基于物聯網區塊鏈的共識機制及其優化策略

陳宜榮

（江蘇省徐州經貿高等職業學校，江蘇 徐州 221004）

0 引言

隨著信息傳感設備以及信息傳感技術的廣泛應用，我國逐漸步入了物聯網時代，物聯網與傳統互聯網技術不同，物聯網技術可以將網絡進行相應擴展，使網絡擴展至更豐富的空間，區塊鏈技術是從比特幣底層抽離出的一種獨立網絡技術，可以在無需相互信任的介質之間的進行傳遞工作，在物聯網技術中融入區塊鏈技術，催生出了許多諸如太坊、超級賬本等物聯網區塊鏈技術產物，物聯網區塊鏈技術的三大保障機制為共識機制、智能合約以及非對稱加密，物聯網區塊鏈技術將數據、網絡、共識技術、激勵技術、合約技術以及應用性六部分性能進行充分融合。區塊鏈技術是通過節點進行分布式賬本維護工作，以此為基礎，使體系之間達成共識并相互信任，而物聯網技術可以對海量數據通過感知終端進行匯聚，使數據信息具有分布式特征，因此，目前已經出現了不少面向物聯網行業的區塊鏈平臺[1]。由于物聯網區塊鏈存在儲存能力差、計算處理能力低下以及數據傳輸帶寬低等不足，因此，物聯網區塊鏈的吞吐量成為了亟需優化的關鍵，影響物聯網區塊鏈吞吐量的關鍵因素是共識機制，共識機制分為共識算法以及共識規則兩部分。當今對于物聯網區塊鏈的研究發展重點，在于如何對優化區塊鏈的數據儲存問題、網絡傳輸問題以及用戶應用等問題，使物聯網區塊鏈技術得到迅速的發展。

1 物聯網區塊鏈共識機制的主要共識機制

1.1 POW

POW即工作量證明共識機制，該共識機制首次應用是在比特幣中，該共識機制的主要應用是通過共識機制的各節點進行哈希運算，以爭取區塊記賬權，在區塊產生后，在全網范圍內進行廣播，供該機制的其他節點對其進行驗證。該共識機制運用到完全開放、自由的網絡數據中，可以解決傳統的區塊鏈技術數據的一致性問題，但是POW共識機制在進行哈希運算的過程中，會消耗大量的計算能力以及其他資源，并且數據一致的同步時間較長，不符合當今日益加快的社會市場的業務節奏。

1.2 POS

由于傳統的POW共識機制存在資源浪費嚴重、公式計算時間較長等不足，POS共識機制逐漸出現，POS是通過計算區塊記賬權的難度與節點持有的代幣，持有代幣數量多且時間較長的節點，在爭取區塊記賬時獲勝度越容易。與POW共識機制相比較，POS減少了運算資源以及運算時間的消耗，但是POS共識機制是運算時間仍然較長，對于一些共識時間要求較高的業務環境并不適用，因此沒有從根本上解決商業共識機制應用的基本問題[2]。

1.3 POL

POL共識機制是一種在可信執行環境之上建立的共識機制，該機制在區塊產生的過程中，隨機產生數字以決定獲勝區塊。POL共識機制提高了區塊產生的效率，降低了資源的消耗，縮短了計算時間，但是POL共識機制的可信執行環境是芯片級的，因此對處理器的要求較高，在應用POL共識機制時，對于網絡的擴展需要相應的硬件以及處理器進行技術方面的支持。

1.4 DPOS

DPOS是一種可以實現區塊秒級驗證的一種新型共識機制，其可以滿足廣大業務需求，在DPOS的共識機制應用中，每一個持有代幣的節點都是候選節點，透過投片進行代理節點的選擇，由代理節點對區塊進行產生及驗證。該共識機制大大縮短了計算時間以及資源消耗，可以達到秒級共識驗證，但是其對于惡意節點只能進行狀態標識，沒有相應的改進及阻止措施，節點存在投票不積極的現象，導致DPOS共識機制在進行應用時，系統的安全性得不到保障[3]。

2 共識機制在物聯網區塊鏈中的優化策略

2.1 共識機制與人工智能相結合

人工智能技術是一門靠人工方法對數據進行挖掘分析，實現機器智能化的一種科學技術，為區塊鏈提供智能化方向，將共識機制與人工智能技術進行結合，人工智能可以根據物聯網數據實時要求高以及數據量巨大的特點，主動搜索具有優化性以及強化數據質量的共識新機制，對共識機制的計算時間根據不同的業務需求進行智能化選擇以及改進，使得物聯網的區塊鏈計算能力趨于合理，強化物聯網的去中心化[4]。同時，利用人工智能結合共識機制可以增強共識機制對于惡意節點的驗證以及防護，并通過網絡防火墻對惡意節點進行組織并改進，減少惡意節點對于共識機制的侵害。

2.2 對共識機制的數據進行合理優化

物聯網區塊鏈受吞吐量的影響，無法完全適應物聯網大數據環境，對于物聯網的數據優化必須注意以下兩點問題：首先，物聯網設備的相關數據更新速度過快，因此，早期的數據在共識機制建立工作時幾乎起不到任何作用，所以，在對數據進行優化時，首先必須保證數據不影響物聯網設備的正常工作，對區塊鏈中儲存的賬本數據進行合理刪減，以保證區塊賬本數據具有可持續存儲型；其次，由于物聯網設備的儲存能力比較低下，因此，可以對現有的儲存模式進行改進，在物聯網設備中融入緩存機制或者改進區塊的儲存功能，增加共識機制讀寫數據的能力，增強共識機制的網絡環境適應性[5]。

2.3 提供物聯網輔助技術

由于物聯網算力低以及儲存空間不足的特點，限制了共識機制的應用，因此，對于物聯網本身技術的輔助，首先，可以運用輕節點應用技術對物聯網進行輔助，輕節點可以對區塊的相關數據進行同步，根據物聯網設備儲存性能的不同，考慮到其儲存空間以及儲存能力的強弱，在物聯網設備構建符合其儲存能力的區塊，使得共識機制的儲存能力得到合理的優化；其次，可以利用側鏈技術對物聯網區塊鏈應用領域進行擴展，使得區塊鏈的共識機制可以進行用戶自定義設置，用戶可以自身業務的需求對于物聯網區塊鏈的共識機制進行形影的自定義設置，優化物聯網區塊鏈技術的共識機制在自身業務方面的應用以及優化能力[6]。

2.4 提升共識機制的交易性能

物聯網區域鏈的共識機制存在主要不足之處便在于共識機制的交易性能，因此，優化共識機制的主要方向在于提升共識機制的交易性能，首先，霧計算作為新型的計算方式，可以對數據進行相應的調節，使得數據位置進行相應下沉，轉移至接近數據生成的位置，通過霧節點的應用對數據進行計算并儲存，降低數據傳輸占用的帶寬，減少計算壓力，加快優化共識機制；其次，由于部分共識機制受處理器的影響，無法得到普及，因此，可以研制一種面向區塊鏈的計算芯片，以提高區塊鏈的計算能力以及數據存儲能力，提高物聯網技術與區塊鏈技術的兼容性，對共識機制進行根本上的優化與改進；最后，傳統的區塊鏈技術由于密碼的高消耗，降低了數據的運算效率，因此，可以將密碼修改為安全的輕量級密碼，減少密碼對于儲存空間的消耗，對物聯網區塊鏈的共識機制進行優化；最后，針對物聯網區塊鏈數據的復雜性，可以利用分片原理將物聯網區塊鏈的大型數據庫的數據進行分類，根據類別的不同進行分割，將其分割為不同的小型數據碎片，利用不同的服務器對這些數據碎片進行分別儲存，使共識機制可以與分片技術進行相互結合，可以對物聯網區塊鏈的共識建立速度進行有效改善，優化物聯網區塊鏈的共識機制。

3 結語

綜上所述，物聯網由于其本身的去中心化、數據固定化以及分布式特征，因此，其與區塊鏈技術相結合成為了未來物聯網領域以及區塊鏈領域發展的關鍵領域之一。因此，當前需要根據物聯網區塊鏈共識機制存在的不足之處對其進行相應的優化以及改進，以提升物聯網區塊鏈的建構以及交易性能的增強，使得物聯網區塊鏈技術得到迅速的發展。