基于区块链技术的物联网应用研究

基于区块链技术的物联网应用研究

摘要：比特币创始人中本聪因非主权货币和竞争发行货币的理念催生了比特币，而区块链诞生于比特币的思想。最近两年，由于其根植于信息时代并体现出解决

现实问题的可行性、便利性和高效性，区块链技术正在被世界各国加大研究投入

并推出了很多实际的应用场景，如游戏、物联网、供应链、审计、政府治理、征

信管理、分享经济、版权等，体现出公有链、私有链以及联盟链三种形式。

关键词：区块链技术；物联网；应用

引言

物联网（IoT,Internetofthings）系统是联系人与社会、人与自然的媒介，是构

建各类智能系统的基础设施，如智能家居、智慧城市等，已经逐步深入到人们生

活的方方面面及各个垂直行业。现有系统一般基于云计算系统来汇集IoT设备采

集的数据，并基于数据分析结果对IoT设备发送控制指令。对于时延敏感的IoT

应用，可结合边缘计算来降低处理时延，但总体来说还是中心化的数据收集和处

理模式。

1区块链数据结构

区块链是由区块按时间顺序串联起来的链式结构，区块由区块头和区块体构成。区块头包含版本号、区块高度、前一个区块的哈希值（父哈希）、当前区块

的哈希值（目标哈希）、时间戳、Merkle（默克尔）根和随机数。其中，随机数

是用于工作量证明（PoW）算法的计数器，其是选填项，由采用的共识算法而定。区块体包含具体的交易信息。为确保数据的完整性，并实现对某笔交易快速验证，区块链中采用Merkle树证明机制。

2基于区块链技术的物联网应用

2.1在农产品中的应用

农产品质量追溯主要是对农产品的生产、加工、仓储和物流等环节进行追溯

和监控，一般包括可追溯信息的收集、处理和查询这3个基本环节。物联网技术

架构下的农产品质量溯源体系是质量溯源体系发展的较新研究成果，其主要包括

基础接入层、数据库层、应用层和展现层四个层次。其中基础接入层主要是通过

传感器、条码设备、RFID无线射频识别技术、GPS定位装置、监控设备、网络设

备等收集各种农产品信息；数据库层主要是对收集的数据信息处理，并形成一个

农产品信息数据库；应用层主要是为生产加工企业、消费者、监管部门等利益相

关者提供农产品信息数据；展现层主要是展现一个具体的农产品质量安全追溯系

统平台，包含生产检测子系统、加工管理子系统、物流运输子系统等功能子系统。区块链技术所具有的可追溯性、不可篡改性、去中心化、智能合约等特点恰好解

决了物联网技术无法解决的一些难题。一是“物联网+区块链”实现了信息来源可靠、传输过程不被篡改。首先物联网平台收集数据完全是由机器自动获取，确保了收

集信息的准确性；其次，区块链使用分布式数据库和参与节点共同认证等实现了

数据不可篡改。二是使隐私安全和数据共享能同时实现。区块链可以为每一个数

据交易节点配备了私钥和公钥一对密钥，公钥起地址通信作用，私钥对实际地址

进行加密签名，只有具有对应私钥的主体才可以解密，实现数据匿名传输，另外

区块链形成的是一个共享数据库。从而使隐私安全和数据共享同时得以实现。三

是基于区块链技术的智能合约是去中心化的智能合约，各交易方之间没有中介，

也没有大量纸质的信用凭证，只需要执行私有分布式账户上的智能合约，能够显

著提高交易效率和降低交易成本。

2.2在智能电网中的应用

第一步，需要构建电能交易框架。区块链技术在智能电网的物联网应用中，

首先需要通过交易框架的构建，这样才能进行数据信息的定期传输、管理、运用，实现其优化配置与充分利用，解决各种纠纷。电能交易主要包括资金、信息与能

量的流动，需要对各项数据信息展开实施追踪与分析，然后将其传输到系统平台中，帮助电网管理人员能够及时获取购电信息与售电信息，发布售电单价等，避

免各种混乱现象。第二步，借助电能交易技术。电能交易的过程比较复杂，存在

着单主体对多用户，多主体对多用户的现象。如果采用互联网信息技术，难免会

存在着一定的局限性，无法满足区块链中的需求。这时就需要借助电能交易技术

来实现智能交易，定期展开预测与评估。首先，在交易之前，先对用户数量展开

调查与分类，比如个人用户、企业用户等，针对不同的用户用电情况，制定不同

的用电计划与方案，防止出现断电情况。其次，采用智能追踪的方式，全面、及

时获取用户的用电信息，个人信誉以及能力情况，然后针对不同的用户，采用不

同的鼓励措施。如购买新能源的用户，可以通过补贴优惠的方法来保障用户的实

际需求。如购买传统电能的用户，可以采用阶梯计价方法来限制用户消费。最后，实现智能扣费。用户可以通过手机APP、电脑平台等方式进行电费缴纳，这样就

可以解决很多问题。

2.3在智能自动驾驶汽车中的应用

智能自动驾驶汽车几乎完全实现了自动化，例如可以根据油量或电量自主前

往加油站或充电桩进行补充，自动对车上各个组成部件进行检测，自动与4S店

或维修厂预约维修时间，并在指定时间自动前往维修。智能自动驾驶汽车虽然依

托各种智能化的电子元器件实现了自动化，但是依然是一个多方参与的场景，一

旦出现事故，汽车生产商、车主和维修厂各方可能由于掌握数据不一致而各执一词，没有可信的第三方进行公正的裁决，而区块链技术可以很好的解决此问题。

基于区块链和物联网的智能汽车系统架构如图2所示。汽车厂家在出厂时为汽车

设置一个ID，并将汽车生产相关信息上传到区块链平台，出厂后销售商或者4S

店再将该车相关销售信息上传到区块链平台，汽车销售之后所有的信息比如行驶

记录、充电或加油记录、维修记录、保险等数据均自动采集或者由相关人员实时

上传到区块链平台，区块链的分布式记账和不可篡改性在源头上确保了上传数据

的真实可靠。

2.4在网络安全中的应用

第一步，防止隐私泄露。随着互联网信息技术的高速发展与广泛应用，越来

越多的隐私泄露现象也不断出现，困扰着人们，一旦出现隐私泄露，将会危机用

户的人身财产安全，甚至让网络崩溃。然而在区块链技术下，可以通过对网络系

统的应用来消除集中式布局的缺点，不仅可以及时发现黑客入侵或者窃取的相关

信息，及时采取相应的应对措施，而且还可以通过数据加密技术来隐藏用户的信息。在数据存储中，通过副本的生成来防止节点受到损坏与攻击。第二步，防止

攻击。除了黑客入侵以及相关链接外，还存在着软件与病毒入侵，非常容易攻击

用户的ID与相关信息。这时通过区块链技术的应用，就可以从源头上阻止这些有问题软件、邮件、网站的访问，安全保护用户的IP地址与DNS服务器。此外，

通过保密协议的签订来有效分散安全风险。第三步，数据加密与验证辅助。如果

采用单一的数据加密技术就很容易被不法分子盗取，然后对用户以及企业造成巨

大的损失。这时，通过数据加密以及验证辅助就可以及时组织风险，有效提醒用

户保持警惕，并且通过追踪方式，得知黑客的IP地址，阻止本次交易。