NKN區(qū)塊鏈技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

岳增龍 陳海燕 張曉晶

【摘要】? ? 隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代到來，物聯(lián)網(wǎng)隨著技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了越來越多的領(lǐng)域之中，展現(xiàn)出自身信息交流、通信傳輸、智能化等方面的優(yōu)勢。文中重點(diǎn)講述了NKN區(qū)塊鏈技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，并利用NKN區(qū)塊鏈技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)融合技術(shù)，解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中去中心化、數(shù)據(jù)安全、可追溯、訪問控制、資源管理等問題，打造一個(gè)更安全、更可靠的物聯(lián)網(wǎng)信息網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合NKN區(qū)塊鏈技術(shù)，提出了物聯(lián)網(wǎng)智能化的改進(jìn)方面，以及依靠智能物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建智能化社會(huì)的設(shè)想。

【關(guān)鍵詞】? ? 物聯(lián)網(wǎng)? ? 區(qū)塊鏈技術(shù)? ? NKN區(qū)塊鏈? ? 去中心化 中繼證明? ? 設(shè)備互操作

引言：

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展和普及，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展更加趨向智能化，尤其是物聯(lián)網(wǎng)智能的關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理與互操作方面。與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)本身就面臨著諸多安全和風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，隨著5G等新興通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也更加多樣化，面對(duì)安全挑戰(zhàn)的復(fù)雜性也隨之進(jìn)一步增加，通過與區(qū)塊鏈技術(shù)融合，可以解決網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)安全、隱私保護(hù)、訪問控制，資源配置等問題，這都為區(qū)塊鏈技術(shù)提出了更高要求。

一、NKN區(qū)塊鏈技術(shù)

1.1區(qū)塊鏈定義及特征

區(qū)塊鏈技術(shù)是一種不依賴第三方、通過自身分布式節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、驗(yàn)證、傳遞和交流的一種技術(shù)方案。本質(zhì)上是指通過去中心化和去信任的方式集體維護(hù)一個(gè)可靠數(shù)據(jù)庫的技術(shù)。從區(qū)塊鏈的形成過程看，區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、開放性、獨(dú)立性、安全性、匿名性等五大特征。

1.2 NKN區(qū)塊鏈技術(shù)特點(diǎn)

NKN區(qū)塊鏈提供了去中心化的、開放的、可擴(kuò)展的、社區(qū)共享共建的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的解決方案，讓不同區(qū)域的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)自主協(xié)同構(gòu)建去中心化網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)規(guī)模化擴(kuò)張而不受限于算力、存儲(chǔ)等方面的限制，實(shí)現(xiàn)真正的去中心化、開放、自激勵(lì)、保障隱私和安全等。這也為解決聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，降低物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營成本，設(shè)備安全，個(gè)人隱私，架構(gòu)僵化、通信兼容和多主體協(xié)同等問題提供可能性。

NKN區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)用元胞自動(dòng)機(jī)方法論打造一個(gè)對(duì)等的，真正分布式的網(wǎng)絡(luò)，開放且可擴(kuò)展，無論何時(shí)何地，任何設(shè)備都可以輕松接入NKN網(wǎng)，通過共享網(wǎng)絡(luò)資源，從NKN系統(tǒng)中獲得獎(jiǎng)勵(lì)。

NKN技術(shù)的四個(gè)核心要素分別是去中心化數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（DDTN），中繼證明（PoR），區(qū)塊鏈共識(shí)和激勵(lì)分配機(jī)制。這些元素分別對(duì)應(yīng)區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施疊層的網(wǎng)絡(luò)層、共識(shí)層和激勵(lì)層。

具體的四要素可以擴(kuò)展到七個(gè)部分，分別為：

1.去中心化數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（DDTN）

NKN引入元胞自動(dòng)機(jī)方法論，定義網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)只連接并了解網(wǎng)絡(luò)中稱為鄰居的有限幾個(gè)節(jié)點(diǎn)。DDTN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由鄰居的選擇決定。

2.中繼證明（PoR）。NKN提出了PoR的證明，也就是中繼證明，也就是簽名鏈。

3.共識(shí)和區(qū)塊鏈 通過摩卡共識(shí)（MOCA），它根據(jù)節(jié)點(diǎn)自身的狀態(tài)和鄰居節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)來達(dá)成共識(shí)，它無須通過比較網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)狀態(tài)來達(dá)成共識(shí)。

4.中繼路徑驗(yàn)證 節(jié)點(diǎn)使用已經(jīng)達(dá)成共識(shí)的全局信息。

5.可驗(yàn)證隨機(jī)函數(shù)（VRF） NKN使用可驗(yàn)證的隨機(jī)函數(shù)（VRF）來計(jì)算簽名鏈中的“簽名”，因?yàn)樗峁┝丝沈?yàn)證性和唯一性。

6.NKN地址方案 NKN網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備類型分為節(jié)點(diǎn)和客戶端兩種，所以選擇NKN地址時(shí)，節(jié)點(diǎn)和客戶端有不同的方案。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全性，節(jié)點(diǎn)的NKN地址需要保持隨機(jī)性，NKN在節(jié)點(diǎn)加入時(shí)選擇公共IP地址和最新區(qū)塊的哈希值的哈希值。

7.挖礦經(jīng)濟(jì)模型。通過給予中繼節(jié)點(diǎn)和挖礦節(jié)點(diǎn)獎(jiǎng)勵(lì)的機(jī)制，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)更快更穩(wěn)健。

1.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的NKN的系統(tǒng)架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的NKN的系統(tǒng)架構(gòu)圖（如圖1）分為六層：底層網(wǎng)絡(luò)、NKN網(wǎng)絡(luò)層、區(qū)塊鏈層、服務(wù)和SDK層、接口層以及應(yīng)用層。

依據(jù)NKN區(qū)塊鏈的以上特性，基于物聯(lián)網(wǎng)上的通信網(wǎng)絡(luò)層，可以將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)自由加入到一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，并進(jìn)行中繼數(shù)據(jù)傳輸，通過對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚山Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，完成傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)模式，及應(yīng)用場景的重塑，最終形成一個(gè)去中心化的、自我演化的、高度可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

二、NKN區(qū)塊鏈+物聯(lián)網(wǎng)的改進(jìn)

NKN區(qū)塊鏈技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合發(fā)展，從根本上解決大數(shù)據(jù)共享和交換需求，具體改進(jìn)點(diǎn)如表1，主要體現(xiàn)在以下方面：

傳感器數(shù)據(jù)存取與交換：

分布在不同空間的傳感器和設(shè)備可以通過掛接到NKN區(qū)塊鏈系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)存取以及數(shù)據(jù)智能交換。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備身份識(shí)別：

設(shè)備的身份識(shí)別成為物聯(lián)網(wǎng)智能需要實(shí)現(xiàn)的基本功能。NKN區(qū)塊鏈通過VRF為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備身份識(shí)別提供有效的解決方案。

物聯(lián)網(wǎng)安全：

NKN區(qū)塊鏈的簽名鏈，保證了物聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)和信息的隱私保護(hù)以及傳輸過程的安全性。

設(shè)備互操作：

基于區(qū)塊鏈系統(tǒng)可以構(gòu)建設(shè)備互操作的平臺(tái)，通過NKN的網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是動(dòng)態(tài)且可驗(yàn)證的。任何節(jié)點(diǎn)都可以隨時(shí)加入和離開網(wǎng)絡(luò)而不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。數(shù)據(jù)包可以從任何節(jié)點(diǎn)以高效且可驗(yàn)證的路由傳輸?shù)饺魏纹渌?jié)點(diǎn)。

三、結(jié)束語

NKN區(qū)塊鏈憑借主體對(duì)等、公開透明、安全通信、難以篡改和多方共識(shí)等特性，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)產(chǎn)生重要的影響：多中心、弱中心化的特質(zhì)將降低中心化架構(gòu)的高額運(yùn)維成本;信息加密、安全通信的特質(zhì)將有助于保護(hù)隱私，身份權(quán)限管理和多方共識(shí)有助于識(shí)別非法節(jié)點(diǎn)，及時(shí)阻止惡意節(jié)點(diǎn)的接入和危害;依托鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)可以構(gòu)建可證可溯的電子證據(jù)存證;利用分布式架構(gòu)和主體對(duì)等的特點(diǎn)有助于滿足多類，大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)安全可靠交換和存貯促進(jìn)多方協(xié)作。

隨著5G技術(shù)的應(yīng)用，NKN區(qū)塊鏈技術(shù)將為未來智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景建立新型商業(yè)模式和智能社會(huì)發(fā)展提供更多可能。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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