導讀：區塊鏈作為“ 去中心化” 協作、 分布式數據存儲、 點對點傳輸、共識機制、 加密算法和智能合約等技術在網絡信任管理領域的集成，近年來已成為眾多國家政府、 企業和研究機構的關注熱點， 相關技術和標準組織層出不窮， 產業界亦紛紛加大投入力度， 尋求相關技術方案應用落地。

目前， 區塊鏈技術已被應用到物聯網、 智慧城市、 智能制造、 供應鏈管理、 數字資產交易、 可信云計算、 網絡標識管理等諸多領域并將逐步與實體經濟深度融合， 助力實體經濟轉型升級。 業界預測， 物聯網、 區塊鏈與人工智能等技術的融合應用將引發新一輪的技術創新和產業變革。

我國《 “ 十三五” 國家信息化規劃》 中把區塊鏈作為一項重點前沿技術， 明確提出需加強相關新技術的創新、 試驗和應用， 力求搶占先機， 掌握新一代信息技術主導權。 在2019年10月24日中共中央政治局第十八次集體學習會上， 總書記強調： 把區塊鏈作為核心技術自主創新重要突破口， 加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。

本期的智能內參，我們推薦中國通信標準化協會的研究報告《“物聯網+區塊鏈” 應用與發展》，詳解區塊鏈的技術特點、 國內外區塊鏈產業的發展現狀及區塊鏈與物聯網融合帶來的技術優勢， 著重分析區塊鏈在物聯網的網絡、 平臺和行業應用等方面的發展及應用情況。如果想收藏本文的報告(“物聯網+區塊鏈” 應用與發展)，可以在智東西(公眾號：zhidxcom)回復關鍵詞“nc415”獲取。

一、什么是區塊鏈?

近年來， 物聯網網絡和業務發展迅速。 隨著越來越多的物( 物理世界的物和虛擬世界的物) 的接入需求， 現有的基于中心化信任管理的物聯網網絡與業務平臺將面臨越來越多的挑戰。權威機構預測 2020年物連接數將超過 500 億， 2025 年物連接數可能超過 1000 億。 萬物互聯將重新塑造現有網絡與業務平臺。 與此同時， 萬物互聯也將使得現有物聯網網絡與業務平臺面臨巨大挑戰， 主要包括：

1、 擴展能力： 承載百億級物聯網設備連接服務， 物聯網網絡與業務平臺需要有新型的系統擴展方案;

2、 網間協作： 運營商之間需要構建新型的協作關系來滿足海量物聯網設備接入服務;

3、 安全與隱私保護： 缺乏針對海量物聯網設備的通信和數據安全手段， 以及隱私保護的措施;

4、信任機制： 缺乏針對解決復雜環境下的海量物聯網設備的連接與數據可信機制;

5、 通信協作：缺乏海量物聯網設備之間通信的兼容和協作機制。

近期， 隨著 5G 標準凍結、 各國頻譜加速發放， 5G 商用進程正在快速推進。 5G 網絡將提供不少于十倍于 4G 網絡的網絡速率和海量連接， 同時網絡時延可以降低至 1 毫秒， 且引入虛擬化、 云化、 智能化等技術， 網絡將變得更加靈活敏捷。 這將直接促進各行各業的數字化轉型， 包括在物聯網領域的應用， 為物聯網提供堅實的連接服務和網絡基礎設施。

區塊鏈技術的核心是分布式計算， 以及分布式計算環境下的群體可信協作機制。 區塊鏈技術的分布式計算和群體可信協作機制， 為解決物聯網面臨的可擴展性、 協作能力、 信任關系與安全保護等方面的挑戰提供了嶄新的思路和解決方案。

1、區塊鏈技術特點

區塊鏈的本質是一種數字分布式賬本， 它依托一系列加密算法、存儲技術、 對等網絡等構建而成; 它以對等訪問、 不可篡改和可信的方式保證所記錄交易的完整性、 不可篡改和真實性。 區塊鏈的區塊被定義為一種具備一定信任機制， 可執行讀取或寫入操作的數據集， 區塊鏈的區塊存儲交易的確認、 合約、 存儲、 復制、 安全等相關的信息。

區塊鏈的主要特性包括“ 不可篡改” 、 “ 共識機制” 和“ 去中心化” 。 其中， 區塊鏈的“ 不可篡改” 特性旨在保證數據的穩定性和可靠性， 降低數據被篡改的風險。 區塊鏈的“ 共識機制” 特性在假設多數區塊鏈參與方是可信的前提下， 通過多數參與方參與的共同驗證過程達成的共識而實現區塊鏈交易的真實性驗證; 該特性可在很大程度上阻止基于區塊鏈應用的違約現象發生。 智能合約作為共識協議的一 種實現方式， 可以提供共識機制的自動交互協議能力。 “ 去中心化”特性是區塊鏈分布式計算的自然結果， 是以分布式計算的方式集體共享、 維護數據體系， 體系中每個節點的參與者都可根據自己的需求在權限范圍內直接獲取信息， 而不需要中間平臺傳遞。

從應用形態上講，區塊鏈可以被劃分為公有鏈、聯盟鏈和私有鏈。不同類型的區塊鏈適用于不同的應用場景。

公有鏈是一種完全開放的區塊鏈， 其參與者均可以隨時進入系統中進行數據讀取、 交易發送與確認、 競爭記賬以及系統維護等工作。公有鏈的典型應用包括比特幣、 以太坊等。

聯盟鏈是指由若干個機構共同參與管理的區塊鏈， 屬于一類介于公有鏈和私有鏈之間的混合式區塊鏈; 其中每個機構運行并管理著鏈上一個或多個節點， 其數據只允許聯盟內各機構進行讀寫， 各機構間可發送交易， 并共同來記錄交易數據。 聯盟鏈的典型應用包括超級賬本、 企業以太坊等。

私有鏈是指其寫入權限由某個組織或機構控制的區塊鏈， 其讀取權限可對外開放， 或者附加一定程度的限制。

作為一種在缺乏相互信任的競爭環境中低成本完成可信交易的新型計算范式或協作模式， 區塊鏈憑借其獨有的信任解決機制， 正在 改變諸多行業的運行規則， 是未來發展數字經濟、 構建新型信任體系不可或缺的關鍵技術。

2、 區塊鏈的產業情況

全球范圍內， 區塊鏈已被眾多國家、 企業和研究機構認可， 并被逐步推廣應用到諸多領域。 在中國， 區塊鏈更是獲得高度重視， 成為國家積極布局， 各行各業積極探索并尋求應用落地的熱點。

2016 年， 國務院印發《 “ 十三五” 國家信息化規劃》 ， 突出強調發展區塊鏈與大數據、 人工智能等新技術的重要性。 2017 年， 工信部發布了《 中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》 ， 成為全球首個官方的區塊鏈落地指導文件。 中國人民銀行印發的《 中國金融業信息技術“ 十三五” 發展規劃》 ， 也明確提出了積極推進區塊鏈、 人工智能等新技術應用研究的要求。 2018 年 6 月， 工信部印發《 工業互聯網發展行動計劃( 2018-2020 年) 》 ， 鼓勵推進邊緣計算、 深度學習、區塊鏈等新興前沿技術在工業互聯網的應用研究。 2019 年 1 月， 國家互聯網信息辦公室發布《 區塊鏈信息服務管理規定》 ， 明確區塊鏈信息服務提供者的信息安全管理責任， 規范和促進區塊鏈技術及相關服務健康發展， 規避區塊鏈信息服務安全風險， 為區塊鏈信息服務的提供、 使用、 管理等提供有效的法律依據。

至 2019 年 5 月底， 北京、 上海、 廣東、 河北( 雄安) 、 江蘇、山東、 貴州、 甘肅、 海南等省市或地區發布了區塊鏈相關政策及指導意見， 多個省份將發展和應用區塊鏈技術列入本地的“ 十三五” 戰略發展規劃， 并積極開展區塊鏈的產業鏈布局。 這其中， 尤以北京市、上海市和廣東省出臺政策最為頻繁。

當前， 諸多產、 學、 研組織或單位正將區塊鏈技術與云計算、 大數據和人工智能等前沿技術深度融合、 集成創新， 面向各行各業探索商業應用， 不斷構建各類技術多元化、 領域精細化的專業型區塊鏈。區塊鏈“ 脫虛向實” 趨勢明顯， 行業生態已經初步成形， 正在助力諸多領域實體經濟高質量發展。

區塊鏈作為一種通用技術， 正加速滲透至人類生產、 生活的各個領域， 和各行各業創新融合。 據有關國際研究機構預測， 2020 年全球區塊鏈市場規模將達到 139.6 億美元(約合 986.23 億元人民幣)，2017～ 2022 年間區塊鏈的年復合增長率將高達 42.8%。 隨著各國國家政策的不斷推進引導， 區塊鏈產業將迎來更廣闊的發展空間。

3、 區塊鏈與物聯網的融合

物聯網近年來的發展已經漸成規模， 但在長期發展演進過程中也仍然存在許多需要攻克的難題。

在設備安全方面， 缺乏設備與設備之間相互信任的機制， 所有的設備都需要和物聯網中心的數據進行核對， 一旦數據庫崩塌， 會對整個物聯網造成很大的破壞。

在個人隱私方面， 中心化的管理架構無法自證清白， 個人隱私數據被泄露的事件時有發生。

在擴展能力方面， 目前的物聯網數據流都匯總到單一的中心控制系統，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，物聯網網絡與業務平臺需要有新型的系統擴展方案。

在通信協作方面， 全球物聯網平臺缺少統一的技術標準、 接口，使得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。

在網間協作方面， 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。

區塊鏈憑借“ 不可篡改” 、 “ 共識機制” 和“ 去中心化” 等特性，對物聯網將產生重要的影響， 概括如下：

降低成本： 區塊鏈“ 去中心化” 的特質將降低中心化架構的高額運維成本;

隱私保護： 區塊鏈中所有傳輸的數據都經過加密處理， 用戶的數據和隱私將更加安全;

設備安全： 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;

追本溯源： 數據只要寫入區塊鏈就難以篡改， 依托鏈式的結構有助于構建可證可溯的電子證據存證;

網間協作： 區塊鏈的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， 以低成本建立互信， 促進信息的橫向流動和網間協作。

二、 區塊鏈促進物聯網網絡的發展

近些年來， 物聯網作為通信行業的核心發展領域之一， 正逐步向建立領域聚焦、 能力聚集的物聯網生態方向快速演進， 引入各類新興技術已成為通信行業培育物聯網生態的重要手段， 而區塊鏈技術、 物聯網和 5G 的有機融合已然是其中不可或缺的重要組成部分。

1、 提升 5G 網絡覆蓋能力

5G 網絡作為當前國內外運營商著力建設和爭搶的移動通信網絡，理論傳輸速度可達每秒數十吉比特， 業界預計， 到 2020 年大約有超過 500 多億部移動設備和物聯網設備將連接到 5G 網絡。 通信運營商可以利用區塊鏈技術來提升其 5G 網絡的服務能力。

5G 網絡使用的頻率較高， 基站有效通信覆蓋面相對較小、 信號穿透力相對較弱， 若要滿足網絡覆蓋需求， 需部署大規模的基站和室內微基站， 巨大的成本投入成為通信運營商面臨的極大挑戰。 為解決此問題， 有些運營商在考慮利用區塊鏈技術打造 5G 微基站聯盟， 鼓勵普通個人和商戶部署自己的 5G 微基站， 并通過聯盟， 接入通信運營商網絡， 共同向用戶提供 5G 接入服務， 提升網絡覆蓋能力的同時最大限度降低網絡建設與維護成本。

在 5G 網絡構建與區塊鏈技術融合方面， 中國聯通已與貴陽市政府展開密切合作， 將區塊鏈技術應用到貴陽市“ 一個基地、 一個實驗室、 一張網絡、 一個平臺、 十二個應用” 的 5G 產業體系當中， 其中一個重要的發展方向便是 5G 物聯網環境建設， 主要思路是面向智慧交通、 智慧醫療、 智慧城市、 智慧安防、 智慧校園等領域， 開展包含區塊鏈技術的物聯網試點應用， 并逐步推廣， 培養物聯網生態。 其他運營商也在這些方面積極部署和試點。

2、 提升網絡邊緣計算能力

當前絕大多數物聯網環境仍基于中心化的分布式網絡架構， 邊緣節點仍受中心化的核心節點的能力制約。 通信網絡向扁平化發展， 通過增強邊緣計算能力提升網絡接入和服務能力已成為發展趨勢。 通信網絡的扁平化， 與區塊鏈的“ 去中心化” 有著天然的互補特性。

利用區塊鏈“ 去中心化” 機制， 可以把物聯網的核心節點的能力下放到各個邊緣節點 ， 核心節點僅控制核心內容或做備份使用， 各邊緣節點為各自區域內設備服務， 并可通過更加靈活的協作模 式以及相關共識機制，完成原核心節點承擔的認證、賬務控制等功能，保證網絡的安全、 可信和穩定運行。 同時， 計算和管理能力的下放，亦可增強物聯網網絡擴展能力， 支撐網絡演進升級。

通信運營商可以提升其通信網絡的邊緣結點的獨立性及服務能力， 并提升其與其它通信運營商通信網絡的網間協作能力。 不同通信運營商的邊緣計算結點之間可以相互協作， 協同為這些通信運營商的用戶提供通信服務。

▲邊緣計算與網絡演進

3、提升物聯網身份認證能力

數字身份是指將用戶或物聯網設備( 包括物) 的真實身份信息濃縮后的唯一性數字代碼， 是一種可查詢、 識別和認證的數字標簽， 數字身份在物聯網環境中具有代表身份的重要作用。

利用區塊鏈技術， 可以使用加密技術和安全算法來保護數字身份，從而構建物聯網環境下更加安全便捷的數字身份認證系統。 數字身份利用區塊鏈技術， 可以使用加密技術和安全算法來保護數字身份，從而構建物聯網環境下更加安全便捷的數字身份認證系統。 數字身份在上鏈之前需要通過認證機構( 例如， 政府、 企業等) 的認證與信用背書， 上鏈之后， 基于區塊鏈的數字身份認證系統保障數字身份信息的真實性， 并提供可信的認證服務。 物聯網中每個設備都有自己的區塊鏈地址， 可以根據特定的地址進行注冊， 從而保護其數字身份不受其他設備的影響。

為適應 5G 和物聯網技術的快速發展， 運營商面對更加眾多的產業合作方， 必須通過技術手段加強安全的互信合作。 公鑰基礎設施( PKI) 是一種建立互信的重要技術手段， 是運營商對內優化流程、對外協作的安全方案平臺。 隨著網絡與通信技術的發展， PKI 體系在移動通信網、 物聯網、 車聯網等場景中的應用越來越多。 但 PKI 在使用的便捷性和互聯互通等方面產生了一些新的問題。 區塊鏈技術去中心、 防篡改、 多方維護等特點可幫助 PKI 體系更加透明可信、 廣泛參與、 優化流程等。

4、提升物聯網設備安全防護能力

基于成本和管理等方面的因素， 大量物聯網設備缺乏有效的安全保護機制， 例如， 家庭攝像頭、 智能燈、 路燈監視器等。 這些物聯網設備容易被劫持。 被劫持的物聯網設備經常被惡意軟件肆意控制， 并對特定的網絡服務進行拒絕服務( DDoS) 攻擊。 為了解決這類問題，需要發現并禁止被劫持的物聯網設備連接到通信網絡， 并在它們訪問目標服務器之前就切斷它們的網絡連接。 通信運營商可以升級物聯網網關， 并將物聯網網關用區塊鏈連接起來， 共同監控、 標識和處理物聯網設備的網絡活動， 保障并提升網絡安全。

5、 提升通信網絡運維能力

對于通信運營商來說， 傳統的電信設備運維， 面臨著諸多問題，例如， 設備的日常維護、 巡檢等工作會耗費大量人力和時間， 同時運維數據也可能面臨造假， 不信任等問題。 而基于物聯網、 區塊鏈技術，則可以減輕或解決這些問題。 利用區塊鏈技術， 可實現數據的可靠、可信， 保證運維數據的真實性。 而結合物聯網技術， 實現通信設備與感知設備的信息互聯互通， 例如， 自動感知技術可實現數據的自動采集， 將傳統的設備運維擴展為自動化檢查， 可極大地提升運維工作效率。 另外， 在設備現場可安裝溫度、 濕度傳感器或攝像頭， 實時獲取各種運維數據、 環境數據等， 或是利用探測器定時對設備進行撥測，檢測設備運行狀態等。 借助物聯網、 區塊鏈技術， 可以提升電信設備的日常運維及巡檢效率， 并能實現數據的真實、 可信。

6、 提升國際漫游結算能力

未來， 伴隨著物聯網連接空間的不斷擴張， 全球通信運營商將很有可能需要針對物聯網環境,建立易于操作和運維的國際通信漫游業務以及相關結算體系。 區塊鏈技術可為相關需求提供支撐， 幫助運營商建立低成本、 高可靠、 智能化的漫游結算體系， 包含身份認證、 漫游計費、 欺詐識別和費用監測等服務功能。

利用區塊鏈系統可信度高和防篡改的特性， 運營商及其漫游伙伴之間可以共享一套可信、 互認的漫游協議文件及財務結算文件體系，所有的漫游記錄全部都上鏈， 實現可查可追溯、 安全透明， 提升結算工作效率， 消除之前因為不一致帶來的爭端處理復雜的難題。

7、 提升物聯網數據管理能力

物聯網時代人與物、 物與物的連接數呈爆發式增長， 使得通信運營商管理的數據規模不斷攀升， 數據管理過程中相關信息的確權、 追溯、 保護等工作面臨全新挑戰。 為應對這些挑戰， 通信運營商可利用區塊鏈技術進行數據存儲管理， 解決傳統數據存儲模式的中心化、 易被攻擊篡改等問題， 同時， 也可使用區塊鏈平臺來提供數據交易和交易確權服務。

三、 區塊鏈提升物聯網平臺的能力

1、基于區塊鏈的物聯網業務平臺

當前， 物聯網業務平臺多種多樣， 支撐著種類繁多的物聯網網絡和服務需求。 傳統的物聯網業務平臺通常是中心化的。 不失一般性，傳統的物聯網業務平臺可以通過下圖來描述。

▲傳統物聯網業務平臺

傳統的物聯網業務平臺作為連接和服務中心， 它連接和管理物聯網應用、 物聯網業務， 物聯網設備、 物聯網數據。 在傳統的物聯網業務平臺中， 物聯網應用和物聯網業務只有通過物聯網業務平臺才可以訪問物聯網設備和物聯網數據。

根據物聯網業務平臺的部署和協作機制， 物聯網業務平臺可以分為三種工作模式:中心化工作模式、 分布式工作模式和“ 去中心化”式工作模式 ：

在中心化工作模式下， 物聯網業務平臺部署在系統側的單一位置(例如， 某個數據中心)， 由單一平臺供應商管理， 并向物聯網設備、 物聯網應用和物聯網業務提供中心化服務。

在分布式工作模式下， 物聯網業務平臺可以部署在系統側的多個位置(例如， 多個數據中心)， 也通常由單個平臺供應商管理， 并向物聯網設備、 物聯網應用和物聯網業務提供分布式服務。

在“ 去中心化” 工作模式下， 物聯網業務平臺是由一群相互獨立的參與者建立和維護， 這些參與者可能是互不相關的， 可以是互信的或不互信的。 在這種工作模式下， 物聯網應用、 物聯網業務、 物聯網設備可以成為物聯網業務平臺的組成部分，共同提供物聯網服務。 此外， 在“ 去中心化” 工作模式下， 不再考慮參與者是在系統側還是在終端側。

不同類型的物聯網業務平臺可以建立在相同或不同的通信底層基礎設施( 例如， 網絡、 云、 大數據、 安全、 管理、 計費等)上。

▲ 物聯網業務平臺工作模式

根據預測， 2020 年全球的物聯網設備數量將達到數百億臺。 隨著物聯網中設備數量的急劇上升， 服務需求不斷增加， 傳統物聯網服務模式面臨巨大挑戰， 主要體現在數據中心基礎設施建設與維護投入成本的大幅攀升， 以及相關物聯網業務平臺存在的安全隱患和性能瓶頸等問題。 為解決這些問題， 不少企業或機構開始嘗試設計各種新型物聯網服務模式， 而使用區塊鏈技術來搭建“ 去中心化” 的物聯網業務平臺已成為其中重要的模式之一。

使用區塊鏈技術搭建的物聯網業務平臺， 是一種“ 去中心化” 的業務平臺( 簡稱物聯網區塊鏈， 或 Blockchain of Things, BoT) 。物聯網區塊鏈支持物聯網實體(例如， 物聯網設備、 物聯網服務器、物聯網網關、 服務網關和終端用戶設備等)在“ 去中心化” 的模式下相互協作 。 在一個物聯網實體上可以部署一個或多個物聯網區塊鏈節點( BoT 節點) 和“ 去中心化” 應用( dApp) 。 物聯網實體通過去“ 中心化” 應用連接到 BoT 節點， 進而在物聯網區塊鏈上相互協作。

▲ 基于區塊鏈的物聯網業務平臺

2017 年初， 中國聯通和中興通訊等單位牽頭在國際電信聯盟( ITU-T) 第 20 研究組發起并成立了“ 基于物聯網區塊鏈的“ 去中心化” 業務平臺框架” ( Y.IoT-BoT-fw) 國際標準項目， 旨在研究并制定基于區塊鏈技術的物聯網業務平臺的業務框架等相關國際標準。

根據物聯網業務的特點， 物聯網業務可以部署在物聯網區塊鏈上，也可以部署在物聯網區塊鏈外。

物聯網區塊鏈支持智能合約。 如果物聯網業務可以通過智能合約來呈現和執行， 并且物聯網業務也可以公開部署， 那么這類物聯網業務可以以智能合約的形式直接部署在物聯網區塊鏈上; 例如， 對物聯網設備做身份識別、 對物聯網數據做在線處理等物聯網業務。

如果物聯網業務比較復雜， 不能通過智能合約來呈現和執行， 或者物聯網業務不可以公開部署， 那么這類物聯網業務可以部署在物聯網區塊鏈外， 同時， 也可以在物聯網區塊鏈上部署智能合約來提供輔助性服務， 例如， 業務導流、 設備身份認證、 數據存儲等。

當物聯網業務以智能合約的方式部署在物聯網區塊鏈上時， 物聯網設備可以在物聯網區塊鏈上通過查尋和執行相關智能合約來訪問對應的物聯網業務。 當物聯網業務部署在物聯網區塊鏈外部時， 物聯網設備可以通過物聯網區塊鏈查尋和執行相關輔助性智能合約以獲得訪問物聯網業務的訪問許可， 然后與對應的物聯網業務直接交互;同時， 根據物聯網業務的需求， 物聯網業務和物聯網設備可以把雙方交互的結果數據存儲在物聯網區塊鏈上。

根據物聯網設備的數據處理能力和網絡訪問能力， 可以把物聯網設備粗略地劃分為全功能物聯網設備和能力受限物聯網設備。 全功能物聯網設備可以直接連接到物聯網區塊鏈， 并可以直接參與物聯網區塊鏈上的交互與協作。 能力受限物聯網設備可以通過物聯網網關間接連接到物聯網區塊鏈， 并間接參與物聯網區塊鏈上的交互與協作。

物聯網設備在啟動時或狀態發生變化時， 可以注冊到物聯網區塊鏈或者更新在物聯網區塊鏈上的信息。 物聯網設備可以在物聯網區塊鏈上部署智能合約， 或者物聯網設備的運營者或管理者可以在物聯網區塊鏈上部署智能合約， 例如， 物聯網設備的注冊、 更新、 認證、 訪問、 數據處理等智能合約。

物聯網業務通過物聯網區塊鏈， 可以查尋到注冊的物聯網設備信息， 例如， 注冊信息、 訪問信息等。 對于全功能物聯網設備來說， 它們作為物聯網區塊鏈的組成部分， 物聯網業務可以通過執行相關智能合約來與這類物聯網設備直接交互。 對于能力受限物聯網設備來說，它們通過物聯網網關與物聯網區塊鏈間接連接， 此時， 物聯網業務可以通過相應的物聯網網關來間接地與物聯網設備交互。

物聯網業務和物聯網設備都可以通過智能合約來存儲和訪問物聯網數據。 物聯網區塊鏈可以設置數據安全與隱私保護策略， 使得只有獲得約定許可的物聯網設備和物聯網業務可以訪問和處理約定的物聯網數據; 同時， 對于未獲許可的物聯網設備和物聯網業務來說，按物聯網區塊鏈的策略， 它們全部( 或部分) 可以存儲加密的物聯網數據， 但無權解密和使用加密的物聯網數據。 物聯網區塊鏈擁有區塊鏈的數據管理特性， 有利于物聯網數據的收集、 存儲和管理。

物聯網區塊鏈作為一種“ 去中心化” 的物聯網業務平臺， 它適用于 ITU-T Y.4000 標準定義的物聯網參考模型 。 考慮到物聯網區塊鏈的“ 去中心化” 特性和信任協作機制， 在物聯網參考模型中需要增加一些相應的能力要求。

▲物聯網區塊鏈的參考模型

物聯網區塊鏈的大部分新增能力要求都集中在物聯網參考模型的服務和應用支撐層， 包括訪問控制、 共識管理、 加密支撐、 數據管理、 節點控制、 合約管理、 點對點( P2P) 通信、 存儲與計算等。 同時， 在應用層和設備層， 需要物聯網應用( 業務) 、 物聯網設備和物聯網網關能夠通過服務和應用支撐層提供的能力來相互通信和協作。 為了保證物聯網區塊鏈的安全可靠的運營， 物聯網區塊鏈還需要新增部分安全和管理能力， 以保障在“ 去中心化” 環境下物聯網區塊鏈節點可以安全、 可靠和可信地相互協作。

2、基于區塊鏈的云服務

利用區塊鏈技術和云計算平臺可以搭建區塊鏈云服務(BaaS) 平臺， 面向開發者與行業用戶提供區塊鏈能力服務。

通信運營商可以云計算平臺為基礎， 融合大數據、 區塊鏈等技術，向區塊鏈應用開發者提供基于 BaaS 的服務開發環境 ， 讓應用開發者在彈性、 開放的云平臺上快速構建自己的 IT 基礎設施和區塊鏈服務。 開發者使用 BaaS 可極大降低實現區塊鏈底層技術的成本，簡化區塊鏈構建和運維工作， 專注于滿足行業用戶的個性化需求或制定專業化解決方案。 BaaS 還可為應用開發者提供安全服務能力， 例如， 配置具有防范內部攻擊、 高認證等級的業務系統隔離、 安全服務容器、 防篡改硬件安全模塊、 高度可審計的操作環境等等。

同時， 區塊鏈云服務亦可致力于面向區塊鏈行業用戶， 提供基礎技術能力， 具體可包括企業級區塊鏈基礎設施， 端到端解決方案， 以及安全、 可靠、 靈活的區塊鏈云服務等等。 用戶通過高性能的區塊鏈服務， 可在實現安全可靠交易對接的前提下， 利用可視化數據管理手段， 有效降低企業運營綜合成本， 提高運營效率。

▲BaaS 框架

區塊鏈云服務可以與物聯網的邊緣計算基礎設施相互融合， 利用物聯網的邊緣計算結點向物聯網用戶和設備提供物聯網區塊鏈融合業務。 同一通信運營商或者不同通信運營商的物聯網邊緣計算節點可以構成區塊鏈( 例如， 聯盟鏈) ， 這些邊緣計算節點可以代表物聯網設備存儲數據和參與協作， 從而可以加快物聯網設備之間的協作效率。

四、 區塊鏈賦能物聯網行業應用

將大數據、 物聯網、 人工智能與區塊鏈等新技術相互融合， 促進數字經濟和實體經濟發展， 是當前社會經濟發展的主流方向。 國內外主流互聯網公司和通信運營商紛紛投身技術融合研究， 發展相關應用，積極布局區塊鏈應用生態圈。 區塊鏈技術支持物聯網海量設備擴展，可用于構建高效、 安全的分布式物聯網網絡， 以及部署海量設備網絡中運行的數據密集型應用。 區塊鏈可為物聯網提供信任機制， 保證所有權、 交易等記錄的可信性、 可靠性及透明性， 同時， 還可為用戶隱私提供保障機制，從而有效解決物聯網發展面臨的大數據管理、信任、安全和隱私等問題， 推進物聯網向更加靈活化、 智能化的高級形態演進。

使用區塊鏈技術構建物聯網應用平臺， 可“ 去中心化” 地將各類物聯網相關的設備、 網關、 能力系統、 應用及服務等有效連接融合，促進其相互協作， 打通物理與虛擬世界， 降低成本的同時， 極大限度的滿足信任建立、 交易加速、 海量連接等需求。 區塊鏈在物聯網領域的行業應用探索始于 2015 年左右， 比較典型的應用領域包括， 智慧城市、 工業互聯網、 物聯網支付、 供應鏈管理、 物流、 交通、 農業、 能源、 環保等。 “ 物聯網+區塊鏈” 具備廣泛的應用能力， 面向產業領域， 可以推動智慧城市、 保險金融的行業發展; 面向公眾領域， 可以增強智能錢包、 電子代付等應用效能; 面向企業經營，可以提升產權管理、 大數據交易等服務能力; 面向通信領域， 可以完善漫游結算、 邊緣計算等功能體系。

▲區塊鏈應用全景圖

目前區塊鏈在工業互聯網、 供應鏈管理等領域有一些比較成熟的應用，其他領域的應用還多處于實驗驗證階段。本白皮書從智慧城市、工業互聯網、 物流、 溯源防偽、 智能交通等多個領域展開分析。

1、智慧城市

當前的智慧城市建設中， 物聯網技術已經被廣泛地使用， 例如常見的公共交通、 下水道井蓋、 城市街道照明、 智能水表/電表/燃氣表等設備， 都是通過傳感器連接和監控來收集和傳輸數據， 而未來會有更多個人、 公共設施設備的數據會被自動采集， 并被廣泛使用。 但是這些數據在傳輸和使用過程中， 可能會面臨信息安全、 數據篡改等問題， 而區塊鏈技術的融入， 將可以有效地提升智慧城市數據安全的保護能力。 區塊鏈技術可以為跨層級、 跨部門的智慧城市數據互聯互通提供安全可信任的環境， 技術上允許政府部門對訪問方和訪問數據進行自主授權， 對數據調用行為進行記錄， 出現數據泄露事件時還能夠準確定位責任， 可大幅降低智慧城市數據使用和共享的安全性風險。

2、工業互聯網

組建高效、 低成本的工業互聯網， 是構建智能制造網絡基礎設施的關鍵環節。 在傳統的工業互聯網的組網模式下， 所有設備之間和供應鏈各環節的連接與通信需要通過中心化的網絡及通信代理予以實現， 這極大增加了組網和運維成本， 同時這類組網模式的可擴展性、可維護性和穩定性也相對較低。

區塊鏈基于 P2P 組網技術和混合通信協議處理異構設備間的通信， 能夠顯著降低中心化數據中心的建設和維護成本， 同時還可以將計算和存儲等能力分散到物聯網網絡各處， 有效避免由單一節點失敗而導致整個網絡崩潰問題。 區塊鏈中分布式賬本的防篡改特性， 能有效降低工業互聯網中任何單一節點設備被惡意攻擊和控制后帶來的信息泄露和惡意操控風險。利用區塊鏈技術組建和管理工業互聯網， 能及時掌控網絡中各種生產制造設備的狀態以及參與分工協作的各相關方的狀態，提高設備的利用率和維護效率，從而能提供更加精準、高效的供應鏈服務。

3、 物聯網支付

物聯網的快速發展也推動了支付方式的創新， 未來支付方式及平臺也必然會和物聯網有更深層次的結合， “ 互聯網支付” 勢必會升級到“ 物聯網支付” 。 現有的系統架構和中心化的商業運作模式將無法支撐物聯網時代數據的指數級增長。 同時各行業、 各設備的數據結構的不一致性、 數據信息不聯通、 數據被惡意篡改、 終端數據的隱私保密性等等問題， 會進一步阻礙物聯網支付的發展。

客戶隱私和數據安全是未來最重要的兩個課題， 物物之間支付的海量數據處理和賬務處理， 低時延需求等特點要求未來的技術必須是分布式的。 區塊鏈的分布式存儲,分布式計算， 內容分發等技術是數據的指數級增長處理的必然選擇。 區塊鏈具有的可溯源， 防篡改， 數據保護， 安全控制等特性， 可以提升支付的信用等級。 目前， 區塊鏈在物聯網支付領域比較典型的應用是利用區塊鏈技術， 為現有的物聯網行業提供一種人對機器或者機器對機器的支付解決方案， 并據此建立基于區塊鏈的微支付體系， 實現對物聯網設備的實時接入支付， 有效促進物聯網數據的交易與流通。

4、 供應鏈管理

供應鏈是一個由物流、 信息流、 資金流等要素共同組成的復雜體系， 連接各行業的供應商、 制造商、 分銷商、 零售商及用戶。 未來，物聯網中將存在數量龐大的供應鏈， 如何有效管理供應鏈， 建立數據透明、 通信流暢、 責任明確的信息傳遞機制是提升供應鏈效率所面臨的重要問題之一。

區塊鏈技術作為一種適用于規模化生產的協作工具， 可用于物聯網供應鏈管理， 其“ 去中心化” 特性能使數據在交易各方之間公開透明， 保證信息流的完整與流暢， 這可確保參與各方能及時發現供應鏈系統運行過程中存在的問題， 找到應對問題的方法; 其數據不可篡改性和時間戳的存在能很好地運用于解決供應鏈體系內各參與主體之間的糾紛， 實現有效舉證與追責; 其可追溯性可協助去除供應鏈內產品流轉過程中的假冒偽劣問題。

5、 物流與物流金融

區塊鏈在物流和物流金融領域的應用， 是當前的一個研究和應用熱點。 區塊鏈的數字簽名和加解密機制， 可以充分保證物流信息安全以及寄、 收件人的隱私。 區塊鏈的智能合約與金融服務相融合， 可簡化物流程序、 提升物流效率。

基于區塊鏈的物流快遞是一個比較典型的物聯網區塊鏈應用。 在快遞交接過程中， 交接雙方需通過私鑰簽名完成相關流程， 貨物是否簽收或交付只需要在區塊鏈中查詢即可。 在最終用戶沒有確認收到快遞前， 區塊鏈中就不會有相關快遞的簽收記錄， 此機制可有效杜絕快遞簽名偽造、 貨物冒領、 誤領等問題。 同時， 區塊鏈的隱私保護機制可隱藏收、 發件人實名信息， 從而有效保障用戶信息安全。

6、 溯源防偽

利用區塊鏈的不可篡改、 數據完整追溯以及時間戳等功能建立物品溯源平臺， 可針對食品、 藥品、 藝術品、 收藏品、 奢侈品等商品，提供防偽溯源服務。 比較典型的應用有：

商品防偽溯源：運用區塊鏈技術搭建防偽追溯能力開放平臺，可通過聯盟鏈的方式， 實現線上、 線下零售商品的身份認證、流轉追溯與交易記錄等， 從而更有效地保護品牌和消費者的權益， 幫助消費者提升購物體驗。

食品溯源： 通過區塊鏈技術與物聯網的結合， 使整個食品鏈都有證可查， 每一個環節都能追根溯源， 從而加強食品的可追溯性和安全性， 提升食品供應鏈的透明度， 保障食品安全。

醫藥溯源： 區塊鏈服務的可追溯能力和“ 去中心化” 能力可應用在醫藥的交易、 運輸及溯源等方面， 用于建立藥品需求預測化、 采購流程簡潔化、 庫存容量合理化、 物流運輸高效化的醫藥服務行業體系， 解決供應鏈上下游之間的信息不透明和不對稱難題。

7、 智能交通

區塊鏈技術可以在智能交通的諸多領域發揮作用， 例如， 車證管理、 交通收費、 道路管理等， 主要體現在：

車輛認證管理： 利用區塊鏈數據的不可更改特性以及“ 去中心化” 的共識機制， 管理和提供車輛認證服務， 并可以提供電子車牌號服務。

交通收費管理： 使用區塊鏈電子代幣支付交通違規罰款、 路橋通行費等， 實現即時付款， 節省管理和運營成本。

道路管理： 使用區塊鏈來記錄車輛的實時位置， 通過區塊鏈平臺的“ 去中心化” 服務特性來判斷不同區域的交通堵塞的程度， 提供區域性的交通協調疏導方案。

8、醫療保健

區塊鏈與醫療保健的結合， 特別是電子醫療數據的處理， 是當前區塊鏈應用的重要研究熱點之一。 醫療數據有效共享可提升整體醫療水平， 同時降低患者的就醫成本。 醫療數據共享是敏感話題， 是醫療行業應用發展的痛點和關鍵難題， 這主要源于患者對個人敏感信息的隱私保護需求。

區塊鏈為解決醫療數據共享難題提供潛在的解決方案。 患者在不同醫療機構之間的歷史就醫記錄可以上傳到區塊鏈平臺上， 不同的數據提供者可以授權平臺上的用戶在其允許的渠道上對數據進行授權訪問。 這樣既降低了運營成本也解決了信任問題。

區塊鏈在醫療領域的一個比較典型的應用是慢病管理。 醫療監管機構、 醫療機構、 第三方服務提供者及患者本人均能夠在一個受保護的生態中共享敏感信息， 協調落實一體化慢病干預機制， 促進疾病得到有效控制。

9、 環保

環保行業通常利用物聯網技術建立相關監測系統， 實現重點污染源自動監控、 環境質量在線監測等功能， 但這中間存在著對環保監測設備和監測數據的信任問題。 企業在缺乏監管的情況下， 可能直接改變設備狀態和篡改相關數據。 此外， 環保數據的共享開放也是難題。

區塊鏈和物聯網的融合， 可以解決環保監管過程中存在的末端監控、 數據有效性低、 監控手段單一等問題。 應用區塊鏈技術可以確保每個環保監測設備身份可信任、 數據防篡改， 這樣既能夠保證企業和機構的隱私， 又能做到必要的環保數據開放共享。 物聯網區塊鏈能夠 實現不同廠家、 協議、 型號的設備統一接入， 建立可信任的環保數據資源交易環境， 助力環保等政策的落地實施。

區塊鏈在環保領域比較典型的應用主要有：

環保數據管理： 污染數據從環保監測設備傳送到網絡過程中存在被篡改的可能性， 區塊鏈能為每次監測提供永久性記錄，并通過應用加密技術防止篡改， 提升數據的可靠性， 加強對排污企業的監管。 應用區塊鏈技術還可以實現排污全程的數字化跟蹤， 避免人為因素對排污數據準確性的影響。

一源一檔： 環保部門使用區塊鏈技術搭建排污企業基礎信息庫， 對備案排污企業所有資料和污染設備進行集中管理， 為每個污染源建立對應的檔案， 并將檔案放在區塊鏈上， 防止偽造和篡改。 同時采用區塊鏈技術強化賬戶驗證機制， 防止賬戶數據被盜竊。

環保稅實施： 物聯網區塊鏈能為環保稅的實施提供一種可行的技術方案。 區塊鏈技術可以實現數據全網共識和共同維護，與物聯網結合可以更準確地采集排污企業的排污數據。

10、能源

能源行業目前存在常規能源產能過剩、 新能源利用率和回報率低以及相關基礎設施和硬件配置不完備等問題。 同時， 能源行業普遍采用傳統人工運維方式， 效率低、 成本高， 也存在安全風險。 另外， 能源領域存在的監測計量設備落后、 采集數據精確度低、 信息孤島化等問題亦影響著能源行業的發展。 運用區塊鏈技術可一定程度上解決上述問題， 典型應用主要包括：

分布式能源管理： 區塊鏈的分布式結構與分布式能源管理架構具有高度一致性; 區塊鏈技術可應用于電網服務體系、 微電網運行管理、 分布式發電系統以及能源批發市場。 同時， 區塊鏈與物聯網技術融合應用能為可再生能源發電的結算提供可行途徑， 并且可以有效提升數據可信度。 此外， 利用區塊鏈技術還可以構建自動化的實時分布式能源交易平臺， 實現實時能源監測、 能耗計量、 能源使用情況跟蹤等諸多功能。

新能源汽車管理： 物聯網與區塊鏈融合技術可以提升新能源汽車管理能力， 主要包括： 新能源汽車的租賃管理、 充電樁智能化運營和充電場站建設等。 同時亦可以促進電動汽車供應商、充電樁供應商、 交通運營公司、 商戶和市名之間數據共享。

能源交易： 通過區塊鏈技術及智能合約， 可以為能源交易提供更加便捷的支付方式和信任機制， 提高交易效率， 降低違約率， 保障交易數據的安全， 提升能源行業的資金流轉率。 例如，針對能源批發交易、 居民售電、 居民使用公共電力交易結算等場景， 均可使用物聯網區塊鏈技術進行結算， 提升交易效率，減少人工錯誤。

11、 農業

國內農業資源相對分散和孤立， 造成了科技和金融等服務資源難以進入農業領域。 同時， 農業用地和農業產品的化學污染泛濫， 產業鏈信用體系薄弱等問題使消費者難以獲得安全和高質量的食品。 物聯網與傳統農業的融合， 可以一定程度上解決此類問題， 但由于缺乏市場運營主體和閉環的商業模式， 實際起到的作用還比較有限。 這些問題的根源在于在農業領域缺乏有效的信用保障機制。

物聯網區塊鏈能夠有效解決當前農業和農產品消費的痛點： 一方面， 依托物聯網提升傳統農業效率， 連接孤立的產業鏈環節， 創造增量價值; 另一方面， 依托區塊鏈技術連接各農業數字資源要素， 建立全程的信用監管體系， 從而引發農業生產和食品消費領域革命性升級。比較典型的應用有：

農產品溯源： 農產品的生產地和消費地距離遠， 消費者對生產者使用的農藥、 化肥以及運輸、 加工過程中使用的添加劑等信息無從了解， 造成了消費者對產品的信任度降低。 基于區塊鏈技術的農產品追溯系統， 可將所有的數據記錄到區塊鏈賬本上，實現農產品質量和交易主體的全程可追溯，以及針對質量、 效用等方面的跟蹤服務， 使得信息更加透明， 從而確保農產品的安全， 提升優質農產品的品牌價值， 打擊假冒偽劣產品， 同時， 保障農資質量、 價格的公平性和有效性， 提升農資的創新研發水平以及使用質量和效益。

農業信貸： 農業經營主體申請貸款時， 需要提供相應的信用信息， 其中信息的完整性、 數據準確度難以保證， 造成了涉農信貸審批困難的問題。 通過物聯網設備獲取數據并將憑證存儲在區塊鏈上， 依靠智能合約和共識機制自動記錄和同步， 提高信息篡改的難度， 降低獲取信息的成本。 通過調取區塊鏈的相應數據為信貸機構提供信用證明， 可以為農業、 供應鏈、 銀行、科技服務公司等建立多方互信的科技貸款授信體系， 提高金融機構對農業的支持力度， 簡化貸款評估和業務流程， 降低農戶貸款申請難度。

農業保險： 物聯網數據在支持貸款、 理賠評定等場景中具有重要的作用， 與區塊鏈結合之后能提升數據的可信度， 簡化農業保險申請和理賠流程。 另外將智能合約技術應用到農業保險領域， 可在檢測到農業災害時， 自動啟動賠付流程， 提高賠付效率。

12、 車聯網

車聯網( 包括車內網、 車際網和車載移動互聯網) 是物聯網的重要應用領域。 據不完全統計， 中國機動車保有量已超過 3 億多輛， 這將使得中國將會是全球車聯網的主力潛在市場。 我國車聯網在發展過程中持續受到數據安全和可持續性發展等諸多方面的挑戰。 區塊鏈技術可促進車聯網數據管理、安全與效率等方面的能力提升，主要包括：

車聯網的大數據管理： 隨著接入網絡的車輛越來越多， 車聯網中收集到的駕駛習慣和行為模式數據將成幾何級數增加。 區塊鏈技術是有效處理這些龐大數據問題的潛在解決方案。

車聯網的安全及效率： 區塊鏈技術可以被用于解決車聯網的安全保障和身份認證問題， 相關技術可通過較少的成本投入，在車聯網的節點之間建立溝通橋梁， 區塊鏈的“ 去中心化” 的共識機制和智能合約等技術可有效提升車聯網系統的安全私密性和便捷性。

智東西認為，物聯網和區塊鏈這兩個技術可謂是當今科技領域的大熱門，隨著物聯網的發展，大量部署在傳統數據中心、云內的基礎設施(存儲、計算、網絡)將不可避免部署在邊緣和終端設備上，這樣做的直接后果就是數據的安全性受到極大挑戰。物聯網最大的問題是沒有落地場景。所以區塊鏈提供的防篡改、分布式的記錄保存機制，使其極其適用于解決物聯網安全問題，而物聯網則給區塊鏈提供了大量的落地場景。所以，區塊鏈和物聯網這兩大趨勢的結合可說是“天作之合”。