區塊鏈技術在物聯網工程中的運用研究

溫天力

摘 要 隨著我國經濟社會的快速發展，物聯網工程也得到了較快的發展，但在發展的過程中仍然存在一些問題需要立即解決。比如，用戶的信息遭到泄漏、維護故障的成本較高以及檢修維護較難的問題。本文首先簡要介紹了區塊鏈的概念和特征，其次分析了區塊鏈技術在物聯網工程中的運用，最后提出了物聯網在應用區塊鏈時面臨的挑戰及發展措施。

關鍵詞 區塊鏈技術 物聯網工程 數據庫技術

中圖分類號：TN929.5;TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0022-03

隨著時代的快速發展，越來越多的領域應用了互聯網技術，在物聯網工程中，區塊鏈技術的應用也開始增多。應用區塊鏈技術能夠有效地增強物聯網的安全性，提高傳輸數據的效率與能力，但是在應用區塊鏈技術的過程中也存在一些問題丞待解決。

1 物聯網安全的分層模型

為了更好地保障網絡用戶可以對物聯網中的系統資源進行有效控制，并使整個網絡系統得以安全運行，網絡中的安全機制必須要根據整個物聯網的構架，而要想保證物聯網的運營安全，就需要建立一個多層次的方法理論。

2 區塊鏈概念和特征分析

2.1 區塊鏈概念

區塊鏈技術是互聯網的一種數據庫技術，其主要是利用各種計算機技術的結合，涵蓋了共識機制、加密算法技術、以及p2p傳輸技術，其英文為Blockc-hain。將區塊鏈技術應用到物聯網的工程中，能夠幫助用戶參與到數據庫的記錄中。區塊鏈技術包括兩個方面：區塊和交易，其中的交易指的是在數據庫中的一次性操作，而區塊則能夠對這段時間所出現的交易進行記錄[1]。區塊里面有塊身和塊頭，在塊身里面儲存的是通過驗證的交易信息，塊頭里面則是區塊的描述，所以區塊鏈就是一個按照時間順序把諸多區塊聯系起來從而形成的數據庫。

2.2 區塊鏈的特征分析

2.2.1 透明可信

區塊鏈系統是一個標準的中心化系統，網絡中的所有節點都是對等的，而且各個網絡中的參與方都有相同的賬目，通過共識算法可以有效避免因中心化機構所帶來的安全隱患。

2.2.2 隱私安全保障

區塊鏈技術可能會受到多個環節和技術的影響，它可以很好的保證各類數據的安全，并使其符合法律法規要求。

2.2.3 防篡改

這個特征可以有效保證區塊上的交易信息，以防止其他信息的篡改，并且可以為信息安全提供極大的保障。

2.2.4 智能合約

所有的參與節點都需要嚴格按照區塊鏈上所要求的開展執行，并且使其符合邏輯與規定。

2.2.5 數據溯源

區塊鏈具有公平、公正、公開的運行規則，可以保證每筆交易節點清晰可見。并且，通過開展全方位的鏈條追溯，可將購物的體驗性提升上來。

3 區塊鏈技術在物聯網中的應用

3.1 區塊鏈技術在物聯網工程中的應用優勢

（1）多方共識和身份限制的管理實現了設備身份管理，使用區塊鏈技術建立設備身份管理系統，建立個人實體身份和設備身份以及連接之間的映射關系，它使得用戶和設備之間的雙向追溯可有效確認功能，有效識別不正確的節點，防止惡意節點有效地進行不好的訪問。（2）通過有效地整合物聯網塊，可以有效地構建電子證據存證，構建區塊鏈網絡，有效地維護所有參與者同樣分發的賬簿，非常不必要的數據能夠有效地保證數據的可靠性得以提高，通過建立區塊鏈結構，有效地驗證數據，從而也能夠有效地存儲電子證據。（3）對象的等價性和分布式體系結構的特點是有助于破壞互聯網的信息孤島栓桔，根據數據讀取方法和智能合約的事前共識規則，信息可以進行縱向流動。（4）弱中心化和多中心的特點有助于降低集中化建筑的操作和維護成本，多中心分散系統選擇水平展開模式，使分布式系統更加靈活地擴展，有效地降低運用和維護成本。（5）安全通信和信息加密的特性可以有效地保護數據的隱私，使用區塊鏈技術可以明確數據邊界，有效地改善數據的正確確認，區塊中的數據存儲在加密中，只能通過身份認證、審計憑證和解密權進行操作，從而有效地分離數據的使用權和所有權，有效地保護數據的隱私[2]。

3.2 應用區塊鏈技術時物聯網工程的架構

業務應用系統的網絡結構是商務應用系統、運營支持平臺、包括信息傳輸系統和信息采集系統，主要是基于用戶需求為產業提供服務的運營支持平臺，以應用和商務支持為中心使用網絡，信息傳輸系統將收集到的信息傳送到平臺的信息獲取系統，包括網關、照相機、包括傳感器等各種設備，主要用于采集業務數據，區塊鏈技術可以廣泛應用于物聯網結構中，使用信息采集系統，可以將所有設備和區塊鏈有效地連接到互聯網上，并進行資源的配置。信息傳輸系統可實現信息共享，使用操作支持平臺可提供隱私保護、智能合約等安全技術支持。

4 區塊鏈在互聯網安全中的應用

4.1 區塊鏈在物聯網感知安全中的應用

物聯網的感知設備一般是嚴重受到限制的一些設備，由于它的處理能力和儲存空間非常小，所以沒有辦法開展相對復雜的加密系統應用，區塊鏈不可篡改的特性，要求保障物聯網數據的真實可靠，并且避免數據篡改現象的出現。

4.1.1 區塊網安全性的核心缺陷

網絡的安全性中所存在的缺陷是因為設備之間缺乏相互的信任機制，所以一旦數據網絡發生破壞，就會影響物聯網的正常運行，而整個區塊鏈的分布式機制，需要通過設備之間的公式，以保證數據的安全有效運行，并且防止數據出現遺失或泄露。

4.1.2 鑒權是物聯網感知層的認知授權機制

區塊鏈技術通過運用較長的計算容量，可以有效實現敏感數據的保存，并且在此過程中，通過使用遞增的區塊鏈技術進行數據備份，可以有效應對故障問題，通過設置相對應的權限，可以實現全方位的授權記錄，并且提高數據查詢的效率。

4.1.3 區塊鏈和物聯網在供應鏈上的融合

通過兩者的融合，可以將數據設備有效地一體化，并且更好地解決商品轉移過程中防偽的問題，通過開展相對應的區塊鏈金融平臺，簡化整個企業評估動向流程，使整個融資效率得以提升。

4.2 區塊鏈和物聯網在供應鏈上的融合

4.2.1 區塊鏈在物聯網網絡層安全中的應用

區塊鏈通過對各個物聯網設備進行登記和檢驗，以保護整個網絡系統，以免遭到其他網絡黑客的攻擊，使得數據信息更加精確和完整，也保證數據真實可信，而且通過運用區塊鏈技術可以避開惡意軟件。如今，隨著5G技術的普遍應用，使得很多物聯網設備受到黑客攻擊的風險更大，所以企業就可以將企業服務分布在各個服務器的節點當中，以保護網絡不受黑客的侵擾。區塊鏈技術可以運用在計算機當中來儲存黑名單IP，并且對各類的攻擊流量進行智能化的清潔，以使得網絡服務器可以正常運行。

4.2.2 區塊鏈在物聯網應用層安全中的應用

這項技術可以使物聯網的海量信息設備得以擴展，并且通過構建高效安全的分布式物聯網絡來實現各類數據的有效應用，區塊鏈所設置的信任機制可以保證數據的所有權以及使數據記錄更加科學合理，不僅如此，還可以使用戶的隱私得到保護，從而進一步解決物聯發展過程中所遇到的數據管理以及安全隱私的問題。

通過應用區塊鏈技術的相關機制構建來借助與第三方之間的關系，可以有效應對網絡中影響應用層的各種復雜的原因，這項技術中的各類算法可以使用加密鑰匙進行加密保管，進一步識別數據并防止其數據遭到篡改，在整個區塊鏈的系統當中，不對稱的加密技術還可以有效解決身份不對等問題。

5 區塊鏈在物聯網中的應用

區塊鏈在物聯網行業應用開始于2015年，一般在物聯網平臺和相關網絡設備管理以及各個安全領域當中應用。從我國目前區塊鏈物聯網應用現狀來看，供應鏈管理等一些領域應用相對較為成熟，而一些其他相關的領域依然還處于初步實驗階段。

5.1 工業物聯網

建立高效率、低成本的工業物聯網，是有效建立智能制造網絡設施的關鍵一步。以往傳統的物業物聯網模式下，很多設備之間要進行連接，都必須要通過網絡以及通信代理的方式實現，這不僅加大了網絡組織和運營成本，而且也無法提高組網模式的穩定性和拓展性。

區塊鏈接方法能夠大大降低中心化數據的建設和維護成本，而且還可以將網絡計算和儲存的能力分散到物聯網各個網絡當中去，以避免一個節點失敗而致使網絡出現崩潰。而且區塊鏈中分布式賬本的防篡改特性也能夠大大降低工業物聯網任何一個節點遭到惡意侵襲或者黑客攻擊所帶來的風險。所以，利用區塊鏈技術進行物聯網的組建和管理，能夠及時掌握網絡各項制造設備的狀況，并且進一步提高設備的利用率和后期維護效率，加強區塊供應鏈服務。

5.2 物流與物流金融

區塊鏈在一些物流和金融領域有極其廣泛的應用，而且也是目前網絡行業著重研究和探索的熱門話題，區塊鏈數字簽名以及加解密機制可以保障信息的隱私安全，并且提高物流管理效率。

區塊鏈的物流快遞是非常具有特點的，區塊鏈物聯網應用在進行快遞交接時，快遞交接的雙方需要簽訂相關合同，如果用戶沒有確認快遞收到，那么區塊鏈中就不會有快遞簽收的顯示，這樣的機制可以有效防止惡意簽名代領冒領，保證用戶信息的安全。

5.3 智能交通

區塊鏈技術在智能交通行業也有極大的作用，比如說在進行車輛認證管理時，利用區塊鏈技術的自身不可更改性，可以為車輛提供認證服務，并且可以實現電子車牌認證服務。而且在進行交通管理時，可以使用電子區塊鏈進行網絡支付，實現人臉識別及時付款，以減少付款過程中不必要的人力資源成本，進行道路交通管理時，利用區塊鏈技術對車輛的實時位置進行記錄，并且利用其去中心化服務的特點，對不同地區交通擁堵的程度進行判斷，以為道路交通管理者提供良好的道路交通疏導方案。

5.4 醫療保健

區塊鏈技術與醫療保健進行結合，是當前區塊鏈應用領域當中非常重要的一項技術，醫療技術的共享可以有效提升醫療水平，并且降低患者的治療成本，解決數據共享潛在的難題，并且為患者提供不同的電子治療方案，方便患者在網絡上進行就醫查詢，解決線下無法解決的問題，同時也降低了醫治成本。

5.5 環保

環保行業通過建立相關的監測體制系統，對污染問題進行自動監控，而因為區塊鏈和物聯網之間有融合，可以有效解決環保監管過程中存在的數據無法得到有效控制、監控手段單一等一系列問題。而且，根據區塊鏈技術的物聯網平臺，能夠實現多家設備同時接入，通過建立相對應的環保數據資源環境，來保證各項環保資源政策有效落實。

6 物聯網工程應用區塊鏈技術的挑戰及發展措施

6.1 挑戰

利用區塊鏈技術，項目互聯網面臨如下挑戰。一是數據展開，區塊鏈技術不能刪除或添加數據存儲技術，區塊鏈技術的持續改進和設備的網絡存儲容量有限;二是其發展瓶頸，傳統的比特幣的交易是6/s，以及共識確認，如果想再記錄在區塊鏈上，就需要60分鐘，警報和反饋就會被延遲，物聯網尤其是物聯網的工業性互聯網領域延遲極其敏感，所以出現上述現象是不合理的;三是資源的消耗，物聯網的設備有很多問題，很明顯從比特幣交易的業務量就能得出其機制消耗了大量資源，物聯網的節點也會不適應發展，并且為了確保數據的一致性，分布式結構需要共識機制。

6.2 發展措施

針對于物聯網工程利用區塊鏈技術的發展措施主要有以下兩個部分：（1）從物聯網的角度來看，我國目前一直在不斷開發低能耗廣域網技術，解決了較多歷史遺留問題，比如實現了電力儲存、降低了其耗電量、解決了傳輸距離以及傳輸質量等各種問題。在數據出現膨脹問題時，則需要利用超摩爾定律和摩爾定律對其進行分析，可以有效地降低存儲成本，有效地提高物聯網的存儲容量。在面對性能瓶頸問題時，隨著各種高端科技的出現和對各種工藝的不斷完善，低功率低容量傳感器節點也被逐漸普及。（2）從區塊鏈技術的角度來看，在資源消耗上不能使用高資源消耗的共識機制，可以選擇投票共識機制，但需要將實際業務的情況作為有效評估的基礎，對節點問題進行制衡，為了有效地解決節點的發展問題，需要選擇spv模式。對系統結構支持輕型節點和重型節點，其中輕型節點主要用于驗證，重型節點主要存儲區塊鏈的數據量。面對性能瓶頸的問題時，許多企業都對區塊鏈軟件平臺進行了改進，如IOTA建議為了有效改善交易性能，賦予其反量子攻擊特性，應該選擇DAG數據結構作為替代鏈式結構。

7 結語

自從區塊鏈技術出現以來，有效地解決了我國互聯網中存在的問題，但目前我國的區塊鏈技術還處于初期開發階段，存在很多問題和缺點。例如共識易出現延遲、數據查詢速度較緩慢等。因此在今后的研究中，將有效地結合物聯網特性，深入研究區塊結構，有效地提高數據檢索效率，對于物聯網的區塊鏈技術進行深入研究，詳細研究數據結構和智能合約的有效性，制定有效的區塊技術應用標準，將區塊鏈技術最大程度地應用在物聯網工程中。

參考文獻：

[1] 史錦山，李茹.物聯網下的區塊鏈訪問控制綜述[J].軟件學報，2019，30（06）：1632-1648.

[2] 黃偉.基于區塊鏈技術的物聯網安全分析[J].中國新通信，2018，20（22）：150-151.

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