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炮打司令部—区块链金融属性向左,区块链产业落地向右——之5G和区块链赋能上的物联网崛起

2019.10.10 12:00


1966年8月5日,毛泽东写出了《炮打司令部——我的一张大字报》。

区块链技术从诞生以来,就因被广泛称为有望颠覆商业世界的最新技术而受到了大量炒作,“分布式存储、加密算法、点对点传输、共识机制”等新兴概念让资本大鳄们趋之若鹜,挥舞着手上的钞票迫不及待地进入了这个新兴市场。当时,资本的注意力基本全部集中到了区块链的金融属性上,于是,当年就诞生了8个月利润超越纳斯达克和德意志投行(1870年成立)的币安和一场史无前例的大泡沫——区块链金融属性的身躯跑得太快,以至于产业属性的影子远远跟不上了……

然而,2018年熊市的来临给区块链技术迎头浇了一盆冷水,让所有行业的参与者们清醒了过来,同时局内、局外的人都开始了思考,一部分意志坚定、赋能实业的从业者开始拨乱反正——将区块链进行快速、切实的场景落地。

其实,不止是区块链,近几年新兴的技术包括5G、ABCDR(A就是人工智能,包括人脸识别、图像识别、自然语言学习等;B就是Block chain(区块链)的团队;C是Cloud(云计算);D是Big Data(大数据);R是RPA(机器人流程自动化))在内都曾引发过一段时间的热潮,并在概念被爆炒后留下了一地鸡毛,但也真正地沉淀出了一些可以塑造我们未来的技术。

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5G、区块链和物联网

由于这三种技术都旨在协同工作,并相互影响,因此很难只从前两种技术对后一种技术的影响来讨论它们。那么,将这三种新兴技术结合起来,会有什么样的潜力呢?
| 5G
也许目前席卷全球的最大技术浪潮是最新的蜂窝网络技术——5G。尽管全球5G覆盖预计将在2020年实施,但某些公司已经开始实施自己的计划,例如,Verizon宣布已经在美国大约19个城市实现了5G覆盖,而华为已经推出了第一款5G手机。
和4G相比,5G有巨大的优势:高达每秒10Gb的速率(4G的速率是每秒100Mb)、更低的延迟和更大的联网设备容量

这些优势使物联网设备成为这项新技术的受益者,设备规模更小、功耗更低、传输速度更快意味着更多的物联网设备将能够从中受益。

| 区块链(Blockchain)
时至今日,大部分人对虚拟货币已经不再陌生,如Bitcoin、 Ethereum、Litecoin等。但只有少数人真正掌握了它背后的技术:区块链。

区块链自身的分布式特性意味着它能抵抗大多数安全问题。与传统的客户机—服务器系统相比,它的高级加密提供了更强大的防黑客功能。

而要将物联网和5G的潜力激发出来,只能通过结合区块链技术来实现。即5G为物联网设备和交易提供连接性覆盖,区块链负责处理安全性并保护用户和交易数据。 

此外,预期由5G驱动智能设备的大量采用意味着区块链将拥有比以往多得多的数据,这些数据将极大地推动技术的全球化——当然,处理更多数据会引发出区块链的可拓展性问题,这时就只能等待区块链行业自身的发展了。

| 物联网(IOT)

物联网技术允许将日常使用的有形物体连接到互联网,并通过算法传输数据,以更好地为用户服务。目前市场上已经有了许多智能设备如电视机、家具、吸尘器、空调等。据Fraunhofer 研究所估计,就供暖费用而言,智能家居的潜在节约率为40%。 
除了智能设备之外,智慧城市的理念也离实现不远了。智慧城市的梦想不仅仅能够减少排放和能源成本,同时据麦肯锡估计,借助智能道路,智慧城市可以将通勤时间缩短15-20%,将应急服务响应时间缩短20-35%。
那么,既然物联网的前景被描绘的如此美好,是什么制约着它的大规模发展之路呢?5G和区块链又能为它带来什么呢?

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物联网应用难题

自物联网(IoT)兴起到现在,专家们一直都在研究物联网的实际应用,但物联网一直也都是处于不温不火的状态,究其原因,是因为有几大拦路虎在作怪:容量、安全和隐私。

于是,为了解决安全和隐私问题,区块链出现了。大部分物联网交易和合约都发生在网络的第二层,而作为基础层的区块链,可以为其提供共识机制和安全性。这样一来,区块链就可以解决支付渠道和交易纠纷等问题。

于是,为了解决容量问题,5G出现了。5G 技术拥有相当酷炫的优势:数据传输速率高、延迟少、节能、成本低、系统容量大除此之外,还允许大规模的设备连接。因此,5G 技术则能够为物联网提供较大的网络容量,同时,5G 还可以增加节点参与的频率和去中心化,降低网络拥堵时间,增加链上的可扩展性,有助于进一步提高区块链的性能,进而支撑物联网经济的发展。
为了更好的理解5G、区块链和物联网这三种技术之间的联系,我们首先应该认识到这三者之间拥有着特别复杂的多重关系:

• 得益于5G的低延迟、高速度和大容量,促进了物联网的广泛应用;

• 区块链的安全性、去中心化特性、不可篡改性以及共识机制,也成为物联网设备运作最坚实的基础。

我们相信,这三种技术的结合,将会引领无限光明的未来,也终将会促进智慧城市、无人驾驶、智能家居等技术的发展。

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5G与物联网

5G 技术拥有很多优点,如处理数据速度快、网络容量大、延迟低,还能连接大量的设备等。这里的“延迟”是指信号发送和接收之间所需要的时间。在区块链术语中,延迟是指节点广播智能合约到另一个节点接受智能合约所需要的时间。从物联网的角度来讲,不管是智能家居还是无人驾驶,设备间信号传输的低延迟真的至关重要。

“低延迟”还解锁了另一个概念—— Internet of Skills (IoS),通俗的来讲就是,各个领域的专家们通过 VR 耳机进行远程工作,比如,牙医可以远程做手术等。如果延迟不能降到最低,牙医就不能实时做出反应,这种不灵敏性就会危及患者的健康甚至整个手术流程。

得益于 5G 技术,当前家庭带宽服务和蜂窝网络都会得到快速发展,并成为一种全球性网络。同时,5G 对物联网及相关概念的影响,将会通过多接入边缘计算得到进一步的加强。多接入边缘计算是一种网络形式,服务可以从中心节点广播到外围节点,且速度更快、延迟更小。物联网就是利用网络容量将大量的设备相互连接在一起。

据华为的研究估计,到2025年,物联网的连接数量可能会达到1000亿,并且在这之后可能会呈指数型爆发式增长。

在未来数十年内,农业、采矿业和钻探业等传统行业也都将会通过高速物联网实现自动化,而物联网则是由数十亿计的传感器和设备通过 5G 技术进行通信。

当然了,5G不能完美解决物联网的所有问题。

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区块链与物联网

自动化应用广泛依赖于5G的全球性覆盖,5G能够为这些应用在全球范围内提供所需的网络容量、速度和延迟。但 5G 技术依然存在另外两个潜在的障碍:

• 安全性——得益于设备之间高强度的互联性,恶意设备可能会在网络中引起混乱;

• 可扩展性——5G 的推出将会使这些设备之间的交易和支付呈爆炸式增长,到那时候,当前的中心化和去中心化的金融基础设施就已经变的相形见绌了。

区块链技术为 5G 的第一大瓶颈扫除了技术上的障碍。

世界上有数以十亿计的联网设备,而且还会有更多。据估计,到2022年,将有超过500亿个物联网设备投入使用——问题不在于生成的数据量,而在于信任和安全。 

处理能力是一种可用的商品,但信任和安全是有限的。它们需要一种具有弹性,防篡改和安全性的产品。虽然没有任何技术能够保证完全的保护,但是通过保护分散系统上的数据,区块链的使用确实大大降低了风险。 

区块链改进了资产的审计跟踪。通过分散资产和处理,在不依赖于基于云的集中式资产信息解决方案情况下,授权用户可以看到审计跟踪被维护,它是如何被使用的,它被用于什么。所有这些数据都可以更好地为用户的决策过程提供信息。

当然,除非区块链与其他技术(如物联网)集成,否则它的影响将不会是革命性的。在这个由数十亿玩家组成的网络中,区块链可以无缝地和物联网共同工作: 

1. 构建连接仪器/设备

2. 建立传感器网络

3. 收集数据

4. 优化资产

5. 最后,进展到这些资产的货币化

区块链以一种安全、可靠和可追溯的方式将物联网经济整合到一起。物联网市场将从2016年的1570亿美元增长到2020年的4570亿美元。到2025年,区块链将创造超过1760亿美元的商业价值,到2030年将持续增长至3.1万亿美元。

那么,可扩展性该如何解决呢?

目前,区块链并不能解决可扩展性这一障碍,物联网大范围内的设备连接,也就意味着去中心化的区块链架构并不能处理这么大的吞吐量,最起码在区块链这一层解决不了。

当然,还有一个可行的解决方案就是:通过支付渠道或侧链,将大部分交易放到闪电网络等第二层解决方案。

对于任何一种基于区块链的物联网来说,解决可扩展性、安全性和去中心化特性这三大困境是先决条件,而对于用户来说,这三个方面产生的任何一个缺陷都是灾难性的。除非开发者能够在不牺牲安全性和去中心化特性的前提下,提高网络吞吐量,否则物联网就得使用更加有限但必须安全的区块链结构。

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区块链+物联网的应用阻碍

区块链+物联网会遇到以下四个方面的挑战:

在资源消耗方面,IoT设备普遍存在计算能力低、联网能力弱、电池续航短等问题。比特币的工作量证明机制(PoW)对资源消耗太大,显然不然适用于部署在物联网节点中,可能部署在物联网网关等服务器里。其次,以太坊等区块链2.0技术也是PoW+PoS,正逐步切换到PoS。分布式架构需要共识机制来确保数据的最终一致性,然而,相对中心化架构来说,对资源的消耗是不容忽视的。

在数据膨胀方面,区块链是一个只能附加、不能删除的一种数据存储技术。随着区块链的不断增长,IoT设备是否有足够存储空间?例如,比特币运行至今,需要100G物理存储空间。

在性能瓶颈方面,传统比特币的交易是7笔/秒,再加上共识确认,需要约1个小时才写入区块链,这种时延引起的反馈时延、报警时延,在时延敏感的工业互联网上不可行。

在分区容忍方面,工业物联网强调节点“一直在线”,但是,普通的物联网节点失效、频繁加入退出网络是司空见惯的事情,容易产生消耗大量网络带宽的网络震荡,甚至出现“网络割裂”的现象。

从改进方面,可以从两个方面去衡量。

从区块链的角度来看:

(1)对于资源消耗,可以不使用基于挖矿的、对资源消耗大的共识机制,使用投票的共识机制(例如PBFT等),减少资源消耗的同时,还能有效提升交易速度,降低交易时延。当然,在节点的扩展性方面,会有一定损耗,这里需要一个针对应用的权衡。

(2)对于数据膨胀,可以使用简单支付交易方式(SPV),通过默克尔树对交易记录进行压缩。在系统架构上,支持重型节点和轻型节点。重型节点存储区块链的全量数据,轻型节点只存储默克尔树根节点的256哈希值,只做校验工作。

(3)对于性能瓶颈,已经有很多面向物联网的区块链软件平台做了改进。例如,IOTA就提出不使用链式结构,采用有向非循环图(DAG)的数据结构,一方面提升了交易性能,另一方面,也具有抗量子攻击的特性。Lisk采用主链-侧链等跨链技术,进行划区划片管理,也在性能方面取得了不少突破。

(4)对于分区容忍,针对可能存在的网络割裂,可以选择支持链上链下交易,尤其是离线的交易,并在系统设计时支持多个CPS集群。

从物联网的角度来看:

(1)对于资源消耗,随着eMTC、NB-IoT、LoRA等低功耗广域网(LPWA)技术的发展,传输质量、传输距离、功耗、蓄电量的问题将得以逐步解决。

(2)对于数据膨胀,根据摩尔定律和超摩尔定律,存储成本下降,物联网存储能力持续上升。

(3)对于性能瓶颈,随着MEMS传感器、SiP封装工艺等新技术、新工艺、新架构的不断成熟、成本降低,小体积、低功率的传感节点有望广泛应用。

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现实世界中的IoT区块链例子

尽管大多数应用仍处于概念验证阶段,甚至仍停留在规划设计阶段。但是实际上已经有大约25%的应用案例已经完成了概念验证。

一般而言,如果区块链与物联网技术结合的案例符合以下一个或多个特征,就可以创造增量价值:

• 需要在不同设备间建立高度信任和透明度,而这些设备通常由互不信任的各方管理

• 单一记录出错、数据丢失或受损的成本非常高时,成为多个利益相关方可以依赖的唯一真实版本

• 设备可靠;这一点至关重要,因为流氓软件和设备遭篡改的后果十分严

• 依赖自动决策和去中心化交易

根据Forrester Wave:物联网软件平台的报告显示, IBM、PTC、GE和微软已成为占据物联网平台市场的主导企业。SAP、AWS、Cisco、LogMeln、Exosite、Ayla Networks和Zebra Technologies名列前11名。对于排名靠前的物联网平台龙头企业,除了美国参数技术公司(PTC)没有实质披露区块链相关项目以外(该公司很多区块链相关的文章),IBM、微软、亚马逊和SAP都在各自的云平台上提供区块链服务(Blockchain-as-a-Service),为未来海量的物联网设备接入提供弹性资源池,做了超前布局。通用电气GE和思科更多地是关注设备的标识和存证问题。

比如NetObjex推出了使用区块链和物联网的智能停车解决方案。该平台可帮助您找到停车位中的空位,并自动使用加密钱包进行付款。

金州食品(GSF)是一家著名的食品制造商,与IBM合作,利用区块链物联网改善其业务流程。GSF创建了一个透明的账本系统,可以让利益相关者实时访问。

Telstra是一家电信和媒体公司,它提供了区块链物联网智能家居解决方案,使我们的家庭安全系统可以通过远程控制轻松管理。

现代韩国公司正在为他们的初创品牌HDAC(现代数字资产货币)使用区块链物联网,HDAC正在打造自己的专用物联网区块链。

这家初创企业使用的是一种芯片,旨在让工业物联网设备能够使用多种区块链技术。该芯片为分散交互提供了一个安全的平台。


从短期来看,区块链与物联网结合应用将主要关注提高组织内部效率,以及进一步自动化书面跟踪记录,以满足风险和监管要求。从长期来看,随着两种技术逐渐成熟,企业可利用区块链与物联网技术结合来发掘并拓展新的收入来源。随着全新商业模式的出现,业务格局将发生转变。

然而,区块链与物联网结合应用的推广非一日之功。特别是区块链技术的成熟尚需时日,需要克服一些重大阻碍——认识不足以及技术和监管挑战——才能充分释放潜力,并为企业领导者提供所需解决方案,创造显著的经济价值。


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