区块链与物联网的结合与意义

物联网（IoT）和区块链（Blockchain）是两种不同的技术，它们将彻底改变业务的运营方式，但是，将它们融合在一起可能会带来更大的变化。Gartner的一项研究显示，到2030年，区块链的市场规模将达到3.1万亿美元，到2020年，全球物联网市场规模将从现在的1570亿美元增长到4570亿美元。

将物联网和区块链结合起来很有意义，因为物联网代表了大量收集数据的设备，而区块链加密允许创建防篡改机制。

（一）物联网发展面临的问题
当前，物联网产业已经初步发展，大规模应用的条件正快速形成，产业发展将进入关键时期。然而，现阶段物联网产业仍存在很多问题，发展空间受限。由于物联网与行业融合的复杂性，造成应用物联网的成本高，安全和隐私问题突出。同时，目前物联网产业以基础设施建设和局部应用创新等业态为主，与各个行业领域融合的巨大价值尚未被深度挖掘。
具体来讲：首先，物联网中的芯片、模块、设备、网络、平台、应用、数据、服务等产业链条冗长，涉及技术领域庞杂，市场通道没有被打开，价值传导效应慢；第二，行业中的各类用户、物体对象、感知控制设备、服务平台、监管平台、第三方资源系统等各方之间的协作体系、信任体系和价值体系尚不完善，导致物联网融入行业的难度大；第三，生产厂商或服务提供者构建的中心化物联网平台，大多拥有未经用户授权即收集和分析用户数据与控制用户设备的权限，对用户隐私和安全造成很大威胁。这些问题严重制约了物联网产业的发展，阻碍了其潜在价值的实现。
（二）区块链提供的解决思路和价值
区块链是一种在对等网络（也称分布式网络、点对点网络）环境下，通过透明和可信规则，构建可追溯的块链式数据结构，实现和管理事务处理的模式，具有分布式对等、链式数据块、防伪造和防篡改、透明可信和高可靠性等五个方面的典型特征。区块链可以提供三个方面的应用能力：一是通过对等网络提供计算、存储、网络和平台资源等基础设施，二是
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管理、查询和分析对等网络中的数据，三是通过对等网络提供数字资产交易、财务、支付结算等应用服务。
区块链具有独特的技术特征，可以有效解决物联网发展中面临的大数据管理、信任、安全和隐私等问题，从而推进物联网发展到分布式、智能化的高级形态。区块链可以为物联网提供信任、所有权记录、透明性和通信支持，实现可扩展的设备协调形式，构建高效、可信、安全的分布式物联网网络，以及部署海量的设备网络中运行的数据密集型应用，同时为用户隐私提供有效的保障。
区块链在物联网中作为一种普适性的底层技术，可以为大规模物联网网络提供高容纳性的、可信任的基础设施。区块链应用于工业生产等领域的物联网，可以降低中心化设备网络的运营和信用成本，提高运营效率和工业资产利用率。同时，通过身份验证、授权机制等技术，区块链还可以从存储、信息传递等方面保证物联网的安全性和隐私性。此外，区块链能带来物联网智能化应用模式的扩展，促进商业模式创新（如图1所示）。

图1 物联网面临的问题和区块链提供的解决思路
物联网发展瓶颈
当前，物联网产业进入井喷期，连接空间不断扩充，产业发展呈现出“面向行业，以 IoT 平台使能为基础，寻求 SaaS 服务与数据变现”的态势，具有巨大的发展潜力。然而现阶段物联网产业发展仍面临诸多挑战，主要表现在面对日益增多的物联网需求，如何提升传统物联网产业能力，确保数据的隐私性、安全性、连续性及交互兼容性。
传统物联网产业通常采用建立集中或分布式使能服务平台，连接能力需求及提供方的服务模式（图 2）。其中，集中式是指物联网服务集中在一个位置（比如某个数据中心）进行中心化的部署和执行；而分布式是指相关平台可部署在多个位置，并可分层管理和服务，但依旧遵循某些中心化原则。

根据有关机构预测，2020 年全球的物联网设备数量将达到数百亿台。随着物联网中设备数量的急剧上升，服务需求不断增加，传统物联网服务模式面临巨大挑战，主要体现在数据中心基础设施建设与维护投入成本的大幅提升，以及相关物联网服务平台存在安全隐患和性能瓶颈问题。
为解决上述问题，不少企业或机构开始尝试设计各种新型物联网服务模式，而使用 P2P 技术和区块链技术来搭建去中心化的物联网服务平台已成为其中重要的模式之一（图 3）。

区块链技术优势
区块链技术支持设备扩展，可用于构建高效、安全的分布式物联网网络，以及部署海量设备网络中运行的数据密集型应用；可为物联网提供信任机制，保证所有权、交易等记录的可信性、可靠性及透明性，同时，还可为用户隐私提供保障机制，从而有效解决物联网发展面临的大数据管理、信任、安全和隐私等问题，推进物联网向更加灵活化、智能化的高级形态演进。
使用区块链技术构建物联网服务平台（图 4），可“去中心化”地将各类物联网相关的设备、网关、能力系统、应用及服务等有效连接融合，促进其相互协作，打通物理与虚拟世界，降低成本的同时，极大限度的满足信任建立、交易加速、海量连接等需求。

区块链在物联网中的应用
区块链在物联网领域的应用探索始于 2015 年左右，主要集中在物联网平台、设备管理和安全等应用领域，比较典型的应用领域包括，工业物联网、智能制造、车联网、农业、供应链管理、能源管理等。目前国内外在智能制造、供应链管理等领域有一些比较成熟的应用，其他领域的应用还多处于试验阶段。

农业
国内农业资源相对分散和孤立，造成了科技和金融等服务资源难以进入农业领域。同时，农业用地和农业产品的化学污染泛滥，产业链信用体系薄弱等问题使消费者难以获得安全和高质量的食品。物联网与传统农业的融合，可以一定程度上解决此类问题，但由于缺乏市场运营主体和闭环的商业模式，实际起到的作用还比较有限。这些问题的根源在于在农业领域缺乏有效的信用保障机制。物联网和区块链融合应用能够有效解决当前农业和农产品消费的痛点，一方面，依托物联网提升传统农业效率，连接孤立的产业链环节，创造增量价值；另一方面，依托区块链技术连接各农业数字资源要素，建立全程的信用监管体系，从而引发农业生产和食品消费领域革命性升级。比较典型的应用有：农产品溯源：
农产品的生产地和消费地距离远，消费者对生产者使用的农药、化肥以及运输、加工过程中使用的添加剂等信息无从了解，造成了消费者对产品的信任度降低。基于区块链技术的农产品追溯系统，可将所有的数据记录到区块链账本上，实现农产品质量和交易主体的全程可追溯，以及针对质量、效用等方面的跟踪服务，使得信息更加透明，从而确保农产品的安全，提升优质农产品的品牌价值，打击假冒伪劣产品，同时，保障农资质量、价格的公平性和有效性，提升农资的创新研发水平以及使用质量和效益。农业信贷：
农业经营主体申请贷款时，需要提供相应的信用信息，其中信息的完整性、数据准确度难以保证，造成了涉农信贷审批困难的问题。通过物联网设备获取数据并将凭证存储在区块链上，依靠智能合约和共识机制自动记录和同步，提高信息篡改的难度，降低获取信息的成本。通过调取区块链的相应数据为信贷机构提供信用证明，可以为农业、供应链、银行、科技服务公司等建立多方互信的科技贷款授信体系，提高金融机构对农业的支持力度，简化贷款评估和业务流程，降低农户贷款申请难度。农业保险：
物联网数据在支持贷款、理赔评定等场景中具有重要的作用，与区块链结合之后能提升数据的可信度，极大简化农业保险申请和理赔流程。另外将智能合约技术应用到农业保险领域，可在检测到农业灾害时，自动启动赔付流程，提高赔付效率。
1、区块链有利于物联网支付

通过将各种不同的自动化设备集成到智能系统中，可以实现更高的效率。例如，可靠的自动驾驶卡车正在崛起，但为了充分发挥其潜力，我们需要自动加油站、公路沿线的自动工具亭、自动货运处理和仓储系统等等。因此，虽然物联网在很大程度上解决了这些不同设备如何进行通信和协调的问题，但经常被忽视的是它们能够相互支付的必要性。比如，为了实现真正有效的系统，自动驾驶卡车需要支付汽油费和通行费以及接收货物运输的费用。让人类来监控自动驾驶卡车的进度，并用信用卡支付汽油费和通行费，这有点违背初衷了。

将区块链技术用于物联网支付有两大优势。第一，加密货币比传统的支付方式更具可编程性，因为密码本身是基于代码的。

第二，通过加密货币进行小额交易是可以的。虽然使用信用卡支付的最低费用约为5美元，而使用比特币闪电网络支付的最低可行金额则为百万分之一美分，甚至可以更少，这使得可以支持各种新的商业模式来推动物联网的发展。至于开发此类系统所面临的技术挑战，我相信它们都将会及时屈服于推动这一领域创新的巨大利润……然而，真正的挑战将是社会如何应对更大程度自动化可能带来的失业问题。

2、物联网应用的碎片化
物联网和区块链具有共同的分散性，它们适用于世界各地的多种设备。物联网应用程序本质上是分散的，这意味着每台设备都有一个单独与网络交互的应用程序副本。此模式非常适用于区块链，因为它们是为执行事务和原子交互的应用程序设计的。

物联网最大的缺点之一就是安全性。到目前为止，物联网设备的安全性相对比较脆弱，只要您连接到同一个WiFi网络，那么，这个WIFI网络上的大多数设备往往都将具有完全开放的访问权限。一些人通过蓝牙进行连接，这些蓝牙具有一定的安全性，但仍然不完全安全。随着更多设备的添加，它开辟了更多被攻击的途径，黑客进而可以访问大量设备和数据。区块链和智能合约可以通过创建审计跟踪和跟踪单个项目和包的历史记录来缓解这里的一些问题。

区块链还可以对物联网网络中的信任构建和成本效益产生实际影响，尤其是在设备间通信方面。最大的潜在使用案例之一是数字版权（DRM）——这是区块链在这个领域最自然的应用。更大的挑战可能是让生态系统相互交流，有这么多设备，需要一个联盟来定义协议和API，以便彼此交互。

3、机器小额支付
物联网可能会影响任何业务流程（即运输、零售等）。物联网这个术语本身和互联网一样毫无用处，真正的价值在于支持传感器的数据和业务流程，它允许您做出以前无法做到的决策。
区块链可以让您在每次做某事时，让一台机器向另一台机器收取1分钱的费用，而不是出售一台机器。实现这一目的的唯一方法是通过分布式分类账——通过区块链支付机制。对于许多行业来说，通过机器进行“机器对机器支付”的好处是非同寻常的，适用于工业产品、石油和天然气、医疗保健、零售等。

4、经济高效的数据管理
区块链或其他类型的分布式系统具有独特的潜力，可在未来几年内为物联网设备的扩展提供支持。由于区块链具有保存超现实、不可变数据的能力，因此，许多物联网开发者希望它能够提供一种经济高效的机制来管理设备网络产生的大量数据。当然，分布式系统仍在现场进行测试，以确保结构安全。
为了让物联网系统在满足最终客户需求的同时也能适当扩展，数据必须能够得到最大程度的收集和信任。区块链为寻求开发物联网设备系统的人员提供了至关重要的关键，因为它们在理论上允许无限扩展，同时确保信任。
虽然区块链可能已经成熟，有可能为那些寻求探索物联网网络的人提供帮助，但是它的共识机制，比如“工作量证明”（ Power ），往往给用户带来财务负担，比如高昂的交易费用，对于那些希望开发设备阵列的人来说成本太高了。

5、区块链适用于物联网，但并不是优先事项
物联网很性感，区块链很火热，但区块链加物联网并不会让人感到很牛X。物联网和区块链之间的交集存在于云级别，而不是设备、传感器或网络级别。从更广泛的意义上来说，物联网是关于情境数据的，它们协同工作，以获得新的见解或集成不同类型的系统。这些见解发生在各种应用程序的云中，而这才是区块链介入的地方。
例如，发动机上的传感器确定零件即将发生故障，这将触发对新零件库存的警报，从而触发ERP系统订购零件并安排维修。区块链在安全连接不同的后端系统（传感器应用/库存系统/ERP/时间表等）方面发挥着重要作用。区块链提供了灵活性和信任，可以链接其他不受信任的系统来共享信息，从而提供了实现物联网承诺的安全环境。
因为物联网还处于早期阶段，将这些不同的系统集成到一个有用的水平，并真正开始节省成本或提高效率仍然还有一段距离。在此数字化转型开始之前，整合区块链不会成为物联网的优先事项。在可预见的未来，大多数区块链的实施将继续主要在金融服务领域。

我们对自动化、人工智能（AI）和物联网（IoT）等技术感到兴奋，但现实是，数十亿笔交易发生在仍然没有很好集成的系统之间。
如果您的组织在使用人工智能，那么您可能只是在使用它优化客户服务。或者你只是将物联网应用于你的运营，而不是你的营销。
我的观点是：所有这些很酷的技术创造了对更好的基础设施的需求。我们需要一个更好的结缔组织，能够将所有的交易整合到一个共享的、跨业务单位和行业的可信网络上。我们需要一个解决方案，可以连接多种技术，以改善企业运营，降低成本，并提高我们的最终盈利——开始着手区块链技术。
区块链与物联网有什么关系？
物联网的主要目的是将物理世界与数字世界连接起来。令人兴奋的是：它不仅将设备连接起来，还将设备与人连接起来。物联网将创建一个人类将从中受益的人与机器的连接。例如，想象一下你的冰箱可以知道什么时候冰箱灯坏了，然后订购一个新的——物联网技术使这种场景成为可能。
现在让我们讨论一下物联网在区块链解决方案中的价值。验证成本和联网成本是区块链技术的核心优势。验证成本与区块链网络的能力有关，由于采用了分散式验证共识方法，区块链网络能够以符合成本效益的方式验证交易。网络成本与创建、管理或颠覆一个新市场的能力有关，而不需要传统的中介。例如，减少对金融机构等中介机构的需求，减低他们的市场支配力，从而降低联网成本。
为何将区块链和物联网结合使用？
当一笔交易发生在一个特定的行业，比如供应链，它可能涉及不同的当事人和中介机构，为解决冲突并最终实施判罚，这可能是一个复杂而漫长的过程。使用区块链上的无成本验证过程会简单得多。这种类型的验证是对区块链中的数据进行的。然而，在许多行业中，需要在区块链之外处理验证通常被称为“最后一英里问题”。
举个例子，如果需要在区块链中保存时间和温度的温度数据，如货物中的医药制品，或者如果你需要验证求职者大学文凭的真实性。可能会有适当的系统来弥合物理世界和数字世界之间的鸿沟，因此，在将信息添加到区块链之前，组织可以通过可信流程或实体收集和验证信息。信息系统的好坏取决于数据的质量。区块链是遵循这一原则的分布式账本，但是这个表述在区块链环境下比传统系统更有影响力，因为一旦数据被输入到区块链中，它将永远停留在那里——即使信息输入错误。
这些例子说明了物联网如何在区块链解决方案情况下使用。在这些情况下，在没有人工干预的情况下采集温度细节并将这些信息输入区块链是维护系统信任的关键。
同样，文件验证需要有外部流程来公证和保证大学文凭的真实性。这些是必须在添加到区块链之前进行的活动的示例，以保持区块链中的信息的准确性。这就是数字融合需要发生的地方，物联网等技术发挥着关键作用，尤其是在涉及物联网传感器和适用于许多行业的数据采集的情况下。并非最后一英里问题的所有解决方案都来自物联网。一些定义良好的流程可以实现处理不一定涉及来自设备数据的情况(例如，上述提高的需要人工中介处理的文凭验证用例)。
结合区块链和物联网的优势
因此，对于跨行业的许多用例来说，将这些技术一起使用的好处是巨大的。物联网可以将信任扩展到区块链网络，因为它可以在设备信息和区块链网络参与者之间建立信任，从而在添加到区块链之前减少数据篡改的机会，因为数据流不涉及人工干预。它还减少或消除了与中介机构有关的额外成本，并可以大大减少解决诉讼所需的时间，因为所有案件信息都很容易审计。
将您的每个合作伙伴作为“节点”添加到网络中要比构建一个完整的集成(然后维护它)便宜得多。假设您是一个农产品供应商，由于运输卡车驾驶室温度过高而损失了一批草莓。你需要让期待送货的超市，以及种植草莓的农民，对坏掉的货物负责。通过将种植农民和超市作为节点添加到区块链中，您可以快速而安心地通知它们，使他们可见。此外，农民和超市可以让你对损坏的货物负责，因为他们可以准确地知道运输卡车的温度有多高，以及运输货物的卡车是哪辆，因为监管链是明确的——这些信息从物联网传输到区块链。
对于有体系头脑的人来说，它看起来怎么样？
如果你像我一样，你可能喜欢把事情勾画出来，以确保一切都说的通。下面的图表可以帮助您构建物联网和区块链的用例。它演示了从不同组织(合作伙伴A和合作伙伴B)拥有的传感器到区块链网络的数据流。你的区块链变成了一种组织，它可以帮助你毫不费力地以更低的成本把所有东西连接起来。