收取相應的手續費，例如滴滴打車(chē)司機要將打車(chē)費用的20%上交，作為平臺提成。初創(chuàng )公司Slock.it和OpenBazaar等主要是希望構建一個(gè)普適的共享平臺，依托去中介化的區塊鏈技術(shù)，讓供需雙方點(diǎn)對點(diǎn)地進(jìn)行交易，加速各類(lèi)閑置商品的直接共享，并節省第三方的平臺費用。
在這個(gè)案例中，首先依托區塊鏈網(wǎng)關(guān)，構建整個(gè)區塊鏈網(wǎng)絡(luò )。資產(chǎn)擁有者基于智能合約，通過(guò)設置租金、押金和相關(guān)規則，完成各類(lèi)鎖與資產(chǎn)的綁定。然后用戶(hù)通過(guò)APP，支付給資產(chǎn)所有者相應的租金和押金，獲得打開(kāi)鎖的控制權限（密鑰），進(jìn)而獲取資產(chǎn)的使用權。在使用結束后，歸還物品并拿回押金。這里有一個(gè)優(yōu)勢是，準確計費，可以按照智能合約上的計費標準，實(shí)時(shí)準確地付費，而不是像目前共享單車(chē)的粗獷式收費（按半小時(shí)、一小時(shí)收費）。雖然節省了平臺手續費（20%），但是，也引發(fā)了很多思考，例如沒(méi)上保險，出了事故如何解決；客戶(hù)租車(chē)開(kāi)了200公里，直接鎖車(chē)結賬走人了，誰(shuí)將車(chē)開(kāi)回來(lái)等，在實(shí)際應用中，應該會(huì )遇到很多問(wèn)題。
在應用場(chǎng)景三中，主要是傳統輸電的線(xiàn)路損耗率達到5%，住戶(hù)建立的微電網(wǎng)中盈余能源無(wú)法存儲，也不能共享給有能源需求的其他住戶(hù)。紐約初創(chuàng )LO3 Energy和ConsenSys合作，由LO3 Energy負責能源相關(guān)的控制，ConsenSys提供區塊鏈底層技術(shù)，在紐約布魯克林區實(shí)現了一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)交易、自動(dòng)化執行、無(wú)第三方中介的能源交易平臺，實(shí)現了10個(gè)住戶(hù)之間的能源交易和共享。主要實(shí)現方式是，在每家住戶(hù)門(mén)口安裝智能電表，智能電表安裝區塊鏈軟件，構成一個(gè)區塊鏈網(wǎng)絡(luò )。用戶(hù)通過(guò)手機APP在自家智能電表區塊鏈節點(diǎn)上發(fā)布相應智能合約，基于合約規則，通過(guò)西門(mén)子提供的電網(wǎng)設備控制相應的鏈路連接，實(shí)現能源交易和能源供給。
對于我國來(lái)說(shuō)，也有一家點(diǎn)對點(diǎn)能源交易的初創(chuàng )企業(yè)，Energo。主要是通過(guò)將各家住戶(hù)的可再生能源存儲到分布式儲能設備中，通過(guò)代幣的形式評估能源的占有量和消耗量，基于智能合約設置能源交易規則和微電網(wǎng)切換主電網(wǎng)的策略，實(shí)現無(wú)中介的點(diǎn)對點(diǎn)能源交易平臺。
在第四個(gè)應用場(chǎng)景中，主要面臨的是多家充電公司支付協(xié)議復雜、支付方式不統一、充電樁相對稀缺、充電費用計量不準確等行業(yè)痛點(diǎn)，由德國萊茵公司和Slock.it合作，推出的基于區塊鏈的電動(dòng)汽車(chē)點(diǎn)對點(diǎn)充電項目。通過(guò)在各個(gè)充電樁里安裝樹(shù)莓派等簡(jiǎn)易型Linux系統裝置，基于區塊鏈將多家充電樁的所屬公司和擁有充電樁的個(gè)人進(jìn)行串聯(lián)，使用適配各家接口的Smart Plug對電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電。使用流程為：（以Innogy的軟件舉例）首先，在智能手機上安裝Share&Charge APP。在A(yíng)PP上注冊你的電動(dòng)汽車(chē)，并對數字錢(qián)包進(jìn)行充值。需要充電時(shí)，從APP中找到附近可用的充電站，按照智能合約中的價(jià)格付款給充電站主人。APP將與充電樁中的區塊鏈節點(diǎn)進(jìn)行通信，后者執行電動(dòng)車(chē)充電的指令。
第五個(gè)應用場(chǎng)景主要是針對未來(lái)無(wú)人機和機器人的快速發(fā)展，機器與機器之間的通信需要從兩個(gè)方面去考量：一方面，每個(gè)無(wú)人機都內置了硬件密鑰。私鑰衍生的身份ID增強了身份鑒權，基于數字簽名的通信確保安全交互，阻止偽造信息的擴散和非法設備的接入。另一方面，基于區塊鏈的共識機制，未來(lái)區塊鏈與人工智能的結合點(diǎn)——群體智能，充滿(mǎn)了想象空間，MIT實(shí)驗室已經(jīng)在這個(gè)交叉領(lǐng)域展開(kāi)了深入研究。
接著(zhù)，我們介紹一下區塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的應用挑戰和對可信標準的需求。
區塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)會(huì )遇到以下四個(gè)方面的挑戰：
在資源消耗方面，IoT設備普遍存在計算能力低、聯(lián)網(wǎng)能力弱、電池續航短等問(wèn)題。比特幣的工作量證明機制（PoW）對資源消耗太大，顯然不然適用于部署在物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)中，可能部署在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等服務(wù)器里。其次，以太坊等區塊鏈2.0技術(shù)也是PoW+PoS，正逐步切換到PoS。分布式架構需要共識機制來(lái)確保數據的一致性，然而，相對中心化架構來(lái)說(shuō)，對資源的消耗是不容忽視的。
在數據膨脹方面，區塊鏈是一個(gè)只能附加、不能刪除的一種數據存儲技術(shù)。隨著(zhù)區塊鏈的不斷增長(cháng)，IoT設備是否有足夠存儲空間？例如，比特幣運行至今，需要100G物理存儲空間。
在性能瓶頸方面，傳統比特幣的交易是7筆/秒，再加上共識確認，需要約1個(gè)小時(shí)才寫(xiě)入區塊鏈，這種時(shí)延引起的反饋時(shí)延、報警時(shí)延，在時(shí)延敏感的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上不可行。
在分區容忍方面，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)強調節點(diǎn)“一直在線(xiàn)”，但是，普通的物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)失效、頻繁加入退出網(wǎng)絡(luò )是司空見(jiàn)慣的事情，容易產(chǎn)生消耗大量網(wǎng)絡(luò )帶寬的網(wǎng)絡(luò )震蕩，甚至出現“網(wǎng)絡(luò )割裂”的現象。
從改進(jìn)方面，可以從兩個(gè)方面去衡量。
從區塊鏈的角度來(lái)看，
（1）對于資源消耗，可以不使用基于挖礦的、對資源消耗大的共識機制，使用投票的共識機制（例如PBFT等），減少資源消耗的通知，還能提升交易速度，降低交易時(shí)延。當然，在節點(diǎn)的擴展性方面，會(huì )有一定損耗，這個(gè)需要一個(gè)面向業(yè)務(wù)應用的權衡。
（2）對于數據膨脹，可以使用簡(jiǎn)單支付交易方式(SPV)，通過(guò)默克爾樹(shù)對交易記錄進(jìn)行壓縮。在系統架構上，支持重型節點(diǎn)和輕型節點(diǎn)。重型節點(diǎn)存儲區塊鏈的全量數據，輕型節點(diǎn)只存儲默克爾樹(shù)根節點(diǎn)的256哈希值，只做校驗工作。
（3）對于性能瓶頸，已經(jīng)有很多面向物聯(lián)網(wǎng)的區塊鏈軟件平臺做了改進(jìn)。例如，IOTA就提出不使用鏈式結構，采用有向非循環(huán)圖（DAG）的數據結構，一方面提升了交易性能，另一方面，也具有抗量子攻擊的特性。Lisk采用采用主鏈-側鏈等跨鏈技術(shù)，進(jìn)行劃區劃片管理，也在性能方面取得了不少突破。
（4）對于分區容忍，針對可能存在的網(wǎng)絡(luò )割裂，可以選擇支持鏈上鏈下交易，尤其是離線(xiàn)的交易，并在系統設計時(shí)支持多個(gè)CPS集群。
從物聯(lián)網(wǎng)的角度來(lái)看，
（1）對于資源消耗，隨著(zhù)eMTC、NB-IoT、LoRA等低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）技術(shù)的發(fā)展，傳輸質(zhì)量、傳輸距離、功耗、蓄電量的問(wèn)題將得以逐步解決。
（2）對于數據膨脹，根據摩爾定律和超摩爾定律，存儲成本下降，物聯(lián)網(wǎng)存儲能力持續上升。
（3）對于性能瓶頸，隨著(zhù)MEMS傳感器、SiP封裝工藝等新技術(shù)、新工藝、新架構的不斷成熟、成本降低，小體積、低功率的傳感節點(diǎn)有望廣泛應用。
區塊鏈以算法和軟件來(lái)承擔信任基礎。但是，剛剛我們提到，有的區塊鏈軟件已經(jīng)不使用“鏈式結構”了。區塊鏈，顧名思義，區塊+鏈，不用鏈的結構了，對于終端用戶(hù)，會(huì )有些云里霧里。此外，還存在多鏈協(xié)同、跨鏈整合、鏈上鏈下、分區劃片、共識切換等多方面的改進(jìn)，區塊鏈技術(shù)正處于待成熟、未定型的階段。那么，終端用戶(hù)如何相信企業(yè)的信息披露，選擇合適的區塊鏈產(chǎn)品呢？這就需要可信的規則來(lái)規范，從用戶(hù)的角度、以業(yè)務(wù)為導向，圍繞智能合約是否有效執行、共識機制是否保證數據一致、私鑰存儲是否安全、權限管理是否分級分類(lèi)、企業(yè)信息披露是否準確等多個(gè)方面，提出標準規范，增強區塊鏈的可信程度， 給區塊鏈的信任增加砝碼。
數據中心聯(lián)盟于2016年12月1日成立可信區塊鏈工作組，由30多家單位組成，包括中國信通院、中科院計算所、中國聯(lián)通、中國電信、騰訊、華為、中興通訊、金證股份、浪潮、世紀互聯(lián)、飛天誠信、曙光信息、IBM、思科、太一云、火幣網(wǎng)、比特大陸、布比、優(yōu)刻得、中聯(lián)潤通、萬(wàn)國數據、深信服等單位?？尚艆^塊鏈工作組主要致力于標準的制定和輸出，目前，已經(jīng)在國際標準中的ITU-T SG16完成立項，行業(yè)標準中的CCSA TC1完成立項，促進(jìn)標準的相關(guān)落地，包括可信區塊鏈的標準預測試、建立區塊鏈開(kāi)放實(shí)驗室和測試平臺，推進(jìn)區塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數據等前言技術(shù)的交叉創(chuàng )新，加速區塊鏈在金融、能源、供應鏈等各行各業(yè)的廣泛普及和融合創(chuàng )新。
文章來(lái)源：智能制造
