5G、物联网和区块链之间将如何融合发展？

本文作者：Carlo R.W. De Meijer Owner and Economist at MIFSA

长期区块链已被视为一种隔离技术。然而最近，我们看到了将区块链与其他技术（例如大数据、人工智能等）集成在一起的趋势。可以观察到的有趣发展是，企业越来越重视将区块链用于IoT或物联网应用。这并不奇怪，物联网市场正在急剧增长，并且由于最近5G网络的普及，预计这一趋势将以加速的方式持续下去。但是随之而来的是许多挑战，这些挑战可能会限制其未来的增长。越来越多的企业将区块链视为可以解决许多此类问题的技术。

我们来看一下！

但是，什么是物联网？

物联网（IoT）已经成为互联网连接设备的网络。这些设备的范围从简单的消费类设备到重型工业机械装备，可能包括笔记本电脑、智能手机、智能小工具、智能手表、智能和数字化车辆、智能自行车、医疗传感器、智能安全系统等。这些物联网设备已与高清技术集成在一起例如复杂的芯片、传感器或功能软件，这使它们有可能在互联网上顺利地进行通信或交互，并彼此交换信息。

物联网首先涉及数据的感测、监视和交换，然后使用云计算等技术进行有效的数据存储和处理。从而将数据从设备传输到IoT网络，在网络中使用分析功能对信息进行管理，然后将其引导回IoT设备。物联网的分析功能使用这些数据将见解转化为行动，从而影响业务流程并带来新的工作方式。

同时，物联网在智能交通、智慧城市、医疗、智能农业等领域提供了许多服务。这些基于物联网的解决方案可实现日常任务的自动化，并实现对连接设备的有效监控。这可以提高执行任务的效率和便利性。

挑战性

物联网的进步推动了支持5G的物联网应用的开发。下一代移动网络5G有望显着提高性能，并有望扩大IoT的适用范围和领域。但是，此类5G IoT应用提出了严格的要求，例如高容量、有保证的隐私和安全性、异构应用的可扩展性、超低延迟、网络资源的优化使用、高效的能源管理和低成本等等。

由于当前包括5G以及更通用的IoT系统的移动网络都基于集中式模型，因此，要满足未来基于5G的IoT用例的需求，它们可能会面临巨大挑战。未来几年，随着大量设备将进入IoT网络，这些集中式安排的可扩展性受到了极大限制，同时暴露了许多脆弱点，这些脆弱点可能危及网络安全，并可能变得极其昂贵和缓慢。

A、可扩展性

当前5G IoT网络最关键的困难之一是可扩展性。物联网依靠集中的基于云的架构进行控制和管理。集中式云服务器要扩展其容量和计算能力，并处理由大型传感器网络收集的大量数据，将是一项紧迫的任务。随着设备数量的增加和它们所生成的大量数据的存在，当前用于验证、授权和连接网络中不同节点的集中式系统可能会成为一个巨大的瓶颈。

B、安全性

当前的5G IoT系统的另一个基本问题可能是其安全架构，这可能会阻碍其大规模发展。由中央机构管理的集中式客户端-服务器模型将使其易受单点故障的影响。许多物联网设备都嵌入了非常低的安全性功能。因此，它们可能会受到隐私和安全漏洞的影响，同时会降低用户的安全性。这使它们成为网络犯罪分子轻松利用薄弱的安全保护手段，以诱使他们发起DDoS攻击的简单目标。

C、隐私问题

另一个问题是隐私。物联网网络可以处理由不同组织拥有和管理的多个设备之间的数据交易。这使得在网络攻击的情况下很难确定任何数据泄漏的根源。此外，物联网会生成大量数据，并且涉及多个利益相关者，因此数据的所有权并不总是很清楚。这可能会破坏物联网传感器的可靠性。因此，确保物联网设备完整性的措施（使其不能被外部干预更改）是确保数据记录和交易安全环境的关键。

D、没有通用的标准和协议

物联网网络中的设备属于具有不同协议的不同技术标准的一部分，这使得构建一致的系统变得困难。网络中生成的数据拥有不同的所有权，并且高度不连贯，因此很难跟踪和审核。由于通信标准、协议和操作系统的不同，数据可能被锁定或无法互操作。

E、缺乏可审计性和对数据共享/使用的控制

在物联网网络中，数家企业专有的设备会生成大量数据。就谁拥有这些数据，从何处生成数据以及如何对其进行处理而言，很难管理和审计这些数据。在大多数情况下，此类数据不受所有涉及中间方的控制，例如共享同一平台的设备供应商、服务提供商或用户。

区块链可以提供很大的帮助

这些问题已成为物联网系统中的关键问题，如果无法解决，可能会加剧物联网产品的增长速度。继续使用集中式解决方案，5G IoT驱动的应用将不仅难以满足需求，而且还会对IoT的预期愿景产生不利影响。为了解决这些问题，区块链或分布式账本技术（DLT）越来越被视为一种有前途的解决方案，有助于以统一和分散的方式应对这些挑战。

区块链在设备之间如何直接通信方面可以发挥重要作用。区块链作为分布式数据库系统，可以记录有关交易的所有信息。这非常适合物联网的基本功能和架构。区块链的分布式性质允许工业实体和各种IoT设备与对等实体之间来回交换数据，从而消除了集中式的运营需求。区块链从而使5G IoT网络的用户能够与每个用户进行交互和交易（存储和检索数据），并确保数据出处和真实性、责任感、不变性和不可否认性。从而，区块链可通过建立信任，降低成本和加速交易，而无需依赖中央参与者，从而减轻与物联网相关的安全性、隐私性和可扩展性问题。

区块链将如何为物联网带来这些好处？

A、不变性

区块链系统中的分布式分类帐是防篡改的。记录每个事务，将其放入数据块中，然后添加到无法更改的安全、不变的数据链中。没有哪个组织可以控制物联网设备生成的大量数据。这种不变性被认为是基于区块链的智能合约的主要优势，因为它消除了参与各方之间信任的需求。

B、增强安全性

区块链针对数据篡改的强大保护措施可防止恶意设备通过注入或中继有害信息来破坏通信系统的协同作用。因此，使用区块链存储物联网数据将增加另一层安全性，黑客需要绕过这一层安全性才能访问网络。区块链技术因此具有安全释放5G网络的业务和运营价值以支持常见任务（例如传感、处理、存储和传达信息）的潜力。

C、透明度

区块链还允许任何被授权访问网络的人员跟踪过去发生的交易，从而提高了透明度。与物联网生态系统中的普通数据库系统相比，分布式分类帐提供了透明记录记录所记录事件的功能，同时通过使用数字签名保护了分类帐免受更改。通过智能合约的透明性，对5G IoT网络的信任得以分散。物联网中智能合约的部署使节点在特定业务生态系统中值得信赖且合规。

D、保证完整性

区块链以及基于区块链的智能合约也可以确保物联网相关网络的责任性和完整性。可以将智能合约定义为执行法规标准并使其透明可用的软件代码。这些合同完全取决于所有成员节点的透明性和一致的完整性。区块链提供的更强大的加密级别使得几乎不可能覆盖现有数据记录。

E、加速数据变更

就更高的吞吐量和延迟而言，整个物联网生态系统的性能取决于物联网节点中数据更改的加速操作。随着互连设备数量的增长，区块链和智能合约可以提供可行的解决方案，因为它可以快速处理越来越多的交易，并可以在大量连接的设备之间进行协调。可以使用部署在IoT节点本身上的智能合约，通过分散式验证来代替特定数据的集中式验证。这可能会大大减少数据验证时间以及操纵或访问的机会。

F、降低成本

所有这些的结果是，当利用区块链和智能合约时，可以将物联网生态系统的运营成本降至最低。区块链和智能合约可以消除与中间商和中间商相关的与IoT网关相关的处理开销（部署昂贵的高端计算基础设施），从而使IoT企业降低成本。

区块链物联网的应用

区块链物联网应用越来越多地用于供应链、运输和物流、零售、汽车、医疗、制造、建筑、政府、能源和公用事业等各个领域。因此，企业将重点放在通过实时数据管理和任务自动化来提高运营效率上。因此，区块链IoT应用用于流程自动化、供应链管理、智慧城市、智能家居、资产跟踪和监控、数据分析、数据共享和通信、智能汽车、决策分析、家庭自动化和智能电网等目的。

供应链

区块链和智能合约在5G IoT智能供应链中可能具有更大的附加值。供应链特别使用用于跟踪目的的区块链IoT应用来跟踪货物在运输时的位置，并确保它们处于指定条件内。区块链可以存储、管理、保护和传输所有这些智能信息，例如温度、位置、到达时间以及运输容器移动时的状态。传感器通过提供有关在全球范围内运输的货物的位置和状况的数据，使企业能够端到端地查看其供应链。不变的区块链交易有助于确保各方都能信任数据并采取行动快速有效地转移产品。

维护

许多企业还使用区块链IoT资产跟踪设备对资产和机器进行远程识别，以记录活动和输出，以替代云解决方案。这对于预测性维护建模尤为重要。跟踪进入飞机、汽车或其他产品的组件/备件的能力对于安全性和法规遵从性至关重要。存储在共享区块链分类帐中的IoT数据使所有各方都可以在产品的整个生命周期中查看组件的出处。从引擎到电梯，区块链为操作数据及其维护提供了无篡改的分类帐。

智慧城市和智慧家庭

区块链物联网解决方案正越来越多地用于智慧城市，以实现诸如智慧城市的支付、电子政务、安全性和监视之类的服务。智慧城市是在城市化进程中实施先进的现代技术，以改善人们的生活质量。区块链物联网解决方案也在智能家居中找到了出路，旨在使包括家用电器和设备在内的整个家居环境实现自动化。因此，区块链可以推动不同的用例，例如智能家居监控、远程访问、能源优化、监视等。

数据分析

区块链物联网还可以应用于数据分析，以调查不同类型的数据。企业可以使用它进行预测和描述性分析，以提高客户知识，提高运营效率并创造业务价值。企业越来越多地使用区块链物联网数据分析来通过分析大小数据以提取有意义的见解来确定趋势和模式。

智慧医疗

区块链物联网在医疗保健行业具有众多应用。该技术可用于使用智能设备提供高质量的医疗服务。物联网设备可以收集医疗保健数据，并且这些数据是在线存储的。医生可以随时访问它们，因此，区块链可以支持安全且受信任的IoT医疗自动化系统，用于实时监控，记录医疗历史记录，安全共享医疗文档并支持重要数据，从而有助于做出临床决策。

智慧农业

智慧农业的概念可以彻底改变农业产业。农民可以使用智能区块链IoT农业应用来优化许多不同的活动，例如确定收获植物的最佳时间，因为这些设备可以检测天气状况和其他环境数据。而且还可以根据土壤的化学性质创建肥料分布图，并感测土壤的养分和水分含量。支持农业的基于区块链的物联网应用可以帮助提高农业生产的质量和数量，同时将成本降至最低。

区块链物联网市场的关键参与者

越来越多的企业正在利用区块链技术来允许任何物联网设备独立于中央机构安全地连接、交互和交易。主要参与者包括亚马逊、思科、华为、IBM、英特尔、微软和SAP等大型科技公司，以及以太坊、Linux Foundation和R3等大型区块链平台。越来越多的使用区块链使物联网更安全、更智能的小型公司进入（或正在进入）市场。

一些有趣的新人：

Ambrosius

Ambrosius是一个公共许可的区块链生态系统，拥有大量分散节点运营商来保护网络。Ambrosus区块链经过优化，可与IoT设备、传感器、现有的ERP系统以及其他企业管理软件实现互连。Ambrosius用于分散式应用，保护物联网、物理跟踪现实世界的资产以及将区块链集成到企业软件中。

Atonomi

Atonomi是一个鼓励第三方开发的开放平台。Atonomi为IoT开发人员和制造商提供了嵌入式解决方案，以通过基于区块链的身份和信誉跟踪的不可变注册来保护设备。在不可变的分类帐上记录和验证设备标识时，将根据监视的事务来计算和记录设备信誉。这使整个Atonomi信任环境中的经过验证的IoT设备（无论制造商如何）之间都能进行流畅的交互。

Chain of Things

Chain of Things（CoT）是技术专家和领先的区块链公司组成的联盟。它研究了可能的最佳用例，在这些用例中，区块链和物联网的结合可以为工业、环境和人道主义应用带来巨大的收益。到目前为止，CoT已经构建了Maru，这是一个集成的区块链和IoT硬件解决方案，用于解决身份、安全性和互操作性问题。

IOTA

IOTA是用于快速交易结算和数据完整性的协议，它具有Tangle分布式分类帐，从而无需进行昂贵的挖掘（交易验证）。IOTA是需要处理大量微数据的物联网设备的基础架构。Tangle分类帐的功能是机器对机器的通信，免费的微支付和抗量子数据。IOTA建立了传感器数据市场，并正在进入由数据驱动的洞察力的市场，并得到20多家全球公司的支持。

Modum.io

Modum.io将IoT传感器与区块链技术相结合，为涉及物理产品的交易提供数据完整性。调制解调器传感器记录货物在运输过程中所处的环境条件，例如温度。当货物到达下一个中转站或最终客户时，将根据区块链上智能合约中的预定条件验证传感器数据。合同确认条件满足所有要求，并触发各种操作，例如向发送者和接收者的通知、付款或货物放行。

Xage Security

Xage是面向物联网公司的全球首个支持区块链的网络安全平台。他们的技术可以一次管理数十亿台设备，甚至可以自我诊断并修复可能的漏洞。Xage是运输、能源和制造行业中的物联网公司所使用的近端技术。