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區塊鏈上的分布式物聯網

想象一下你的洗衣機,當洗滌劑不夠時可以自動聯系供應商,并進行自助下訂單購物,進行自我維護,從外部資源處下載新的洗衣程序,根據電價的變化周期來安排最經濟的洗衣計劃表,還能和它的傳感器互動來決定最優化的洗衣環境;再想象一輛汽車,實時聯網,可以智能的選擇最合適的零件和服務;還有這樣的制造廠,它們的機械在沒有人工干預的情況下,知道自己的哪個部位什么時候需要修理。

以上的這些場景,在物聯網(the Internet of Things IoT)的幫助下將會成為現實。事實上,那些曾不適應電腦的的產業已經被數十億計的連接互聯網的物聯網設備改變;還沒有被改變的產業,最終將在這樣的浪潮中被迫跟上這種步伐。

未來的可能性是無限的,特別是當物聯網和其它技術結合所產生的力量,比如和機器學習結合。然而,數十億的智能設備之間想要產生互動,或者和它們的擁有者互動,那么就會出現一些大問題。當現存的支持物聯網通信的模型無法應對這樣的挑戰時,相關的技術公司和一些研究人員希望通過區塊鏈技術來解決它們,這個技術就是大名鼎鼎的比特幣背后的基石。

中心化模型的問題

當前的物聯網生態依賴于中心化系統,中介通信模型,也就是我們熟知的服務器/客戶端(server/client)模型。擁有巨大計算能力和存儲空間的云服務器與被標記和驗證的設備相連。設備間的只通過互聯網連接,即使它們只相隔幾英尺。

這種模型在通用的計算設備連接中運行了幾十年,它還會存在于小規模的物聯網網絡中,正如我們現在所看到的那些。然而在未來逐漸增長為大規模的物聯網生態上,這種模型就會顯得無能了。

現存的物聯網方案是昂貴的,因為它的基礎設施和維護費用極高,它需要中心云服務、大規模服務器集群和網絡設備。當物聯網設備以數十億級別的速度增長時,它們之間要處理的通信量更是驚人,這樣以來的費用會大幅度的增長。

即使這種經濟上和工程上的挑戰不是問題,那么云服務器依然存在瓶頸,還有就是它出現一個故障點就會導致整個網絡的崩潰。如果將來人類的生命健康依賴于物聯網,那么這個問題就非常非常的嚴重。

另外,不同設備間的多樣化所有權,和它們支持的云服務架構多元化讓機器對機器(machine-to-machine M2M)通信很困難。沒有一個單獨的設備可以連接其他所有設備,不同的云服務提供商也不會保證它們之間的互操作性和兼容性。

分布式物聯網(IoT)網絡

物聯網的分布式方案可以解決以上的很多問題。采用標準化的點對點通信模型處理成千上萬設備間的交易,這有效的削減了成本,包括部署和維護大型數據中心的費用,而且可以通過成千上萬的物聯網設備把計算需求和存儲需求去中心化。這將避免由于一個節點的失敗而導致整個網絡的崩潰。

可是,建立點對點通信也有它自己的問題,其中首要問題是安全。我們都知道,物聯網的安全不僅僅只是要保護敏感數據。解決方案必須在大規模物聯網網絡中保護隱私安全,還要為交易提供一些驗證形式和共識形式,來避免被欺詐和偷盜。

區塊鏈方案

對于點對點通信平臺問題,區塊鏈給出了精妙的解決方案,這種技術在網絡節點間創建一種相互共享的分布式數字賬簿,來記錄交易,而不是把這些交易賬簿存儲于一個中心服務器。參與者通過區塊鏈來記錄交易。這個技術使用加密技術認證識別參與節點,保證它們安全的在賬簿中添加交易記錄。交易是被這個網絡中的節點所驗證和確認,所以這就消除了中心驗證的必要性。

這個賬簿是防干擾和不可被惡意者修改的,因為它不單獨存在于本地獨立設備,它也不可能被中間人攻擊,因為交易不是可被攔截的單獨一個線程。區塊鏈讓去信任化、點對點通信成為現實,而且它在金融服務領域的價值已經通過加密貨幣(如比特幣)證明,它在沒有第三方支付參與的情況下為點對點支付做保障。

科技公司現在試圖讓區塊鏈的實用性與網聯網領域磨合。

這個概念可以直接解決物聯網的規模化問題,不需要傳統的昂貴資源就可以讓數十億計的設備共享于一個相同網絡。區塊鏈也可以解決不同供應商間的權威沖突,它提供了一個標準,讓每個人有平等的權益。

這將打通M2M(機器對機器)間的通信,在當前的模型中,這是無法實現的,這也讓一些全新的使用案例成為現實。

在物聯網中混合使用區塊鏈

物聯網和區塊鏈的結合正蓄勢待發,創業公司和科技巨頭都非常看好。IBM和三星引入他們的概念證明,ADEPT使用區塊鏈技術支持下一代物聯網生態,每天將會產生千億計的交易。

IBM作為最早研究把區塊鏈用于物聯網中的企業之一,IBM的Paul Brody 這樣描述:新設備被工廠組裝完成后在一個通用的區塊鏈中注冊,在被出售后轉移進一個區域區塊鏈,在這個區塊鏈上它們可以與其它設備自主互動。

物聯網和區塊鏈的結合讓循環經濟和資產流體化成為可能,資源可以被共享和再利用,而不是消費一次就處理掉。區塊鏈平臺領導者以太坊舉辦的物聯網黑客馬拉松中,一個區塊鏈驅動的物聯網概念被測試,其中還有很多非常有創意的項目,其中包括能源分享、電力燃氣賬單等領域中的項目。

Filament是一個投身于物聯網和區塊鏈的創業公司,它專注于工業應用,像農業、制造業、石油和天然氣等。Filament 使用一種名叫Taps的無線傳感器,組成低功耗自治網狀網絡,來收集數據,監控資產,而且不需要云服務或中心網絡服務器的參與。這家公司使用區塊鏈技術識別認證設備,通過提供這樣的網絡和數據服務來獲得收入,當然是以比特幣為支付方式。

Chain of Things 是一個聯盟,他們的任務是探索區塊鏈在處理物聯網規模化和安全問題中所能扮演的角色。他們在最近倫敦舉行的黑客馬拉松中展示了區塊鏈 和物聯網的使用案例,包括一種太陽能堆棧設計,它可以提供可靠地、可驗證的再生資源數據,加速刺激結算,減少其中的欺詐。這個系統加強了太陽能面板和數據記錄器的連接過程,跟蹤太陽能的生產量,安全的把這些數據提交給節點,節點把這些數據記錄在分布式賬簿中,然后在范圍更廣的全球節點網絡同步。

警示和挑戰

把區塊鏈技術應用于物聯網并不是沒有缺點的,還有一些問題需要解決。其一就是,在比特幣開發者之間爭吵不斷的區塊鏈基礎問題,這個問題產生于,隨著這個網絡的發展,交易量和體積越來越大,當區塊鏈技術應用于物聯網時,這個問題也不可避免。科技公司也承認這是一種挑戰,然而有一些解決方案正在測試,其中包括側鏈、樹鏈和迷你區塊等方案。

能源消耗也是一個問題,加密和驗證區塊鏈交易是一種計算力集約操作,需要消耗大量的電力資源,這是物聯網設備所缺少的。與此同時,還需要較大的存儲空間,隨著賬簿的增長,節點的存儲空間需求也越來越大。

還有,如Machina Research 的研究者 Jeremy Green所說,以區塊鏈作為驅動的自治物聯網對制造商來說,最大的挑戰時尋求一種商業模型,其中包括持續盈利的長期合作伙伴,而且需要一個商業和經濟模型的大轉型。

物聯網產業發展飛速,區塊鏈是否是解決物聯網面臨的困難的關鍵,現在下結論還為時過早。它還不完美,然而與物聯網結合非常的有希望,分布式自治網絡將成為解決問題的關鍵因素。

【責任編輯:沖津】

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