于2015年，全球估計有154億個物聯(lián)網裝置。到2020年，這數(shù)字預計將增長到310億， 到2025年將達到750億。物聯(lián)網裝置應用于人們日常生活的各個方面，目前，仍沒有一個中心化或去中心化的機制存在，能夠廣泛連接物聯(lián)網裝置，從而獲取有用的數(shù)據， 應用于商業(yè)和非商業(yè)上。在這方面，區(qū)塊鏈作為連接和存儲數(shù)據的方式正在迅速普及。但到目前為止，區(qū)塊鏈技術因安全性和易用性等相關問題而沒有得到大規(guī)模普及應用。此外，大多數(shù)區(qū)塊鏈架構非常復雜，故不適合普及應用到物聯(lián)網裝置中。

目前的共識系統(tǒng)，如工作量證明（Proof of Work）或權益證明（Proof of Stake） ， 都有缺點‘使它們難以應用至物聯(lián)網設備中。例如：

· 工作量證明系統(tǒng)需要終端節(jié)點具有強大的計算能力和大量儲存。這對消費者來說是昂貴的。比特幣的「采礦機」每套成本超過2，000美元;

· 在工作量證明算法下的采礦是較消耗能源。據估計，比特幣網絡占全球能源消耗的0.14%，比幾個發(fā)展中國家的能源消耗更多;

· 隨著工作量證明系統(tǒng)變大，整個網絡變慢;

· 權益證明系統(tǒng)仍然需要終端節(jié)點上具有大量儲存，以及大量的代幣才能贏得區(qū)塊鏈獎勵。股權證明系統(tǒng)下的富人越來越富裕;

· 工作量證明和權益證明都導致采礦權力集中和積累到少數(shù)實體手中。在工作量證明下，像Bitmain采礦池這樣的巨頭控制了比特幣采礦業(yè)的近51%規(guī)模。同樣， 在權益證明下，擁有大量股權的原始采用者Ethereum可以輕松地從網絡中收取所有費用。

高交易量之物聯(lián)網區(qū)塊鏈架構采用分派量證明共識

動機

幾十年來，區(qū)塊鏈可以說是最具破壞性的信息技術（T）° 區(qū)塊鏈技術采用分布式賬簿架構，有望以多種方式改變我們的社會，徹底改變我們的金融體系、供應鏈甚至法律體系。然而，區(qū)塊鏈技術實際上已成為物聯(lián)網（loT）領域的一大障礙， 明顯限制了日常生活中可應用的電子裝置和應用工具。

目前最流行的區(qū)塊鏈算法是工作量證明（PoW） ［NAKA08］和權益證明（PoS） ［KING12］算法。很可惜，工作量證明和權益證明都不適合物聯(lián)網應用，因為大多數(shù)物聯(lián)網裝置的計算和儲存資源非常有限，而且功率預算也很少。為此，我們發(fā)明了一種新的算法一--分派量證明。該算法適用于物聯(lián)網裝置，并且非常強大、安全且可擴大發(fā)展。

工作量證明算法被許多現(xiàn)有的區(qū)塊鏈（包括比特幣）使用，其中，礦工競爭成為首個加密問題。它不是一種環(huán)保算法，它會消耗大量能源。加密問題的復雜性隨薯賬簿大小的增長而增加，并需要超級的計算能力。盡管工作量證明對某些應用程序很有用，但它絕對不適合物聯(lián)網應用。

在權益證明共識過程中，在區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)中會定期在驗證者中選出候選者。權益證明算法比工作量證明算法能量消耗較少，因為，上述選擇過程和加密問題解決過程不需要超級的計算能力。盡管如此，權益證明仍然不是物聯(lián)網應用的理想選擇， 因為每個節(jié)點仍然需要大量的計算和內存資源。

我們的分派量證明（PoA）算法旨在明智地解決這些特定的物聯(lián)網問題。

微采礦

在分派量證明算法中，每個物聯(lián)網裝置都需要執(zhí)行一些簡單但非常重要的加密任務’這些任務稱為「微采礦」。另一方面，這些物聯(lián)網裝置不需要處理交易賬簿，因為賬簿是由分布式信任節(jié)點系統(tǒng)維護的。

雖然權益證明解決了能源浪費的問題，但此類區(qū)塊鏈所涉及的賬簿伺服器仍需要具備大量的儲存容量來容納交易賬簿。由于成本過高以至于小型物聯(lián)網裝置將無法引用區(qū)塊鏈。IOTW旨在消除這一障礙，以便我們在日常使用產品中普遍采用區(qū)塊鏈。這有望推動我們日常生活中區(qū)塊鏈交易的增長。

與權益證明類似，IOTW區(qū)塊鏈中的采礦裝置不需要超級計算能力。此外，IOTW不再需要采礦裝置來存儲交易賬簿。這避免了因大量儲存所產生的成本，因此向簡單的物聯(lián)網裝置添加挖掘功能將變得可以接受，IOTW的共識算法是分派量證明（PoA）。

分派量證明既不允許每個網絡節(jié)點參與工作量證明中的挖礦。 也不會透過投票過程為權益證明中的交易選擇指定的驗證者。分派量證明透過預先商定的標準（例如，隨機，與系統(tǒng)相關的歷史時間，所涉及的加密貨幣等）選擇單個候選人或有限數(shù)量的候選人來解決加密問題，并將任務直接發(fā)布給當選候選人。因此，在解決加密問題時不存在競爭，即使存在競爭，也是有限的。此外，對于采礦裝置而言，并不會強制要求儲存賬簿。交易賬簿儲存在較高級別的網絡層，例如信任伺服器或賬簿伺服器。分派量證明需要采礦裝置具備基本的計算能力和儲存容量。產品（例如電風扇、電飯煲、真空吸塵機、冷氣機，打印機等）的功能由平均微控制器控制，而且具有網絡訪問權限和足夠的程序儲存空間，可以植入挖礦軟件。這樣的產品可以作為IOTW區(qū)塊鏈上的采礦裝置。因此，IOTW中的采礦過程采用微采礦這一術語，以區(qū)別于其他傳統(tǒng)采礦。

由于將微采礦添加到物聯(lián)網支持的產品無需太多甚至不需要成本，而且在具有微采礦功能的產品的使用期間可以獲得獎賞，預計采用能比公共區(qū)塊鏈快得多。這使區(qū)塊鏈技術更接地氣，并產生各種應用。

IOTW區(qū)塊鏈首次推出，旨在創(chuàng)建一個連接家用電器產 品制造商、代理商、服務供應商和最終使用者的市場。還支持透過手提電話。平板電腦和電腦連接IOTW區(qū)塊鏈。產品制造商。代理商和分銷商。服務供應商等是IOTW區(qū)塊鏈的策略合作夥伴。IOTW區(qū)塊鏈的目標是與其策略合作夥伴共同成長。

選擇礦工算法

要從大量物聯(lián)網裝置中選出礦工候選人，我們可以采用以下兩種方法。首先，對于中心化的方法，我們采用靈活的設計來選擇物聯(lián)網采礦裝置。例如↑我們可以利用API伺服器來執(zhí)行分配工作，或者API伺服器可以將分配任務委托給賬簿同服器或可信節(jié)點。分配過程可以是隨機的，每個物聯(lián)網裝置被選中的機會都是均等的;分配過程也可以加權方式進行那么 ，每個物聯(lián)網裝 置被選中的機會就會有不同，中選率將與它們的權重成比例。在實際應用當中↑我們可以參照物聯(lián)網裝置的可靠性↑也就是說。它是否在先前的分配中正確地執(zhí)行采礦，來建立它的舉足輕重的聲譽。

另一種方法是透過公共隨機并將其用作種子↑從而妣以去中心化的方式來選擇物聯(lián)網裝置。首先，我們使用可驗證的隨機函數(shù)（VRF）而得出一個具體的實例。公共隨機種子可以透過VRF或透過各方計算協(xié)定而成。稍后， 透過種子及每個物聯(lián)網裝置（具有公共/私人密匙對）產生（雜湊值、π）←VRFsk（種子），這是一個證明。然后↑物聯(lián)網裝置可以確定是否被選中， 例如↑透過雜湊值中最低而有效的定義特徵。其他物聯(lián)網裝置則可以通過True- -VRFpk （雜湊值、π、種子）來證明物聯(lián)網裝置pk確實是透過驗證給定的雜湊值來選擇的。此外，對于選擇標準而言， 我們可以隨機或者與區(qū)塊鏈上的權重成比例地（例如其賬戶中的貨幣單位）選擇物聯(lián)網候選人。

系統(tǒng)架構

今天，公共區(qū)塊鏈在API伺服器下只有一層扁平的賬簿伺服器網狀網絡。

IOTW區(qū)塊鏈在賬簿伺服器網狀網絡下方具有更多網絡層。采礦裝置可以直接連接到IOTW區(qū)塊鏈的任何一個賬簿伺服器，或者透過另一層信任節(jié)點網狀網絡連接。采礦裝置和信任節(jié)點之間的網狀網絡也可能存在。因此，網絡架構從一層到多層網狀網絡可能有所變化。

由于采礦裝置的簡單性，用于事務處理和與錢包直接關聯(lián)的MMI通常不在采礦裝置內構建。相反，它們通常連接到用戶裝置↑如手機、平板電腦或電腦↑以便與IOTW區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)進行通訊。

與今天的公共區(qū)塊鏈類似，在賬簿伺服器網狀網絡頂部有一個API伺服器，該伺服器用于將不同類別的使用者以及錢包和交換器連接在一起。可以在SPI伺服器中構建一個大數(shù)據庫，以收集數(shù)據。亦可以進行分析，以建立有用的信息，如消費者行為。暢銷產品、產品可靠性和使用壽命、服務響應時間等。。 這些信息有可能成為IOTW區(qū)塊鏈的重要收入來源。

下圖說明了可能的系統(tǒng)架構。應該注意，所示的挖礦分配塊在AP1伺服器內。挖掘分配也可能在賬簿伺服器網狀網絡控制器內。

當賬簿伺服器節(jié)點數(shù)量很少時，區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)通常更容易受到51%的接管攻擊。 隨著賬簿伺服器數(shù)量的增長，區(qū)塊鏈面對這種攻擊變得越來越強大。因此，在初始啟動新區(qū)塊鏈時應特別小心。對于IOTW而言，整個系統(tǒng)由安納區(qū)塊鏈科技有限公司與戰(zhàn)略合作夥伴共同控制，戰(zhàn)略合作夥伴同時也是信任節(jié)點的所有者，甚至是信任的賬簿伺服器。這使IOTW區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)在開始時并不是一個開放的交易系統(tǒng)，從而獲得更好的系統(tǒng)安全性。

執(zhí)行交易

交易請求可以由1OTW區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)、上的任何裝置提出，該生態(tài)系統(tǒng)具有用于支付或接收奧達幣（IOTW幣）的有效錢包。交易請求包括交易性質方面的交易信息，例如購買或出售商品和服務、交涉方，交貨時間表、維修條款、所涉及的交易金額等以及交易HASH等。交易請求還包括其他可選數(shù)據，如簽名、日期和時間戳等。

在接收到新的交易請求時，IOTW區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)將計算新的區(qū)塊HASH的工作分配給一個或多個采礦裝置 。然后，信任節(jié)點或賬簿伺服器驗證由采礦裝置產生而成的新區(qū)塊HASH。

交易請求一經驗證和核實，新建成的區(qū)塊HASH將被附加到交易請求，以形成新的交易區(qū)塊。然后，新的交易被附加到最后一個交易區(qū)塊。所涉及的交易金額將在相應的錢包之間轉移。

安全：見證協(xié)議

于交易賬簿未儲存在微采礦機器（物聯(lián)網裝置）中，因此， 51%的惡意接管不適用于此網絡層。在IOTW區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)中，安全的關鍵是保護賬簿免受信任伺服器網絡層的攻擊。從理論上講，信任伺服器已經最強大，可以抵御攻擊。此外，我們正在開發(fā)另一種算法，以提高IOTW區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)的安全性。

與其透過物聯(lián)網微采礦驗證和信任節(jié)點驗證來驗證新交易，將邀請至少- -個不是挖掘節(jié)點的證人來使用數(shù)字簽名（私人公共密匙配對）見證新交易。透過這樣的實施，51%的攻擊需要同時攻擊交易賬簿以及相關的證人區(qū)塊鏈，才能實現(xiàn)惡意接管。因此，這將極大地提高IOTW區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)的安全性，稱為見證協(xié)議。

隨著更多裝置形成連接，系統(tǒng)的安全性將隨著時間而提高。我們擁有-項獲得專利的見證算法。該算法假設有一些來自可用的裝置。且將被選中用于簽署和驗證交易區(qū)塊。只有當所有裝置都返回相同的一致性驗證時，該區(qū)塊才被視為有效。如果未能提供一致性驗證 ，則為此驗證選擇的所有裝置都將被列入黑名單并從中刪除。為了進一步增強單個區(qū)塊的安全性，可以選擇來自不同地理位置和不同制造商的驗證，并將其連接到留在不同云端基礎架構（AWS、Google、MS）上 的信任伺服器。

以下，是我們一個以見證協(xié)定所帶來額外安全措施的更具體分析。如果我們在設置階段預選了n個見證人節(jié)點，假如，每個見證人節(jié)點因被惡意攻擊而遭破壞的概率為p次‘這樣，遭破壞的概率p與我們如何部署保護見證人節(jié)點的安全措施直接相關。那么，根據二項分布（k;n，p） ，遭破壞的概率（k） ，即在n個見證人節(jié)點中的k個節(jié)點，會如公式所示：

（k）=（k;n， p）=（nk）（1- p）-k

把上述的數(shù)學公式具體化而言，如果我們預選可信節(jié)點作為見證人，在我們的系統(tǒng)中向它們提供必要的安全維護，那么，我們可以預期概率P將變得非常小。如果我們使用以閾值為基礎的見證人方案，要求n個見證人節(jié)點中的t個節(jié)點的見證人簽名來審核這個區(qū)塊那么 ，就會如公式所示 ，出現(xiàn)不超過t個見證人節(jié)點遭外部攻擊而被破壞的概率;

t-1

E（k）=（0）+（1）+ 2.。.+（+-1）

k=0

因此，如果我們遵循標準的區(qū)塊鏈風險模式（Byzantine），并設定t為1/3n個見證人節(jié)點，那么，由上述公式所顯示，攻擊者無法控制多于t個見證人節(jié)點的概率極高。對于由物聯(lián)網挖掘節(jié)點產生的見證人，我們預料概率p可能會上升。然而，我們可以把物聯(lián)網的挖掘節(jié)點與可信節(jié)點結合起來，并加以強化，令攻擊者必須同時破壞可信節(jié)點和選定的物聯(lián)網見證人節(jié)點，才能破壞我們的生態(tài)系統(tǒng)。

IOTW區(qū)塊煉網絡管理

最初將物聯(lián)網裝置分配給賬簿伺服器，這是由安納區(qū)塊鏈科技有限公司與半導體和物聯(lián)網裝置供貨商等戰(zhàn)略合作夥伴共同管理的。當生態(tài)系統(tǒng)不斷發(fā)展，管理標準指導委員會將由相關的個人和公司組成，以監(jiān)督整體物聯(lián)網賬簿分配和一般網絡管理， 以及其未來發(fā)展方向。該委員會的成員來自于參與物聯(lián)網裝置制造和銷售鏈的不同利益相關者。AnApp創(chuàng)始成 員已經成立了USB OHCI， 1394.A并參與 了PCI SIG、無線LAN標準的開發(fā)。AnApp擁有推動這樣一個委員會的技能組合。

當開發(fā)和銷售用于IOTW網絡生態(tài)系統(tǒng)時，專利將免費許可，但有一些例外，例如建設采礦場。指導委員會和AnApp將有權對此類違規(guī)行為采取法律行動或關閉其運營。目標是透過采礦將奧達幣（IOTW）幣投放到普通人的手中。

在公開發(fā)布之前，我們將選擇適當?shù)陌踩Ｐ停院饬縄OTW區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)的質量因子。

現(xiàn)有狀況和未來工作

我們已經使用單個信任節(jié)點同時在1000多個物聯(lián)網裝置上成功運行了lOTW區(qū)塊鏈。

現(xiàn)時使用手機或電腦成功交易，在不久的將來其他連接裝置，如電燈泡及空氣凈化機同樣可進行交易。區(qū)塊鏈賬簿可以在電腦屏幕中查看（僅用于演示，而不是未來的工作版本）， 該軟件完全可大規(guī)模普及。

此外，當前的執(zhí)行是即時交易的目標。最終目標性能是每秒1百萬次交易。現(xiàn)時我們的alpha測試結果以跨太平洋交易’交易速度為3，000TPS，以本地交易，交易速度可達至為100，000TPS。

未來的發(fā)展將集中在以下方面：

· 透過使用者友好的MMI實現(xiàn)真正的I0TW區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng);

· 擴大系統(tǒng)容量，以適應幾乎無限數(shù)量的使用者（如前所述） ;

· 實施進一步的安全功能‘使生態(tài)系統(tǒng)更加強大’抵御51%的攻擊（下一段進一步討論） ;

· 開發(fā)大數(shù)據的數(shù)據分析‘并啟動相關服務。

IOTW不是透過工作量證明或權益證明進行常規(guī)驗證，而是透過邀請一個或多個用戶作為共同簽名交易的見證人來實現(xiàn)另一級別的安全性。證人的簽名由私人密匙產生，并且使用公共密匙對這些簽名進行驗證。由于需要在有限的事務處理時間內同時處理見證人的區(qū)塊鏈。這將大大增加超過51%同時攻擊的難度。

奧達幣（IOTW）生態(tài)系統(tǒng)

· 裝置用戶獲得奧達幣（IOTW）挖礦和銷售使用數(shù)據的獎勵;

· 制造商和服務供貨商透過奧達幣（IOTW）購買使用數(shù)據;

· 透過我們的在線商城銷售商品和服務供貨商，接受奧達幣（1OTW）作為付款方式;

· 我們將從每筆奧達幣（IOTW）交易中收取一定比例的處理費。