基于區塊鏈的物聯網技術應用

何燕燕

摘? ?要：隨著區塊鏈技術的不斷發展，其應用變得越來越普及。文章主要針對區塊鏈的數據結構及整體架構進行分析，并審視了區塊鏈為物聯網帶來的挑戰;最后從物聯網數據交易系統方面、電網管理方面、車聯網方面以及防偽安全管理方面，細化闡述了基于區塊鏈的物聯網技術應用，以期為基于區塊鏈的物聯網技術發展提供可靠支持。

關鍵詞：區塊鏈;物聯網;數據交易系統

近年來，隨著物聯網的持續普及，人們對物聯網的要求逐漸升高。區塊鏈與物聯網的整合，可提升物聯網的性能，使其更加符合各類場景的應用要求。但區塊鏈技術的特殊性，也為物聯網帶來了一定的挑戰。因此，分析基于區塊鏈的物聯網技術應用具有一定的必要性。

1? ? 區塊鏈技術分析

1.1? 數據結構

在區塊鏈技術中，區塊數據是保障區塊鏈鏈式結構正常運行的關鍵所在。從區塊數據的構成來看，其主要由Merkle（固定時間內網絡中全部有效交易對應的哈希根，即交易信息的具體體現）、Nonce（隨機數）、Pre-Hash（前一區塊對應的哈希值，是區塊鏈具有可追溯功能的關鍵）以及Timestape（時間戳）等構成。在區塊鏈技術中，區塊數據提供交易數量信息、時間信息等數據的形式，保障整個區塊鏈的持續運行。

1.2? 整體架構

區塊鏈的架構為經典5層架構，具體包含：（1）應用層。區塊鏈的應用功能由可編程社會、可編程貨幣以及可編程金融3種要素所決定。（2）合約層。是區塊鏈技術的約束要素。在技術運行中，合約層的算法機制利用其約束作用，確保區塊鏈算法的規范性;而合約層中的智能合約與腳本代碼也可為區塊鏈的運行提供良好的支持作用。（3）共識層。包含DPOS，POW以及POS 3部分。（4）網絡層。是區塊鏈傳播功能的決定要素，構成較為復雜。其中，P2P網絡是區塊鏈技術的運行載體;驗證機制、傳播機制這兩種成分則影響著區塊鏈的傳播特征。（5）數據層。由鏈式結構、數據區塊等共同構成。

2? ? 區塊鏈為物聯網帶來的挑戰

結合當前區塊鏈應用現狀分析，區塊鏈為物聯網帶來的挑戰主要體現為以下幾方面。

2.1? 通量性能

區塊鏈的通量存在一定的限制[1]。以經典區塊鏈以太坊為例，在每秒范圍內，該區塊鏈的平均交易處理數量約為15筆。將區塊鏈用于物聯網，其通量性能的限制性特征，為二者的整合帶來了一定的困難。為了改善通量限制問題，提升網絡通量逐漸成為區塊鏈優化研究中的重點所在。目前，已有多種優化措施的應用成果證實，其可提升區塊鏈的數據通量。但就物聯網應用場景的要求而言，加強區塊鏈的通量性能仍然是該領域亟待解決的問題之一。

2.2? 數據安全

目前，物聯網已經滲入了人們日常生活的各個方面。這一廣泛應用現狀，對物聯網的數據信息安全提出了較高的要求。將區塊鏈與物聯網整合后，如何保障人們的數據信息（身份信息、資金信息等隱私數據）安全，逐漸成為限制基于區塊鏈的物聯網技術發展的關鍵問題。

3? ? 基于區塊鏈的物聯網技術應用

文章主要從以下4個方面入手，針對基于區塊鏈的物聯網技術應用進行分析和研究。

3.1? 物聯網數據交易系統方面

以網絡為基礎的在線交易，是物聯網的主要應用方向[2]。將區塊鏈與物聯網整合后，區塊鏈的技術優勢可為物聯網在線交易系統提供諸多便捷，即通過構建完善數據交易系統的形式，實現基于區塊鏈的物聯網技術的合理應用。

基于區塊鏈的物聯網數據交易系統的構建流程：

（1）系統架構。按照協議層、擴展層、應用層3層架構模式，構建基于區塊鏈的物聯網數據交易系統。其中，協議層包含存儲層、網絡層兩部分，其運行機制為：存儲層接收來自網絡層的數據信息，納入分布式賬本中，以備后續數據處理操作使用。而擴展層的擴展功能則通過數據存儲交易及智能合約這兩大要素實現。應用層直接面向用戶，該部分主要通過客戶端（用戶注冊賬號信息）及交易網站這兩種途徑，收集貨幣及交易等相關數據，并將所得信息傳輸至擴展層。

（2）系統私有鏈部署。用戶對數據交易系統的要求為可滿足用戶的便捷應用要求，即可根據用戶使用模式的變化，完成客戶端之間的連接轉移。基于上述要求，可按照如下模式，做好數據交易系統的私有鏈部署：利用以太坊G0-Ethereum客戶端進行系統私有鏈部署。當啟動該客戶端時，其可自動與用戶其他客戶端建立連接關系，經網絡下載同步區塊建立連接。

（3）功能性需求。根據數據交易系統的應用要求，可將系統功能性需求確定為：注冊賬號、登錄賬號、數據上傳（以公鑰加密技術，將來自物聯網設備的原始數據信息上傳至區塊鏈中，并保障數據上傳過程的安全性）、數據出售（于取得用戶許可下，將加密數據對外出售）、數據購買（用戶根據自身需求購買來自機構或用戶對象的加密數據信息）、賬戶查詢（完成數據交易后，賣方、買方用戶可通過查詢功能確認資金賬戶的余額變更狀況）。

3.2? 電網管理方面

電網管理是基于區塊鏈的物聯網技術的可行應用方向。將區塊鏈與智能電網充分整合后，可形成更加完善、功能多樣化的電網管理系統[3]。在電網管理中，基于區塊鏈的物聯網技術的應用優勢在于：（1）電力需求分析。傳統電網模式下，電力需求分析工作需要耗費較長時間，而引入基于區塊鏈的物聯網技術后，可直接利用人工智能及區塊鏈技術的數據綜合處理優勢，獲取更加真實、可靠的電力需求數據信息。整個信息獲取過程的耗時較短。對于供電局而言，基于區塊鏈的物聯網技術的應用，可提高電力需求分析工作的效率，減輕相關人員的工作壓力。（2）供電決策。是電網管理的關鍵所在。根據既往經驗，電力用戶的海量性、用戶用電行為的多變性等特征，為電網供電決策的制定帶來了一定困難。引入基于區塊鏈的物聯網技術后，可將電網管理系統轉變為電力交易模型，根據用戶的電力交易數據提煉交易規律，利用區塊鏈的智能合約調整電力交易規則，并參照數據分析獲得的交易規律，動態變更電網切換策略，以保障供電決策的合理性。

3.3? 車聯網方面

車聯網領域對管理工作的要求以提升駕駛安全性為主，相對于傳統管理模式而言，基于區塊鏈的物聯網技術更加契合該要求。運用區塊鏈技術提升車聯網駕駛安全性，以區塊鏈構建分布式車聯網數據庫，動態收集車輛的數據信息。在分布式數據庫管理模式下，以部署智能合約的形式，滿足用戶對駕駛信息數據（如路側基礎設施等）的安全性要求。除了數據收集、整合優勢外，基于區塊鏈的分布式數據庫還為用戶提供了自主選擇功能，允許用戶（車輛所有者）自主選擇可信度較高的數據提供者，進而促進提升駕駛安全性目標的實現。

3.4? 防偽安全管理方面

隨著物聯網的持續普及，人們對產品安全性、可靠性的要求逐漸升高?；谟脩舻姆纻悟炞C需求，可利用基于區塊鏈的物聯網技術，開展防偽安全管理。例如，可利用區塊鏈技術，構建產品溯源系統，借助智能合約或無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）等工具，避免產品標簽的非法復制或變更。當用戶向溯源系統中輸入產品信息時，可直接獲得信息所對應的產地、生產商等信息?；趨^塊鏈的物聯網技術在防偽安全管理方面的應用，可為查詢真偽提供極大的便捷。在基于區塊鏈的干預模式下，智能合約、RFID等約束要素，不僅可確保所提供溯源信息的準確性，還有助于改善產品安全狀況，減少由假冒偽劣產品引發的不良事故。由此可認為，加強基于區塊鏈的物聯網技術在防偽安全管理領域的推廣具有一定必要性。

4? ? 結語

綜上所述，分析基于區塊鏈的物聯網技術運用具有一定的現實意義。為了充分挖掘基于區塊鏈的物聯網技術優勢，可結合其特征及功能，全面拓展所有可能的應用方向及場景，以便借助區塊鏈、物聯網的作用為人們提供更多的便捷。此外，還應注意加強對基于區塊鏈的物聯網做安全優化，為其進一步推廣提供良好的支持。

[參考文獻]

[1]湯勝，劉海瓊，胡偉文，等.區塊鏈技術在泛在電力物聯網中的應用[J].電子世界，2020（1）：184-185.

[2]汪垚.物聯網和區塊鏈技術在農產品安全領域應用探析[J].農村經濟與科技，2019（23）：75-76.

[3]李立，余癡，賈賽賽.基于區塊鏈技術在泛在電力物聯網智能設備管理的研究應用[J].科技資訊，2019（34）：21-23，25.

Application of Internet of Things technology based on blockchain

He Yanyan

（Jiangsu Vocational College of Business， Nantong 226000， China）

Abstract：With the continuous development of blockchain technology， the application of this technology has become increasingly popular. Based on this， this paper mainly analyzes the data structure and overall architecture of the blockchain; and analyzes the challenges that the blockchain brings to the Internet of Things; finally， from the aspects of the data transaction system of the Internet of Things， the grid management， the Internet of vehicles， in terms of anti-counterfeiting security management， the application of the Internet of Things technology based on the blockchain is elaborated in order to provide reliable support for the development of the Internet of Things technology based on the blockchain.

Key words：blockchain; Internet of Things; data transaction system