区块链与物联网如何擦除火花

区块链基本说明

区块链作为分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法和智能合约等技术的集合体，近年来已成为众多国家政府的重要关注热点，相关研究技术及标准组织层出不穷，产业界亦加大投入力度，寻求相关技术方法应用落地。
我国《“十三五”国家信息化规划》中把区块链作为一项重点前沿技术，明确提出需加强相关新技术的创新、试验和应用，力求抢占先机，掌握新一代信息技术主导权。目前，区块链技术已被应用到物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等诸多领域并将逐步与实体经济深度融合，助力实体经济转型升级。业界预测，区块链与人工智能等技术的融合应用将引发新一轮的技术创新和产业变革。

物联网是什么？应用现状如何？

物联网一般的定义是指：“ 即通过射频识别（RFID）(RFID+互联网）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之，物联网就是“物物相连的互联网”。

当前，物联网产业进入井喷期，连接空间不断扩充，产业发展呈现出面向行业，以IoT 平台使能为基础，寻求SaaS 服务与数据变现的态势，具有巨大的发展潜力。

然而现阶段物联网产业发展仍面临诸多挑战，主要表现在面对日益增多的物联网需求，如何提升传统物联网产业能力，确保数据的隐私性、安全性、连续性及交互兼容性。

物联网应用整体框图如下。

根据上述说明，物联网应用可分为设备层、数据采集层、数据传输层、数据处理层及应用层五个层次。

物联网关键技术

网络通信关键技术

网络通信技术主要实现物联网数据信息和控制信息的双向传递、路由和控制，重点包括低速近距离无线通信技术、低功耗路由、自组织通信、无线接入M2M 通信增强、IP 承载技术、网络传送技术、异构网络融合接入技术以及认知无线电技术。

应用关键技术

海量信息智能处理综合运用高性能计算、人工智能、数据库和模糊计算等技术，对收集的感知数据进行通用处理，重点涉及数据存储、并行计算、数据挖掘、平台服务、信息呈现等。面向服务的体系架构（Service-oriented Architecture ，SOA）是一种松耦合的软件组件技术，它将应用程序的不同功能模块化，并通过标准化的接口和调用方式联系起来，实现快速可重用的系统开发和部署。SOA 可提高物联网架构的扩展性，提升应用开发效率，充分整合和复用信息资源。

物联网服务模式

物联网服务模式如下图所示。

根据有关机构预测，2020 年全球的物联网设备数量将达到数百亿台。随着物联网中设备数量的急剧上升，服务需求不断增加，传统物联网服务模式面临巨大挑战，主要体现在数据中心基础设施建设与维护投入成本的大幅提升，以及相关物联网服务平台存在安全隐患和性能瓶颈问题。

为解决上述问题，不少企业或机构开始尝试设计各种新型物联网服务模式，而使用P2P技术和区块链技术来搭建去中心化的物联网服务平台已成为其中重要的模式之一。

物联网的应用痛点

随着组网设备的种类和数量的提升，物联网面临中心化架构扩展性不足难题、数据隐私保护难题、网络攻击难题、高协同成本难题。

中心化架构扩展性不足难题

目前的物联网普遍架构中，存在这一种僵化现象：数据汇总到单一的中心控制系统，导致中心服务器在能耗和企业成本支出方面存在巨大压力。而且，随着当下终端的低成本的普及，未来物联网设备将呈几何级数增长，这个压力将变得难以承受。

数据隐私保护难题

中心化的管理架构存在无法自证清白的问题，完全靠相互的自觉与信任。
虽然物联网运营商一直宣称他们能够有效保护用户的数据安全和隐私，但是一系列的安全漏洞和隐私泄露事件的发生使用户无法真正信任运营服务提供商能够实现他们的承诺。事实上，政府安全部门可以通过未经授权的方式对存储在中央服务器中的数据内容进行审查，而运营商也很有可能出于商业利益的考虑将用户的隐私数据出售给广告公司进行大数据分析，以实现针对用户行为和喜好的个性化推荐，这些行为已经危害到物联网设备使用者的基本权利，从而是很大一部分用户拒绝接受连入网络的智能设备。

网络攻击难题

联网设备经常陷入网络攻击困境，难以最大化实现联网赋能。

高协同成本难题

未来物联网不仅仅是将设备连接在一起完成数据的采集，人们更加希望连入物联网的设备能够具有一定的智能，在给定的规则逻辑下进行自主协作，完成各种具备商业价值的应用。但是，具备商业价值的交互必须确保进行操作的设备具有代表拥有者进行交易的授权，并且这种授权能够被直接验证。同时，由智能设备发出的交易请求需要可靠地记录以确保交易的有效性。
在当前中心化构架下的物联网很难完成上述自主协作和有效交易，因为这种协作和交易的相关方往往是属于不同的利益主体，具有复杂和难以确定的信任关系。因此，目前的物联网设备的协作和交易只能够在同一信任域下进行，也就是说协作和交易的设备必须是同一个物联网运营服务商提供或者进行授权验证，这就大大降低了物联网应用的真正商业价值。

区块链能为物联网带来什么？

区块链技术支持设备扩展，可用于构建高效、安全的分布式物联网网络，以及部署海量设备网络中运行的数据密集型应用；可为物联网提供信任机制，保证所有权、交易等记录的可信性、可靠性及透明性，同时，还可为用户隐私提供保障机制，从而有效解决物联网发展面临的大数据管理、信任、安全和隐私等问题，推进物联网向更加灵活化、智能化的高级形态演进。
如下图所示，使用区块链技术构建物联网服务平台，可“去中心化”地将各类物联网相关的设备、网关、能力系统、应用及服务等有效连接融合，促进其相互协作，打通物理与虚拟世界，降低成本的同时，极大限度的满足信任建立、交易加速、海量连接等需求。

区块链带来的全新应用

区块链凭借主体对等、公开透明、安全通信、难以篡改和多方共识等特性，对物联网将产生重要的影响：多中心、弱中心化的特质将降低中心化架构的高额运维成本；信息加密、安全通信的特质将有助于保护隐私；身份权限管理和多方共识有助于识别非法节点，及时阻止恶意节点的接入和作恶，依托链式的结构有助于构建可证可溯的电子证据存证；分布式架构和主体对等的特点有助于打破物联网现存的多个信息孤岛桎梏，促进信息的横向流动和多方协作。

降低成本

区块链无需中心服务器，可以规避昂贵的运营费用。

隐私保护

区块链中所有传输的数据都经过严格的加密处理，用户的数据和隐私将会更加安全。

身份鉴权

区块链的验证和共识机制有助于避免非法甚至是恶意的节点接入物联网。

跨主体协作

区块链的分布式对等结构和公开透明的算法，能够以低成本建立互信，打破信息孤岛桎梏，促进信息流动和多方协作。

区块链融合物联网的应用场景

传感器数据的存证与溯源

在应用的各个主体部署区块链节点，将传感器收集的数据写入区块链，成为无法篡改的电子证据，可以提升各方主体造假抵赖的成本，更进一步地厘清各方的责任边界，同时还能通过区块链链式的结构，追本溯源，及时了解物流的最新进展，根据实时搜集的数据，增强多方协作的可能。

工业物联网之区块链融合异构设备系统

组建高效、低成本的工业物联网，是构建智能制造网络基础设施关键环节。在传统的工业物联网的组网模式下，所有设备之间的连接与通信需要通过中心化的网络及通信代理予以实现，这极大增加了组网和运维成本，同时此组网模式的可扩展性、可维护性和稳定性也相对较差。

区块链方法基于P2P 组网技术和混合通信协议处理异构设备间的通信，能够显著降低中心化数据中心的建设和维护成本，同时还可以将计算和存储等能力分散到物联网网络各处，有效避免由单一节点失败而导致整个网络崩溃问题。区块链中分布式账本的防篡改特性，能有效降低工业物联网中任何单一节点设备被恶意攻击和控制后带来的信息泄露和恶意操控风险。利用区块链技术组建和管理工业物联网，能及时掌控网络中各种生产制造设备的状态，提高设备的利用率和维护效率，从而能提供更加精准、高效的供应链服务。

智能交通之区块链认证管理

区块链技术可以在智能交通的诸多领域发挥作用，例如，车证管理、交通收费、道路管理等，具体表现为：
车辆认证管理：利用区块链数据的不可更改特性以及去中心化的共识机制，管理和提供车辆认证服务，并可以实现电子车牌号服务。交通收费管理：使用区块链电子代币支付交通违规罚款、路桥通信费等，实现即时付款，节省管理和运营成本。

医疗保健之区块链去隐私

区块链与医疗保健的结合，特别是电子医疗数据的处理，是当前区块链应用的重要研究热点之一。医疗数据有效共享可提升整体医疗水平，同时降低患者的就医成本。医疗数据共享是敏感话题，是医疗行业应用发展的痛点和关键难题，这主要源于患者对个人敏感信息的隐私保护需求。

区块链为解决医疗数据共享难题提供潜在的解决方案。患者在不同医疗机构之间的历史就医记录可以上传到区块链平台上，不同的数据提供者可以授权平台上的用户在其允许的渠道上对数据进行公开访问。这样既降低了成本也解决了信任问题。

环保之区块链数据可信

环保行业通常利用建立相关监测系统，实现重点污染源自动监控、环境质量在线监测等功能，而这中间存在着对环保监测设备和监测数据的信任问题。企业在缺乏监管的情况下，可能直接改变设备状态和篡改相关数据。此外，环保数据的共享开放也是难题。

区块链和物联网的融合，可以解决环保监管过程中存在的末端监控、数据有效性低、监控手段单一等问题。应用区块链技术可以确保每个环保监测设备身份可信任、数据防篡改，这样既能够保证企业和机构的隐私，又能做到必要的环保数据开放共享。基于区块链技术的物联网平台，能够实现不同厂家、协议、型号的设备统一接入，建立可信任的环保数据资源交易环境，助力环保等政策的落地实施。
区块链在环保领域比较典型的应用主要有：
环保数据管理：污染数据从环保监测设备传送到网络过程中存在被篡改的可能性，区块链能为每次监测提供永久性记录，并通过应用加密技术防止篡改，提升数据的可靠性，加强对排污企业的监管。应用区块链技术还可以实现排污全程的数字化跟踪，避免人为因素对排污数据准确性的影响。
一源一档：环保部门使用区块链技术搭建排污企业基础信息库，对备案排污企业所有资料和污染设备进行集中管理，为每个污染源建立对应的档案，并将档案放在区块链上，防止伪造和篡改。同时采用区块链公私钥体系建立账户验证机制，防止账户数据被盗窃。
环保税实施：区块链和物联网的融合应用能为环保税的实施提供一种可行的技术方案。区块链技术可以实现数据全网共识和共同维护，与物联网结合可以更准确的采集排污企业的排污数据。同时应用区块链区分授权，监管机构能够标注免征税的企业，防止企业滥用免征条例。

农业之区块链溯源及金融服务

国内农业资源相对分散和孤立，造成了科技和金融等服务资源难以进入农业领域。
同时，农业用地和农业产品的化学污染泛滥，产业链信用体系薄弱等问题使消费者难以获得安全和高质量的食品。物联网与传统农业的融合，可以一定程度上解决此类问题，但由于缺乏市场运营主体和闭环的商业模式，实际起到的作用还比较有限。这些问题的根源在于在农业领域缺乏有效的信用保障机制。

物联网和区块链融合应用能够有效解决当前农业和农产品消费的痛点，一方面，依托物联网提升传统农业效率，连接孤立的产业链环节，创造增量价值；另一方面，依托区块链技术连接各农业数字资源要素，建立全程的信用监管体系，从而引发农业生产和食品消费领域革命性升。
比较典型的应用有：

类别	内容
农产品溯源	农产品的生产地和消费地距离远，消费者对生产者使用的农药、化肥以及运、加工过程中使用的添加剂等信息无从了解，造成了消费者对产品的信任度降低。基于区块链技术的农产品追溯系统，可将所有的数据记录到区块链账本上，实现农产品质量和交易主体的全程可追溯，以及针对质量、效用等方面的跟踪服务，使得信息更加透明，从而确保农产品的安全，提升优质农产品的品牌价值，打击假冒伪劣产品，同时，保障农资质量、价格的公平性和有效性，提升农资的创新研发水平以及使用质量和效益。
农业信贷	农业经营主体申请贷款时，需要提供相应的信用信息，其中信息的完整性、数据准确度难以保证，造成了涉农信贷审批困难的问题。通过物联网设备获取数据并将凭证存储在区块链上，依靠智能合约和共识机制自动记录和同步，提高信息篡改的难度，降低获取信息的成本。通过调取区块链的相应数据为信贷机构提供信用证明，可以为农业、供应链、银行、科技服务公司等建立多方互信的科技贷款授信体系，提高金融机构对农业的支持力度，简化贷款评估和业务流程，降低农户贷款申请难度。
农业保险	物联网数据在支持贷款、理赔评定等场景中具有重要的作用，与区块链结合之后能提升数据的可信度，极大简化农业保险申请和理赔流程。另外将智能合约技术应用到农业保险领域，可在检测到农业灾害时，自动启动赔付流程，提高赔付效率。

5G网络之区块链共享硬件

5G 网络作为下一代移动通信网络，理论传输速度可达每秒数十Gb，业界预计，到2020 年大约有500 多亿部移动设备和物联网设备将连接到5G 网络。通信运营商可以利用区块链技术为用户提供快捷可靠的5G 服务。

5G 网络使用的频率较高，基站有效通信覆盖面相对较小、信号穿透力相对较弱，若要满足网络覆盖需求，需部署大规模的基站和室内微基站，成本投入成为通信运营商面临的极大挑战。为解决此问题，有些运营商在考虑利用区块链技术打造“5G 微基站联盟”，鼓励普通个人和商户部署自己的5G 微基站，并通过联盟，接入通信运营商网
络，共同向用户提供5G 接入服务，保证信号覆盖的同时最大限度降低网络建设与维护成本。

物联网的应用方向

智能家居
智能家居在2016年取得了十足的进步。专家们相信，亚马逊的智能设备Echos在2016年假期的销售额比前一年高出了9倍多。可以预计，智能家居技术将在2017年变得更加重要。根据Smart Home Technology Survey（智能家居技术调查），70%已经购买了智能家居设备的消费者再次购买的可能性极大。

可穿戴技术
2015年，可穿戴设备的销售量达到了7810万件；到2020年，市场预期将会增长到4.11亿件。包含智能手表、健身跟踪器、VR设备等所有可穿戴技术产生了大量的数据，企业也才刚刚开始了解到其中蕴含的可能性和潜在的应用价值。

智能汽车
据估计，到2021年，82%的汽车会被连接到互联网上。物联网的出现改变了汽车行业，并产生了应用集成、导航、诊断工具甚至自动驾驶汽车。与此同时，汽车行业正在经历的巨额投资将会决定物联网下一步的创新内容。

交易方式的转变
我们才接触了物联网的表面，就发现它给消费者提供了无限的新产品和可能性。但是，它也对我们的交易方式产生了影响：

库存管理：智能设备可以自动跟踪库存，大大减轻仓库管理员的工作量。

消费者需求：消费者将习惯于智能设备，并开始在生活中的各个方面期望智能设备的创新。发明家可以不断的制造出新的工具、家具、电器等来满足新的需求，并为企业提供新的收入来源。

毫无疑问，物联网时代才刚刚开始。
物联网与区块链的火花也刚刚开始，如何燎原，需要杀手级应用。