區塊鏈在物聯網中的應用這篇文章包括三個部分：第一部分是物聯網的行業痛點和區塊鏈帶來的優勢，第二部分是區塊鏈+物聯網的產業現狀和應用場景，第三部分是區塊鏈+物聯網的挑戰和可新標準的需求。

物聯網發展中的行業痛點

物聯網在長期發展演進過程中，遇到了以下5個行業痛點：設備安全、個人隱私、架構僵化、通信兼容和多主體協同5大痛點。

在設備安全方面，Mirai創造的僵尸物聯網（Botnets of Things）被麻省理工科技評論評為2018年的十大突破性技術，據統計，Mirai僵尸網絡已累計感染超過200萬臺攝像機等IoT設備，由其發起的DDoS攻擊，讓美國域名解析服務提供商Dyn癱瘓，Twitter、Paypal等多個人氣網站當時無法訪問。后續，又有奴役物聯網設備、讓其比特幣挖礦的僵尸網絡，還有規模更大、更為活躍的http81僵尸網絡等。

在個人隱私方面，主要是中心化的管理架構無法自證清白，個人隱私數據被泄露的相關時間時有發生。就最近而言，人民網報道的，成都266個攝像頭被網絡直播就是一個案例。

在架構僵化方面，目前的物聯網數據流都匯總到單一的中心控制系統，隨著低功耗廣域技術（LPWA）的持續演進，可以預見的是，未來物聯網設備將呈幾何級數增長，中心化服務成本難以負擔。據IBM預測，2020年萬物互聯的設備將超過250億個。

在通信兼容方面，全球物聯網平臺缺少統一的語言，這很容易造成多個物聯網設備彼此之間通信受到阻礙，并產生多個競爭性的標準和平臺。

物聯網主要國際標準化組織和工作領域

在多主體協同方面，目前，很多物聯網都是運營商、企業內部的自組織網絡。涉及到跨多個運營商、多個對等主體之間的協作時，建立信用的成本很高。

區塊鏈+物聯網帶來的改進

區塊鏈憑借主體對等、公開透明、安全通信、難以篡改和多方共識等特性，對物聯網將產生重要的影響：多中心、弱中心化的特質將降低中心化架構的高額運維成本，信息加密、安全通信的特質將有助于保護隱私，身份權限管理和多方共識有助于識別非法節點，及時阻止惡意節點的接入和作惡，依托鏈式的結構有助于構建可證可溯的電子證據存證，分布式架構和主體對等的特點有助于打破物聯網現存的多個信息孤島桎梏，促進信息的橫向流動和多方協作。

其次，我們介紹一下，區塊鏈+物聯網的產業現狀和相關的應用場景。

物聯網龍頭紛紛布局區塊鏈

產業現狀一：物聯網龍頭紛紛開始布局區塊鏈。根據Forrester Wave：物聯網軟件平臺的報告顯示， IBM、PTC、GE和微軟已成為占據物聯網平臺市場的主導企業。SAP、AWS、Cisco、LogMeln、Exosite、Ayla Networks和Zebra Technologies名列前11名。對于排名靠前的物聯網平臺龍頭企業，除了美國參數技術公司（PTC）沒有實質披露區塊鏈相關項目以外（該公司很多區塊鏈相關的文章），IBM、微軟、亞馬遜和SAP都在各自的云平臺上提供區塊鏈服務（Blockchain-as-a-Service），為未來海量的物聯網設備接入提供彈性資源池，做了超前布局。通用電氣GE和思科更多地是關注設備的標識和存證問題。

傳統行業和初創公司雙向發力

探討區塊鏈+物聯網的進展，要跟垂直的行業結合才有針對性，我們以能源物聯網為例，傳統公司和區塊鏈初創公司正雙向發力，不斷促進區塊鏈在行業里的廣泛普及和加速融合。

從傳統電力公司的角度看，主要是通過與初創公司合作、成立子公司、甚至買下初創公司等方式，投資不同的試點項目，打造分布式能源系統和點對點的能源交易平臺。這里包括瑞典國營電力公司VattenFall（瀑布電力）投資了荷蘭阿姆斯特丹的初創公司（PowerPeers），構建讓消費者自由選擇電力渠道的能源共享平臺，也有德國的萊茵公司（RWE）和初創公司Slock.it合作，推出的BlockCharge電動車充電項目。萊茵公司RWE成立子公司Innogy SE，推出了連接電動汽車車主、公共和私有充電站的一個區塊鏈交易平臺Share&Charge。

從初創公司看，初創公司主要從分布式能源系統、新型交易模式、認證和交易市場等不同角度切入區塊鏈領域，開始初步涉及相關的物聯網硬件制造，例如Slock.it公司推出的Smart Plug充電器適配裝置，不斷豐富區塊鏈+的產業生態。

垂直行業的生態格局已有雛形

產業現狀三是，垂直行業的生態格局已初步具有雛形。根據咨詢公司Indigo的報告，還是以電力行業的區塊鏈+物聯網應用舉例，從終端支付（加密數字貨幣）、能源交易市場、技術支撐+行業組織、智能家居點對點交易、打造智慧城市等方面已形成良好生態格局。對于我們國家而言，萬向要在浙江打造基于區塊鏈的、聚合能源、電動車、物聯網、金融科技的聚能城，量子鏈也即將推出物聯網的區塊鏈項目等。

區塊鏈+物聯網國際標準先行探索

產業現狀四是，區塊鏈+物聯網的國際標準先行探索。2018年3月，中國聯通聯合眾多公司和研究機構在ITU-T SG20成立了全球首個物聯網區塊鏈（BOT，Blockchain of Things）標準項目，定義了去中心化的可信物聯網服務平臺框架。ITU-T的SG 16工作組也完成了區塊鏈的相關立項。

應用場景一：傳感器數據的存證和溯源

現在我們來介紹一下區塊鏈+物聯網的應用場景。由于區塊鏈技術并未成熟定型，很多區塊鏈和物聯網結合的案例都是在PoC（概念驗證）階段，因此，今天的一些分享希望能給大家提供更多創新的靈感。

在第一個應用場景中，傳統的供應鏈運輸需要經過多個主體，例如發貨人、承運人、貨代、船代、堆場、船公司、陸運（集卡）公司，還有做艙單抵押融資的銀行等業務角色。這些主體之間的信息化系統很多是彼此獨立，互不相通的。一方面，存在數據做偽造假的問題，另一方面，因為數據的不互通，出現狀況的時候，應急處置沒法及時響應。在這個應用場景中，在供應鏈上的各個主體部署區塊鏈節點，通過實時（例如船舶靠岸時）和離線（例如船舶運行在遠海）等方式，將傳感器收集的數據寫入區塊鏈，成為無法篡改的電子證據，可以提升各方主體造假抵賴的成本，更進一步地厘清各方的責任邊界，同時還能通過區塊鏈鏈式的結構，追本溯源，及時了解物流的最新進展，根據實時搜集的數據，采取必要的反應措施（例如，冷鏈運輸中，超過0℃的貨艙會被立即檢查故障的來源），增強多方協作的可能。

應用場景二：新型“共享”經濟

共享經濟可以認為是平臺經濟的一種衍生。一方面是，平臺具有依賴性和興趣導向性，摩拜和OFO做單車共享，但并沒有做摩托車的共享。另一方面，平臺也會收取相應的手續費，例如滴滴打車司機要將打車費用的20%上交，作為平臺提成。初創公司Slock.it和OpenBazaar等主要是希望構建一個普適的共享平臺，依托去中介化的區塊鏈技術，讓供需雙方點對點地進行交易，加速各類閑置商品的直接共享，并節省第三方的平臺費用。

在這個案例中，首先依托區塊鏈網關，構建整個區塊鏈網絡。資產擁有者基于智能合約，通過設置租金、押金和相關規則，完成各類鎖與資產的綁定。最終用戶通過APP，支付給資產所有者相應的租金和押金，獲得打開鎖的控制權限（密鑰），進而獲取資產的使用權。在使用結束后，歸還物品并拿回押金。這里有一個優勢是，精準計費，可以按照智能合約上的計費標準，實時精準地付費，而不是像目前共享單車的粗獷式收費（按半小時、一小時收費）。雖然節省了平臺手續費（20%），但是，也引發了很多思考，例如沒上保險，出了事故如何解決；客戶租車開了2-00公里，直接鎖車結賬走人了，誰將車開回來等，在實際應用中，應該會遇到很多問題。

應用場景三：基于智能電表的能源交易

在應用場景三中，主要是傳統輸電的線路損耗率達到5%，住戶建立的微電網中盈余能源無法存儲，也不能共享給有能源需求的其他住戶。紐約初創LO3 Energy和ConsenSys合作，由LO3 Energy負責能源相關的控制，ConsenSys提供區塊鏈底層技術，在紐約布魯克林區實現了一個點對點交易、自動化執行、無第三方中介的能源交易平臺，實現了10個住戶之間的能源交易和共享。主要實現方式是，在每家住戶門口安裝智能電表，智能電表安裝區塊鏈軟件，構成一個區塊鏈網絡。用戶通過手機APP在自家智能電表區塊鏈節點上發布相應智能合約，基于合約規則，通過西門子提供的電網設備控制相應的鏈路連接，實現能源交易和能源供給。

對于我國來說，也有一家點對點能源交易的初創企業，Energo。主要是通過將各家住戶的可再生能源存儲到分布式儲能設備中，通過代幣的形式評估能源的占有量和消耗量，基于智能合約設置能源交易規則和微電網切換主電網的策略，實現無中介的點對點能源交易平臺。

應用場景四：電動汽車的即時充電

在第四個應用場景中，主要面臨的是多家充電公司支付協議復雜、支付方式不統一、充電樁相對稀缺、充電費用計量不精準等行業痛點，由德國萊茵公司和Slock.it合作，推出的基于區塊鏈的電動汽車點對點充電項目。通過在各個充電樁里安裝樹莓派等簡易型Linux系統裝置，基于區塊鏈將多家充電樁的所屬公司和擁有充電樁的個人進行串聯，使用適配各家接口的Smart Plug對電動汽車進行充電。使用流程為：（以Innogy的軟件舉例）首先，在智能手機上安裝Share&Charge APP。在APP上注冊你的電動汽車，并對數字錢包進行充值。需要充電時，從APP中找到附近可用的充電站，按照智能合約中的價格付款給充電站主人。APP將與充電樁中的區塊鏈節點進行通信，后者執行電動車充電的指令。

應用場景五：無人機的安全通信和群體智能

第五個應用場景主要是針對未來無人機和機器人的快速發展，機器與機器之間的通信必須要從兩個方面去考量：一方面，每個無人機都內置了硬件密鑰。私鑰衍生的身份ID增強了身份鑒權，基于數字簽名的通信確保安全交互，阻止偽造信息的擴散和非法設備的接入。另一方面，基于區塊鏈的共識機制，未來區塊鏈與人工智能的結合點——群體智能，充滿了想象空間，MIT實驗室已經在這個交叉領域展開了深入研究。

接著，我們介紹一下區塊鏈+物聯網的應用挑戰和對可信標準的需求。

區塊鏈+物聯網的應用阻礙

區塊鏈+物聯網會遇到以下四個方面的挑戰：

在資源消耗方面，IoT設備普遍存在計算能力低、聯網能力弱、電池續航短等問題。比特幣的工作量證明機制（PoW）對資源消耗太大，顯然不然適用于部署在物聯網節點中，可能部署在物聯網網關等服務器里。其次，以太坊等區塊鏈2.0技術也是PoW+PoS，正逐步切換到PoS。分布式架構需要共識機制來確保數據的最終一致性，然而，相對中心化架構來說，對資源的消耗是不容忽視的。

在數據膨脹方面，區塊鏈是一個只能附加、不能刪除的一種數據存儲技術。隨著區塊鏈的不斷增長，IoT設備是否有足夠存儲空間？例如，比特幣運行至今，需要100G物理存儲空間。

在性能瓶頸方面，傳統比特幣的交易是7筆/秒，再加上共識確認，需要約1個小時才寫入區塊鏈，這種時延引起的反饋時延、報警時延，在時延敏感的工業互聯網上不可行。

在分區容忍方面，工業物聯網強調節點“一直在線”，但是，普通的物聯網節點失效、頻繁加入退出網絡是司空見慣的事情，容易產生消耗大量網絡帶寬的網絡震蕩，甚至出現“網絡割裂”的現象。

區塊鏈+物聯網的改進思路

從改進方面，可以從兩個方面去衡量。

從區塊鏈的角度來看，

（1）對于資源消耗，可以不使用基于挖礦的、對資源消耗大的共識機制，使用投票的共識機制（例如PBFT等），減少資源消耗的通知，還能有效提升交易速度，降低交易時延。當然，在節點的擴展性方面，會有一定損耗，這個需要一個面向業務應用的權衡。

（2）對于數據膨脹，可以使用簡單支付交易方式（SPV），通過默克爾樹對交易記錄進行壓縮。在系統架構上，支持重型節點和輕型節點。重型節點存儲區塊鏈的全量數據，輕型節點只存儲默克爾樹根節點的256哈希值，只做校驗工作。

（3）對于性能瓶頸，已經有很多面向物聯網的區塊鏈軟件平臺做了改進。例如，IOTA就提出不使用鏈式結構，采用有向非循環圖（DAG）的數據結構，一方面提升了交易性能，另一方面，也具有抗量子攻擊的特性。Lisk采用采用主鏈-側鏈等跨鏈技術，進行劃區劃片管理，也在性能方面取得了不少突破。

（4）對于分區容忍，針對可能存在的網絡割裂，可以選擇支持鏈上鏈下交易，尤其是離線的交易，并在系統設計時支持多個CPS集群。

從物聯網的角度來看，

（1）對于資源消耗，隨著eMTC、NB-IoT、LoRA等低功耗廣域網（LPWA）技術的發展，傳輸質量、傳輸距離、功耗、蓄電量的問題將得以逐步解決。

（2）對于數據膨脹，根據摩爾定律和超摩爾定律，存儲成本下降，物聯網存儲能力持續上升。

（3）對于性能瓶頸，隨著MEMS傳感器、SiP封裝工藝等新技術、新工藝、新架構的不斷成熟、成本降低，小體積、低功率的傳感節點有望廣泛應用。

區塊鏈以算法和軟件來承擔信任基礎。但是，剛剛我們提到，有的區塊鏈軟件已經不使用“鏈式結構”了。區塊鏈，顧名思義，區塊+鏈，不用鏈的結構了，對于最終用戶，會有些云里霧里。此外，還存在多鏈協同、跨鏈整合、鏈上鏈下、分區劃片、共識切換等多方面的改進，區塊鏈技術正處于待成熟、未定型的階段。那么，最終用戶如何相信企業的信息披露，選擇合適的區塊鏈產品呢？這就需要可信的規則來規范，從用戶的角度、以業務為導向，圍繞智能合約是否有效執行、共識機制是否保證數據最終一致、私鑰存儲是否安全、權限管理是否分級分類、企業信息披露是否準確等多個方面，提出標準規范，增強區塊鏈的可信程度，給區塊鏈的信任增加砝碼。