區塊鏈技術在泛在電力物聯網中的實踐探析

王永亮

摘要：物聯網設備充斥和便利了我們生活的各方面，但物聯網技術的碎片化問題日漸成為物聯網發展的巨大阻礙，影響技術的革新，區塊鏈技術的出現使這一問題迎刃而解。

關鍵詞： 物聯網;區塊鏈;去中心化;邊緣計算

隨著區塊鏈討論的持續升溫，以及物聯網技術滲透生活，不難發現物聯網的分布式特性與區塊鏈的去中心化和分布式特點有著相似的共性，IBM也發布報告稱物聯網可能是區塊鏈技術的最佳應用場景。

在物聯網中，設備的海量數據是發展的核心，數據是價值所在。信息的碎片化、安全性、軟硬件互不相通問題，一直成為制約物聯網發展的最大因素。區塊鏈在物聯網的應用核心目標是解決不同領域的物聯網系統之間可信操作和繁重操作的問題，從而創建一個開放的生態系統。沒有區塊鏈的輔助，物聯網是割裂、封閉的體系，廣域物聯網和局域物聯網不能發生交互，私有化部署的工業系統和IDC 為基礎的IT網絡難以連接。物聯網的數據往往需要較高的一致性和安全性，這是任何一個中心化體系下的技術難以解決的問題。物聯網和區塊鏈結合，就解決了其大量運用的安全性和一致性的問題。

一、物聯網在實際應用中的難題

與生俱來的碎片化，不同類別的共享單車需要不同的手機應用開啟，這些節點并不等價，沒有標準，是碎片化的。不止于此，同樣聯網的感應門、煙霧報警器、咖啡售賣機、紅外線燈等所連接的網絡也是割裂的、封閉的。從而造成同樣類型的產品都是碎片化的，更不要說不同類型的產品了。而解決碎片化的一種方式需要引入操作系統以及中間件的概念，兼容碎片化的所有硬件設備，并提供統一的編程接口[1]。標準化也是一直困擾和阻礙物聯網大范圍普及的核心問題。IT 技術是標準化的，個人電腦通過HTTP 協議和服務器進行交互，在瀏覽器上呈現出來，這是一種標準化。比特幣節點之間的全網廣播， 也是標準化的。在標準化這件事上，整個物聯網行業嘗試了二十多年，在物理層標準上有 WiFi、BLE、ZigBee 等，工業網絡有Modbus、工業以太網等，不同標準之間不能兼容，應用層的標準也一直沒有推行起來。設備 B和設備B連接成功，但設備A卻并不知道任何操縱或是請求設備B的指令。更致命的是，同樣是一種設備，不同軟件商的私有協議各不相同，難以交互。在物聯網的大規模應用及安全層面，也面臨眾多痛點。設備、芯片、模塊、網絡、平臺、應用、數據、服務等本身就是一條很冗長的產業鏈，涉及到的硬件設備技術和軟件服務技術龐雜，市場通道也沒有完全打開，導致價值傳導效應慢;其次，各類用戶、物體對象、感知控制設備、服務平臺、監管平臺、第三方資源系統等之間的協作體系、信任體系和價值體系尚不完善，也導致物聯網融入行業的難度較大;最后，生產廠商或服務提供者的中心化物聯網平臺，大多擁有未經用戶授權的權限，收集和分析用戶數據甚至控制用戶設備，對用戶隱私和安全造成很大威脅。

二、物聯網與區塊鏈結合的技術解決方案

2.1 應用場景的物體抽象

在實際的物聯網場景中，我們面臨的設備是來自多個廠家的， 每個廠商都有多種型號的數據，這些數據都不一樣，因此如何對這些物體進行抽象，對所需要的數據進行抽象，這是物聯網應用層要去解決的問題。物聯網端的數據偏向后端，兼容不同的設備和數據結構，就顯得尤為重要，做到能兼容市面上比較多的設備是一個浩大的工程。所以設計一個硬件的抽象層，把所有的硬件全部抽象出來，這樣數據在上傳到區塊鏈的時候就不需要把一個高、低電頻的信號量存起來。嵌入式設備的存儲空間有限，光一個狀態可能就記不起來了，這些設備可以進行驗證，在中間被設置起來。整個構架保證邊緣數據的采集，確保沒有人工干涉，進而把相對干凈的數據上鏈，并且提供相應接口，能和其他的鏈進行數據交互。標準在應用層的統一，是物聯網當下最需要解決的問題，也是未來萬物互聯互通的重要基礎設施。 物聯網的標準不會在中心化的云端實現，而是在邊緣計算的可編程開始，摒棄傳統的模塊+云的模式，應用邏輯會在固件之外，形成統一的編程模型。

2.2 不同物聯網設備間的可信互操作

物聯網設備出場時，商家把一個唯一地址寫入硬件，并在硬件的包裝盒內放置該地址私鑰的二維碼。控制中心通過獲得私鑰后發送給設備綁定命令（使用該私鑰簽名），從而擁有該硬件的完整控制權。綁定后控制中心可以刪除設備的私鑰，僅保存控制中心自己的私鑰即。點對點控制，在控制中心通過給設備發起一條自己簽名的控制指令，來操作設備。基于鏈上狀態的控制：當控制端無法和設備建立點對點連接時，可以讓控制端消費一些機區塊鏈Token（通證）， 在鏈上寫入一個"狀態改變”，或"控制命令”來操作目標設備。目標設備可以直接從鏈上同步狀態或控制命令，或則通過一個可信節點同步狀態或控制命令。

2.3 數據在區塊鏈上的同步

我們常見的產品溯源場景，往往在產品生產、存儲、流通過程中數據反復被ERP、MES、WMS等不同中心化的系統錄入，整個環節的一致性是完全沒有保障的。這些物聯網的數據基本是以時間為序列的，和區塊鏈有天然的結合。蓋上時間戳的數據，可以防止攻擊， 解決并發導致的死鎖等問題，解決數據在流通中的最終一致性問題， 過往這些數據在割裂的中心化網絡中并沒有有效地被結合起來。邊緣計算節點會以同步的時間戳為核心，控制局域網絡內的業務邏輯。時間戳在整個區塊鏈網絡是同步的，追溯同一時刻整個網絡各節點的行為可以還原網絡某一時刻的狀態。

2.4 可實現價值轉移的共識機制

考慮到物聯網里主控設備的計算能力有限，故排除比特幣使用的POW（工作量證明機制）共識機制，選擇區塊鏈技術中常用的DPOS（授權股權證明機制）作為共識算法。根據這種算法，全網持有區塊鏈Token（通證）的人可以通過投票系統來選擇區塊生產者。一旦當選， 任何人都可以參與區塊的生產。網絡上的資源不是免費的，在任何個包含了多筆物聯網合約交易的區塊誕生之時，系統將獎勵打包區塊者。這樣就實現了數據的價值轉移。

三、結束語

物聯網是區塊鏈技術最佳的應用場景，同時物聯網數據的一致性、安全性和不可篡改性也需要一個技術來實現和保障，解決信息孤島，區塊鏈與物聯網的結合已成必然。

參考文獻：

[1]趙雨琪，牟乃夏，張靈先.利用CityEngine進行三維校園參數化精細建[J].測繪通報，2017，（01）：83-86.

（作者單位：國網邯鄲市永年區供電分公司）