区块链与物联网融合的理论框架

作为新一代信息技术的重要领域，物联网的价值和意义得到了社会的普遍认可。物联网设备通过网络相互连接产生大量数据，并集成强大的数据分析能力，有望彻底改变人类的生产生活方式。然而，在提供发展机遇的同时，现阶段物联网产业在可扩展性、兼容性、安全性等方面还存在诸多问题，严重限制了物联网与各行业的融合空间，阻碍了其潜在价值的实现。区块链作为一种新兴技术，能够有效解决物联网发展中的数据管理、信任、安全和隐私等问题。

一个

区块链与物联网融合创新的迫切需要

作为新一代信息技术的重要领域，物联网的价值和意义得到了社会的普遍认可。工业设备、汽车、家电等通过网络互联，产生大量数据。再加上强大的数据分析能力，有望改变生产生活方式，产生巨大的社会和商业价值。然而，物联网产业在提供发展机遇的同时，现阶段仍存在诸多问题。一是物联网产业链长，涉及的技术领域复杂，市场渠道的价值传递效应慢；二是物联网系统中的设备、各类用户、服务平台等各方之间的信任体系和价值体系不清晰，使得物联网系统的价值传递不畅物联网很难与其他行业融合；另外，由厂商或服务商搭建的中心大多数物联网平台都有权在未经用户授权的情况下收集和分析用户数据，控制用户设备，这对设备安全和用户隐私构成了极大的威胁。这三个问题限制了物联网与各产业的融合空间，阻碍了物联网潜在价值的实现。

区块链集成了分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等技术，具有去中心化、不信任、防篡改、可追溯性和匿名性五大技术特征。区块链与物联网的融合，可以有效解决物联网发展中的数据管理、信任、安全、隐私等问题，帮助可伸缩设备构建高效、可靠、安全的分布式物联网网络，部署海量数据密集应用，为用户隐私提供有效保护。区块链技术的加入还可以提高运营效率和产业资产利用率，从而提升物联网系统的价值。同时，借助物联网提供的广阔应用空间，有望开发出更加成熟的区块链应用，有利于扩大区块链产业规模，促进产业生态的改善。

两个

物联网区块链技术理论

区块链是一种基于加密算法的点对点分布式账本技术，其本质是一个共享的分布式数据库。区块链**解决了基于信任的中心化式模带来的安全问题。基于密码学算法保证数据和值的安全传输，基于哈希链和时间戳机制保证数据的可追溯性和非篡改性，基于一致性算法保证节点间块数据的一致性。

区块链技术不是一项新技术，而是对现有技术的集体创新，包括P2P网络技术、哈希算法、Merkle树、负载证明机制、非对称加密技术、，区块链是一种由包含交易信息的区块从后向前有序链接的数据结构。每个块头包含其父块哈希值，因此将每个块链接到其父块哈希值序列将创建一个可追溯到第一个块（Genesis块）的链。随着区块链上新区块的产生，区块链的本地副本将不断更新以维持区块链，并采用共识算法等同步机制来保证区块链每个副本的最终一致性。区块链网络是一种分布式的点对点网络，其中每个完整的节点存储所有的交易数据，而不需要第三方或中心化的节点来控制交易或数据。这种分布式数据管理架构赋予区块链应用以去中心化、开放、自治、非篡改和匿名等技术特征。其中，“去中心化”是区块链分布式计算的自然结果，是以分布式计算的形式对数据进行集体共享和维护的系统。系统中每个节点的参与者可以根据自己的需要直接获取权限范围内的信息，而不需要中间平台。”自治”是指所有区块链节点按照统一的共识算法建立关系，而不是基于信任的互联。“防篡改”功能旨在确保数据的稳定性和可靠性，降低数据被篡改的风险。”“开放性”是指任何人都可以通过公共接口查询区块链数据或开发相关的去中心化应用，但交易各方的私有信息受到保护的除外“匿名性”是指利用非对称加密、哈希算法等加密技术，帮助实现对用户隐私和安全的保护。这些技术特性有助于区块链为物联网的数据管理、信任、安全和隐私等不同问题提供可靠的、理论支持的解决方案。

三

区块链与物联网集成架构

区块链天然的去中心化和可信特性，为区块链与物联网融合的框架和架构设计提供了新思路。在智能物联网计算中，多个运行智能算法的物联网设备去中心化在边缘网络中。为了协同完成人工智能计算任务或进行联合智能群决策，这些设备需要频繁的通信。然而，无论是设备本身还是设备之间的通信都面临着各种网络安全威胁，如设备故障或恶意，在这种情况下，所传输的信息都可能被泄露或篡改。区块链作为密码学支持的可验证、防篡改账本，能够通过交易记录和交易记录有效性的分布式共识，确保去中心化、不可信环境下的安全交互，在智能物联网计算场景中发挥作用。同时，区块链与智能合约相结合的共识机制和激励机制自然适合构建经济市场，能够有效刺激物联网计算中的信息共享和互动。

据相关机构预测，2020年全球物联网设备数量将达到数百亿台。随着物联网设备数量的快速增长，服务需求不断增加，数据中心基础设施建设和维护的投资成本急剧上升，相关物联网业务平台的安全风险和性能瓶颈日益增大。设计新物联网服务模式已成为各企事业单位创新的战略重点，整合区块链技术构建“去中心化”物联网架构已成为重要模式之一。

通过集成区块链技术构建的物联网架构是一个“去中心化”的业务架构（如图1所示）。物联网分为面向用户的服务层和面向网络的服务层，物联网分为面向用户的应用层和面向设备的服务层。其中，设备感知层与物理对象相连，支持物联网实体（如物联网设备、物联网服务器、物联网**、服务**、终端用户设备等）以“去中心化”的方式相互协作，可以通过传感器收集信息。采集的信息和数据存储在网络公链上，整个过程可追溯，信息不可篡改。信息通过点对点分布式连接传输。融合架构的大部分新功能中心化在服务和应用支持层，包括访问控制、共识机制、加密支持、合同管理、存储和计算等，同时应用层面向客户，需要物联网应用，物联网设备和物联网**通过服务和应用支持层提供的功能相互通信和协作，从而进一步处理信息和提供智能服务。