物聯網平臺應該為區塊鏈集成做準備_區塊鏈

本文來自：infoq，作者：hologram，翻譯：王強，星球日報經授權轉發。

“區塊鏈”這個術語見多了也會令人生厭。雖說亂糟糟的區塊鏈ICO環境更助長了人們對區塊鏈的質疑，但在每次出現顛覆性技術時，出現這類質疑的聲音都很正常。其實質疑本身可能就是新興技術的一種助推劑。當新技術的炒作高潮期結束，人們的期望破滅時，正是質疑者的反饋讓技術獲得進步和新生。于是問題來了：有哪個區塊鏈項目可以服務于現在的物聯網實踐場景？不考慮加密貨幣投資或虛擬加密貓，現在是否有哪個去中心化的網絡平臺可以成為未來12到18個月內物聯網數據傳輸的首選架構？下文對比了一些最有前景的去中心化物聯網平臺，它們有的已經是可用狀態，有的已進入Alpha或Beta測試階段。典型的物聯網解決方案

最常用的物聯網設備數據傳輸協議之一是MQTT。它使用服務端/客戶端的消息隊列架構，使用發布和訂閱模型。MQTT需要一個中心管理者，名為Broker。它是系統的唯一信任源。

MQTT的邏輯很簡單。這個架構的中心Broker接收多個數據發布者的數據，之后將數據轉發給任意數量的訂閱者。除了用作消息隊列，MQTTBroker還支持身份驗證、最多3級的QoS和按主題過濾數據的功能。MQTT最初誕生于1999年，之后由IBM全力發展，直到2013年開源。如今有很多投入實用的MQTTBroker項目和MQTT客戶端庫，能做到的事情任君想象。許多商業化物聯網平臺使用MQTT作為主干。MQTT的靈活性使企業可以部署大量不斷發布數據的物聯網設備，同時部署任意數量的服務器來訂閱預過濾的原始數據。以下是我們客戶最常使用的MQTT平臺：AWSIoT、GoogleCloudIoTCore、AzureIoTHub、Losant和AdafruitIO。MQTT是一個很好的解決方案，但它要擴展到未來預計的204億個物聯網設備上，就需要規模龐大的基礎設施和云計算服務。任何初創企業或商業項目的團隊如果想要加入物聯網元素，都必須準備好承擔巨大的云基礎設施費用和運維投入。本文中，MQTT將作為基準與區塊鏈和分布式賬本技術進行對比。區塊鏈的定義

工信部等八部門：到2023年底物聯網與區塊鏈等技術深度融合應用取得產業化突破:金色財經報道，工業和信息化部、中央網絡安全和信息化委員會辦公室、科學技術部、生態環境部、住房和城鄉建設部、農業農村部、國家衛生健康委員會、國家能源局等八部門聯合印發《物聯網新型基礎設施建設三年行動計劃（2021-2023年）》，根據行動目標顯示，到2023年底，物聯網與區塊鏈等技術深度融合應用取得產業化突破；根據重點任務顯示，面向“區塊鏈+物聯網”，建立感知終端的信用體系，保障數據確權和價值流通。[2021/9/30 17:16:33]

區塊鏈是一種不可篡改的去中心化賬本，可以將其視為一種新型數據庫。區塊鏈的基礎核心是在整個節點網絡中更新的共享賬本。每個節點都是一個接收和驗證帳本副本的設備。數據按時間順序存儲在該帳本上，新增數據會添加進賬本并傳播到整個網絡。帳本持有的數據可以記錄交易、文檔、文件或其他有價值的內容。區塊指的是鏈中當下的位置。一旦網絡確認一個區塊的副本已被發送到所有節點，這個區塊就成為了該分布式賬本或數據庫的永久組成部分。每個新區塊都會添加到上一個區塊后面，因此每個區塊都包含上一個塊的哈希副本。區塊鏈，亦即區塊組成的鏈條！因為每個新增區塊都包含前一個塊的哈希值，所以如果某人試圖更改鏈上任意一點的數據，結果就會讓哈希值變動，無法通過其它節點的驗證。所以向網絡混入篡改的數據實際上是做不到的。為了達到改變鏈上數據的目的，需要訪問世界各地的每個賬本副本，還要同時改變它們的內容。任何人或組織都無法獲得如此大的權力，這使區塊鏈成為無需中心信任源的可信交易或身份驗證體系。我們想要一個自我驗證的，由安全的用戶賬戶組成的大規模分布式數據庫，交易還有可靠的驗證。過去這個需求是無法實現的，因此我們創建了聯邦保險銀行。基于以太坊區塊鏈的物聯網方案

動態 | 中國聯通攜手中興通訊發布《“物聯網+區塊鏈”應用與發展白皮書》:聯通研究院與中興通訊共同發布《“5G+區塊鏈”融合發展與應用白皮書》。白皮書建議將5G與區塊鏈結合加速應用發展：在物聯網、車聯網、無人駕駛、工業控制、智慧城市等領域，5G的萬物互聯可以實現實時快速地傳輸硬件數據，區塊鏈的不可篡改、安全、可溯源、零知識證明技術能為設備與設備間大規模協作提供去中心化的解決思路。5G與區塊鏈結合，將加速應用場景的落地。（TechWeb）[2019/11/7]

大眾可能是通過比特幣了解了區塊鏈技術，但開發者接觸區塊鏈則是通過以太坊，后者也因此成為最具實用性的區塊鏈平臺。以太坊允許開發者創建他們自己的去中心化合同，合同中可以定義規則、功能，甚至一種新的數字貨幣。還記得2017年的ICO狂潮嗎？以太坊提供的工具使科技創業者能夠創造出他們自己的加密貨幣。開發者可以輕松創建自己的加密貨幣，這也成就了以太坊的生態系統、開發者社區和以太坊區塊鏈。傳統區塊鏈的計算能力需求和存儲需求太高，不可能用于物聯網設備。例如，典型的以太坊節點使用GPU來處理區塊，因為CPU的速度太慢；每個節點還要存儲近1TB的區塊鏈歷史交易數據。如以太坊自己承認的那樣，與中心化云服務相比它又慢又貴，還更費電。區塊鏈要成為可選的數據傳輸平臺，必須大幅降低共識耗時和采礦費用。以太坊的領導團隊并沒有忽視這些問題。多年來，核心開發者一直致力于一個名為Casper的項目。Casper改變了區塊鏈的共識機制，從稱為“工作證明”的計算密集型操作轉向稱為“權益證明”的基于風險的操作。Casper將對以太坊市場產生重大影響。對于物聯網項目來說這種變化是值得期待的，因為它將降低事務處理成本并使性能不強的設備也能確認區塊。5月，Casper團隊發布了0.1.0版，一周后更新到了0.2.0。1月份，以太坊基金會宣布了兩項補貼計劃來進一步解決擴展性問題，參與候選方案的開發者可以獲得50,000至1,000,000美元甚至更多的補助。具體到候選方案，基金會給出了兩種策略并希望社區并行推進，它們分別是區塊鏈分片和雙層協議。分片技術將允許以太坊的節點網絡同時處理多個區塊。實質上，這與MongoDB將數據分片到不同分區的方式類似。我們看到只有prysmaticlabs.com在發展分片技術。對于物聯網設備來說，分片也是以太坊大幅減少共識耗時的一條路線。雙層協議通常被稱為側鏈。這些側鏈借用了以太坊的許多功能，并創建了一個獨立的鏈，使許多數據交易可以在以太坊鏈下處理。最后，側鏈會把所有的交易記錄上傳到以太坊主鏈。

動態 | 廈門市政府將推動區塊鏈等新技術在泛在電力物聯網領域的研究:據廈門網6月8日消息，近日，廈門市政府與國網福建省電力有限公司簽署《廈門泛在電力物聯網支撐智慧城市建設戰略合作協議》。未來，廈門市政府將組織相關產業單位、科研院所圍繞大數據、云計算、物聯網、移動互聯、人工智能、區塊鏈、5G等新技術，開展泛在電力物聯網相關新產業、新業態研究，為廈門“雙千億”產業鏈增添發展動能。[2019/6/9]

專門為性能受限的物聯網設備創建的側鏈，其架構類似于MQTT。側鏈數據流是從設備到側鏈到主鏈，而MQTT數據流是客戶端到Broker到中心數據庫。這種架構里，一方面有一個側鏈“Broker”與性能受限的設備交互；另一方面，側鏈以設定的時間間隔與以太坊主鏈同步“側面”交易。有兩個正在開發的側鏈項目值得關注，分別是Raiden和Plasma。有了這么多基于以太坊的項目，還有眾多開發者致力于解決擴展性問題，以太坊與側鏈的組合可能很快就會成為傳統消息隊列+數據庫架構的流行替代方案。基于IPFS的物聯網方案

分布式賬本技術的一種令人興奮、切實可行的實踐是星際文件系統。IPFS在獨立節點之間創建了一個分布式文件系統。IPFS可用于托管網站、文件甚至視頻。IPFS節點僅存儲節點感興趣的內容和存儲內容的索引。這與傳統的區塊鏈不同，后者要求每個節點都在本地存儲整個網絡的交易歷史記錄。IPFS與傳統的區塊鏈可能有很多差異，但相似之處在于文件的加密哈希值都會保存在網絡中的多個節點上。有人號召大家使用IPFS，給出的理由極具野心：如果整個網絡使用IPFS取代中心化的HTTP服務器，那么網絡世界會變得更加美好。如果知道哈希地址，那么每個客戶端節點都可以訪問整個文件網絡。客戶端節點可以決定是否存儲哈希數據，存儲數據的節點就會成為這段數據的主機節點。即便哪個存儲數據的節點斷開連接，其文件也能通過其他節點繼續訪問，網絡絲毫不受影響。除了向應用開發者發布的存儲工具之外，IPFS還公布了類似MQTT的發布/訂閱事件總線。與MQTT不同，IPFS沒有中心化的Broker，而提供了完全去中心化和分布式的Broker替代品。這意味著對一個事件感興趣的訂閱者們作為整體，也對其它感興趣的訂閱者表現為Broker的角色。此外，內置的加密安全性也是一個額外的好處。現在就可以使用IPFS發布/訂閱方案，但用戶很快就會發現，IPFS要求節點選擇進入以存儲獨立數據。由此以來，基于IPFS的大型項目的結構、庫與感興趣的節點“網絡”都會運行相同的項目應用，從而貢獻價值。一個基于IPFS的項目是Computes.io。創始人ChrisMatthieu撰寫了一篇博文，介紹了去年使用Arduino演示的一個物聯網發布/訂閱示例。超級計算機這個詞可能會吸引你的眼球，但這個示例的主要內容是Computes將多臺計算機融合為一個整體，演示暴力密碼攻擊。IPFS使我們能夠連接一系列物聯網設備，并讓它們扮演共享文件系統、事件總線或像Computes.io演示的那樣，作為分布式計算平臺等角色。基于Helium的分布式設備網絡的物聯網方案

現場 | 鄭子彬：區塊鏈可以解決物聯網設備之間的協作及之間的交易問題:金色財經現場報道，4月10日，國家數字家庭工程技術研究主心副主任/區塊鏈與智能金融研究中心主任鄭子彬在\"2019第二屆深圳國際區塊鏈技術與應用大會”現場演講時指出，工業4.0會帶來大量物聯網傳感器設備，這些設備間的數據傳輸量巨大，5G可以解決數據傳輸量的問題，區塊鏈可以解決設備之間的協作，以及它們間的交易問題，IPFS可提供數據存儲方案，這幾類技術結合起來，可以保障整個技術的發展。同時，他也表示，當前行業還面臨著一些挑戰。第一是監管挑戰。監管不解決，對技術的發展很不利；第二是激勵問題。大家都在等待Filecoin的上線，它決定了技術的走向，這個能不能成功是需要時間驗證的，所以還要繼續等待；第三是網絡優化。未來會占用大量的帶寬，所以需要在技術上做優化。[2019/4/10]

Helium是另一家引起我們Hologram注意的創業公司。他們正在建立一個“去中心化的設備網絡”，這也是他們發明的新術語，用來描述自己的產品。Helium的網絡結合了物理區塊鏈、無線技術和開源軟件，創建了一個專為物聯網而構建的分布式區塊鏈平臺。當Helium首次公布“去中心化的設備網絡”時，他們在網站上聲稱“物聯網已經失敗了”。他們的理由是，因為各種協議和專有技術糾纏一起產生的混亂局面，物聯網并沒有實現人們當初的期望。

他們正在開發的解決方案中，有使用名為WHIP的新無線協議的網關，和低功耗的無線模塊。最重要的是，他們為提供熱點的個人貢獻者創建了一個激勵平臺。這個機制是，如果貢獻者設置網關并為物聯網設備提供互聯網訪問，就能獲得加密貨幣。Helium還為這個網絡開發了新的加密共識機制，以為網絡的擴展和維護行為提供激勵。Helium網關并不會把資源浪費在挖礦功能上，而是提供了將網絡擴展到特定地理區域的實用服務，這種服務通過Helium的覆蓋證明機制驗證。最終的結果，網關會收獲代幣，獎勵它們為底層網絡貢獻驗證算力的努力。下面一步步分析Helium網絡的數據傳輸機制。物聯網設備將使用WHIP協議安全地連接到傳輸范圍內的多個本地網關。加入網絡后，設備會將加密數據發送到所有網關。每個網關都將數據添加到區塊中，之后這些區塊將添加到Helium的全局區塊鏈。數據對象將包含路由信息以轉發傳感器數據。網關將指定數據發送到指定路由。路由獲得數據傳輸服務后，會向網關支付費用。路由解密數據，流程結束。由于Helium目前正在開發中，上文的描述可能有點亂。我們希望將來能更好地描述這一過程。“我們使用區塊鏈來獎勵部署Helium網關的貢獻者。這種方式使我們能夠建立一個社區自治、去中心化的網絡，提供安全、經濟、無處不在的無線覆蓋，從而將數十億設備連接到互聯網。”——Helium基于IOTA糾纏的物聯網方案

物聯網和ETC的結合將會成為下一個風口嗎:ETC作為一種新興的技術，目前已經在物聯網方面有了一定的應用。ETC技術可以增強信息和價值在數字經濟中的共享方式。ETC的智能合約可以在動態條件下自動傳輸信息和價值，為物聯網和機器可支付網絡提供量身定制的商業模式。以靈活直觀的智能合同編程平臺為基礎、用ETC為支撐，可以推動物聯網向全球化程度高、安全性好、去中心化的方向發展。[2017/12/11]

IOTA是另一項當下可用的技術。該項目引入了糾纏網絡的概念，區別于傳統區塊鏈網絡。糾纏是一種新形式的分布式賬本技術，以物聯網為設計理念。

http://www.iotasupport.com/與區塊鏈不同，糾纏是一個用戶網絡而非礦工節點的纏結。這里的理念是：對于任何發起交易的設備或用戶，它還必須處理接下來的兩個交易。該方案可以實現快速交易，且費用低于其它任何方案。物聯網設備可以迅速為傳感器數據或功能發起小型交易。這一技術為連接設備創建了全新的經濟模式。IOTA的一個有趣的主張是保護網絡免受量子計算的攻擊。這個說法難以驗證，但值得思考。IOTA的白皮書有大量數學內容。他們使用了“獨特的量子對抗加密算法”，將某些量子攻擊的有效性下降到了百萬分之一。未來，大多數城市的基礎設施都會基于傳感器網絡和分布式的執行器進行管理，可以想象，涉及欺騙身份或偽造數據的網絡攻擊可能導致災難性的后果。基于量子對抗加密的安全物聯網網絡可以在節點生命周期內預防此類攻擊。展望未來

對區塊鏈技術保持懷疑態度還是很有必要的，但隨著這一技術的發展，它能做到的事情已經遠不止于創造一種貨幣了。考慮到將在未來5年內上線的數十億設備，很容易理解為什么IPFS和Helium這類項目的意義如此重大。當我們連接的設備數量達到極限，我們需要確信它們仍然能夠穩定連接工作。為分布式網絡開發的諸多協議正在努力改進以提升實用性。我們開始重新思考互聯網的形態，從根本上使其從云中心化的形式轉向去中心化的設備網絡。設想一個有趣的未來：設備通過獨立的網關之間發起的微交易連接，整個網絡分布在大量的私有節點之上；每個設備都會維護自身所依賴的系統，如果系統的一部分需要“下線”，整個系統也可以自主分叉或合并。結語

當前的物聯網解決方案依賴的平臺可能在幾年后就過時。我自己創建的許多項目都因為依賴的服務關閉而停止運行。本文中提到的這些分布式項目使我們能夠超越中心管理者的局限。新的系統不易被破壞，數據也不容易丟失。我們需要重點研究加密貨幣背后的實用技術解決方案，而不僅僅是這些數字貨幣的財務價值。最終，所有人都會在某種程度上受到去中心化技術的影響。有生之年，我們將看到一些基于區塊鏈的系統成為日常生活的一部分。數據安全和隱私話題逐漸成為社會關注的焦點，最終企業在區塊鏈技術中找到了解決方案。隨著去中心化變革的推進，越來越多的實際案例開始涌現。

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