區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用這篇文章包括三個部分：第一部分是物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)痛點和區(qū)塊鏈帶來的優(yōu)勢，第二部分是區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和應(yīng)用場景，第三部分是區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)和可新標準的需求。

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的行業(yè)痛點

物聯(lián)網(wǎng)在長期發(fā)展演進過程中，遇到了以下5個行業(yè)痛點：設(shè)備安全、個人隱私、架構(gòu)僵化、通信兼容和多主體協(xié)同5大痛點。

在設(shè)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2018年的十大突破性技術(shù)，據(jù)統(tǒng)計，Mirai僵尸網(wǎng)絡(luò)已累計感染超過200萬臺攝像機等IoT設(shè)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等多個人氣網(wǎng)站當時無法訪問。后續(xù)，又有奴役物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、讓其比特幣挖礦的僵尸網(wǎng)絡(luò)，還有規(guī)模更大、更為活躍的http81僵尸網(wǎng)絡(luò)等。

在個人隱私方面，主要是中心化的管理架構(gòu)無法自證清白，個人隱私數(shù)據(jù)被泄露的相關(guān)時間時有發(fā)生。就最近而言，人民網(wǎng)報道的，成都266個攝像頭被網(wǎng)絡(luò)直播就是一個案例。

在架構(gòu)僵化方面，目前的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流都匯總到單一的中心控制系統(tǒng)，隨著低功耗廣域技術(shù)（LPWA）的持續(xù)演進，可以預(yù)見的是，未來物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將呈幾何級數(shù)增長，中心化服務(wù)成本難以負擔。據(jù)IBM預(yù)測，2020年萬物互聯(lián)的設(shè)備將超過250億個。

在通信兼容方面，全球物聯(lián)網(wǎng)平臺缺少統(tǒng)一的語言，這很容易造成多個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備彼此之間通信受到阻礙，并產(chǎn)生多個競爭性的標準和平臺。

物聯(lián)網(wǎng)主要國際標準化組織和工作領(lǐng)域

在多主體協(xié)同方面，目前，很多物聯(lián)網(wǎng)都是運營商、企業(yè)內(nèi)部的自組織網(wǎng)絡(luò)。涉及到跨多個運營商、多個對等主體之間的協(xié)作時，建立信用的成本很高。

區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)帶來的改進

區(qū)塊鏈憑借主體對等、公開透明、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(gòu)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(quán)限管理和多方共識有助于識別非法節(jié)點，及時阻止惡意節(jié)點的接入和作惡，依托鏈式的結(jié)構(gòu)有助于構(gòu)建可證可溯的電子證據(jù)存證，分布式架構(gòu)和主體對等的特點有助于打破物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)存的多個信息孤島桎梏，促進信息的橫向流動和多方協(xié)作。

其次，我們介紹一下，區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和相關(guān)的應(yīng)用場景。

物聯(lián)網(wǎng)龍頭紛紛布局區(qū)塊鏈

產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀一：物聯(lián)網(wǎng)龍頭紛紛開始布局區(qū)塊鏈。根據(jù)Forrester Wave：物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺的報告顯示， IBM、PTC、GE和微軟已成為占據(jù)物聯(lián)網(wǎng)平臺市場的主導(dǎo)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(shù)技術(shù)公司（PTC）沒有實質(zhì)披露區(qū)塊鏈相關(guān)項目以外（該公司很多區(qū)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(qū)塊鏈服務(wù)（Blockchain-as-a-Service），為未來海量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(shè)備的標識和存證問題。

傳統(tǒng)行業(yè)和初創(chuàng)公司雙向發(fā)力

探討區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的進展，要跟垂直的行業(yè)結(jié)合才有針對性，我們以能源物聯(lián)網(wǎng)為例，傳統(tǒng)公司和區(qū)塊鏈初創(chuàng)公司正雙向發(fā)力，不斷促進區(qū)塊鏈在行業(yè)里的廣泛普及和加速融合。

從傳統(tǒng)電力公司的角度看，主要是通過與初創(chuàng)公司合作、成立子公司、甚至買下初創(chuàng)公司等方式，投資不同的試點項目，打造分布式能源系統(tǒng)和點對點的能源交易平臺。這里包括瑞典國營電力公司VattenFall（瀑布電力）投資了荷蘭阿姆斯特丹的初創(chuàng)公司（PowerPeers），構(gòu)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電動車充電項目。萊茵公司RWE成立子公司Innogy SE，推出了連接電動汽車車主、公共和私有充電站的一個區(qū)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(tǒng)、新型交易模式、認證和交易市場等不同角度切入?yún)^(qū)塊鏈領(lǐng)域，開始初步涉及相關(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(qū)塊鏈+的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

垂直行業(yè)的生態(tài)格局已有雛形

產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀三是，垂直行業(yè)的生態(tài)格局已初步具有雛形。根據(jù)咨詢公司Indigo的報告，還是以電力行業(yè)的區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用舉例，從終端支付（加密數(shù)字貨幣）、能源交易市場、技術(shù)支撐+行業(yè)組織、智能家居點對點交易、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，萬向要在浙江打造基于區(qū)塊鏈的、聚合能源、電動車、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(qū)塊鏈項目等。

區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)國際標準先行探索

產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀四是，區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的國際標準先行探索。2018年3月，中國聯(lián)通聯(lián)合眾多公司和研究機構(gòu)在ITU-T SG20成立了全球首個物聯(lián)網(wǎng)區(qū)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。ITU-T的SG 16工作組也完成了區(qū)塊鏈的相關(guān)立項。

應(yīng)用場景一：傳感器數(shù)據(jù)的存證和溯源

現(xiàn)在我們來介紹一下區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景。由于區(qū)塊鏈技術(shù)并未成熟定型，很多區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)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。

在第一個應(yīng)用場景中，傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈運輸需要經(jīng)過多個主體，例如發(fā)貨人、承運人、貨代、船代、堆場、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(tǒng)很多是彼此獨立，互不相通的。一方面，存在數(shù)據(jù)做偽造假的問題，另一方面，因為數(shù)據(jù)的不互通，出現(xiàn)狀況的時候，應(yīng)急處置沒法及時響應(yīng)。在這個應(yīng)用場景中，在供應(yīng)鏈上的各個主體部署區(qū)塊鏈節(jié)點，通過實時（例如船舶靠岸時）和離線（例如船舶運行在遠海）等方式，將傳感器收集的數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊鏈，成為無法篡改的電子證據(jù)，可以提升各方主體造假抵賴的成本，更進一步地厘清各方的責(zé)任邊界，同時還能通過區(qū)塊鏈鏈式的結(jié)構(gòu)，追本溯源，及時了解物流的最新進展，根據(jù)實時搜集的數(shù)據(jù)，采取必要的反應(yīng)措施（例如，冷鏈運輸中，超過0℃的貨艙會被立即檢查故障的來源），增強多方協(xié)作的可能。

應(yīng)用場景二：新型“共享”經(jīng)濟

共享經(jīng)濟可以認為是平臺經(jīng)濟的一種衍生。一方面是，平臺具有依賴性和興趣導(dǎo)向性，摩拜和OFO做單車共享，但并沒有做摩托車的共享。另一方面，平臺也會收取相應(yīng)的手續(xù)費，例如滴滴打車司機要將打車費用的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(gòu)建一個普適的共享平臺，依托去中介化的區(qū)塊鏈技術(shù)，讓供需雙方點對點地進行交易，加速各類閑置商品的直接共享，并節(jié)省第三方的平臺費用。

在這個案例中，首先依托區(qū)塊鏈網(wǎng)關(guān)，構(gòu)建整個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。資產(chǎn)擁有者基于智能合約，通過設(shè)置租金、押金和相關(guān)規(guī)則，完成各類鎖與資產(chǎn)的綁定。最終用戶通過APP，支付給資產(chǎn)所有者相應(yīng)的租金和押金，獲得打開鎖的控制權(quán)限（密鑰），進而獲取資產(chǎn)的使用權(quán)。在使用結(jié)束后，歸還物品并拿回押金。這里有一個優(yōu)勢是，精準計費，可以按照智能合約上的計費標準，實時精準地付費，而不是像目前共享單車的粗獷式收費（按半小時、一小時收費）。雖然節(jié)省了平臺手續(xù)費（20%），但是，也引發(fā)了很多思考，例如沒上保險，出了事故如何解決；客戶租車開了2-00公里，直接鎖車結(jié)賬走人了，誰將車開回來等，在實際應(yīng)用中，應(yīng)該會遇到很多問題。

應(yīng)用場景三：基于智能電表的能源交易

在應(yīng)用場景三中，主要是傳統(tǒng)輸電的線路損耗率達到5%，住戶建立的微電網(wǎng)中盈余能源無法存儲，也不能共享給有能源需求的其他住戶。紐約初創(chuàng)LO3 Energy和ConsenSys合作，由LO3 Energy負責(zé)能源相關(guān)的控制，ConsenSys提供區(qū)塊鏈底層技術(shù)，在紐約布魯克林區(qū)實現(xiàn)了一個點對點交易、自動化執(zhí)行、無第三方中介的能源交易平臺，實現(xiàn)了10個住戶之間的能源交易和共享。主要實現(xiàn)方式是，在每家住戶門口安裝智能電表，智能電表安裝區(qū)塊鏈軟件，構(gòu)成一個區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。用戶通過手機APP在自家智能電表區(qū)塊鏈節(jié)點上發(fā)布相應(yīng)智能合約，基于合約規(guī)則，通過西門子提供的電網(wǎng)設(shè)備控制相應(yīng)的鏈路連接，實現(xiàn)能源交易和能源供給。

對于我國來說，也有一家點對點能源交易的初創(chuàng)企業(yè)，Energo。主要是通過將各家住戶的可再生能源存儲到分布式儲能設(shè)備中，通過代幣的形式評估能源的占有量和消耗量，基于智能合約設(shè)置能源交易規(guī)則和微電網(wǎng)切換主電網(wǎng)的策略，實現(xiàn)無中介的點對點能源交易平臺。

應(yīng)用場景四：電動汽車的即時充電

在第四個應(yīng)用場景中，主要面臨的是多家充電公司支付協(xié)議復(fù)雜、支付方式不統(tǒng)一、充電樁相對稀缺、充電費用計量不精準等行業(yè)痛點，由德國萊茵公司和Slock.it合作，推出的基于區(qū)塊鏈的電動汽車點對點充電項目。通過在各個充電樁里安裝樹莓派等簡易型Linux系統(tǒng)裝置，基于區(qū)塊鏈將多家充電樁的所屬公司和擁有充電樁的個人進行串聯(lián)，使用適配各家接口的Smart Plug對電動汽車進行充電。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APP上注冊你的電動汽車，并對數(shù)字錢包進行充值。需要充電時，從APP中找到附近可用的充電站，按照智能合約中的價格付款給充電站主人。APP將與充電樁中的區(qū)塊鏈節(jié)點進行通信，后者執(zhí)行電動車充電的指令。

應(yīng)用場景五：無人機的安全通信和群體智能

第五個應(yīng)用場景主要是針對未來無人機和機器人的快速發(fā)展，機器與機器之間的通信必須要從兩個方面去考量：一方面，每個無人機都內(nèi)置了硬件密鑰。私鑰衍生的身份ID增強了身份鑒權(quán)，基于數(shù)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(shè)備的接入。另一方面，基于區(qū)塊鏈的共識機制，未來區(qū)塊鏈與人工智能的結(jié)合點——群體智能，充滿了想象空間，MIT實驗室已經(jīng)在這個交叉領(lǐng)域展開了深入研究。

接著，我們介紹一下區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用挑戰(zhàn)和對可信標準的需求。

區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用阻礙

區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)會遇到以下四個方面的挑戰(zhàn)：

在資源消耗方面，IoT設(shè)備普遍存在計算能力低、聯(lián)網(wǎng)能力弱、電池續(xù)航短等問題。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(jié)點中，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(qū)塊鏈2.0技術(shù)也是PoW+PoS，正逐步切換到PoS。分布式架構(gòu)需要共識機制來確保數(shù)據(jù)的最終一致性，然而，相對中心化架構(gòu)來說，對資源的消耗是不容忽視的。

在數(shù)據(jù)膨脹方面，區(qū)塊鏈是一個只能附加、不能刪除的一種數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。隨著區(qū)塊鏈的不斷增長，IoT設(shè)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(tǒng)比特幣的交易是7筆/秒，再加上共識確認，需要約1個小時才寫入?yún)^(qū)塊鏈，這種時延引起的反饋時延、報警時延，在時延敏感的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上不可行。

在分區(qū)容忍方面，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)強調(diào)節(jié)點“一直在線”，但是，普通的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點失效、頻繁加入退出網(wǎng)絡(luò)是司空見慣的事情，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(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)割裂”的現(xiàn)象。

區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的改進思路

從改進方面，可以從兩個方面去衡量。

從區(qū)塊鏈的角度來看，

（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，還能有效提升交易速度，降低交易時延。當然，在節(jié)點的擴展性方面，會有一定損耗，這個需要一個面向業(yè)務(wù)應(yīng)用的權(quán)衡。

（2）對于數(shù)據(jù)膨脹，可以使用簡單支付交易方式（SPV），通過默克爾樹對交易記錄進行壓縮。在系統(tǒng)架構(gòu)上，支持重型節(jié)點和輕型節(jié)點。重型節(jié)點存儲區(qū)塊鏈的全量數(shù)據(jù)，輕型節(jié)點只存儲默克爾樹根節(jié)點的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(qū)塊鏈軟件平臺做了改進。例如，IOTA就提出不使用鏈式結(jié)構(gòu)，采用有向非循環(huán)圖（DAG）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，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(cè)鏈等跨鏈技術(shù)，進行劃區(qū)劃片管理，也在性能方面取得了不少突破。

（4）對于分區(qū)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，尤其是離線的交易，并在系統(tǒng)設(shè)計時支持多個CPS集群。

從物聯(lián)網(wǎng)的角度來看，

（1）對于資源消耗，隨著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、蓄電量的問題將得以逐步解決。

（2）對于數(shù)據(jù)膨脹，根據(jù)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(xù)上升。

（3）對于性能瓶頸，隨著MEMS傳感器、SiP封裝工藝等新技術(shù)、新工藝、新架構(gòu)的不斷成熟、成本降低，小體積、低功率的傳感節(jié)點有望廣泛應(yīng)用。

區(qū)塊鏈以算法和軟件來承擔信任基礎(chǔ)。但是，剛剛我們提到，有的區(qū)塊鏈軟件已經(jīng)不使用“鏈式結(jié)構(gòu)”了。區(qū)塊鏈，顧名思義，區(qū)塊+鏈，不用鏈的結(jié)構(gòu)了，對于最終用戶，會有些云里霧里。此外，還存在多鏈協(xié)同、跨鏈整合、鏈上鏈下、分區(qū)劃片、共識切換等多方面的改進，區(qū)塊鏈技術(shù)正處于待成熟、未定型的階段。那么，最終用戶如何相信企業(yè)的信息披露，選擇合適的區(qū)塊鏈產(chǎn)品呢？這就需要可信的規(guī)則來規(guī)范，從用戶的角度、以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向，圍繞智能合約是否有效執(zhí)行、共識機制是否保證數(shù)據(jù)最終一致、私鑰存儲是否安全、權(quán)限管理是否分級分類、企業(yè)信息披露是否準確等多個方面，提出標準規(guī)范，增強區(qū)塊鏈的可信程度，給區(qū)塊鏈的信任增加砝碼。