乾貨：一文了解區塊鏈、5G、物聯網的共生關係

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文章來源：巴比特

近些年來，專業人士一直在預測和評估物聯網（IoT）對社會生產和人們生活將產生怎樣深遠的影響。然而，物聯網技術要想有大規模使用還需要克服兩大難題：承載容量和安全性問題。但是，現在，通過引入5G和區塊鏈這樣的新技術就有可能改變物聯網的發展瓶頸。

（△圖片來源：pixabay）

今年，美國主要運營商AT&T和Verizon等將推出最新一代的蜂窩移動通信5G網絡。分析人士表示，5G的引入將帶來超高的數據傳送速率、超低的延遲性、節能、成本降低、更高的系統容量以及設備的大規模連接。

物聯網、5G和區塊鏈技術的有機結合有可能會釋放出巨大的經濟價值。為了理解物聯網、5G和區塊鏈之間相輔相成的關係，我們需要從多角度來進行審視。5G通過其低延遲、高速度和高容量的覆蓋能力，可以使物聯網設備獲得廣泛的使用。同時，物聯網設備還可以利用區塊鏈的安全性、去中心化特性、不可更改性和共識機制來作為基礎層，從而進一步提高自身的性能。

通過上面的分析，我們就能意識到有了5G技術和區塊鏈技術的助力，智能城市、無人駕駛汽車、智能家居和其他傳感器驅動的增強技術將最終能夠滿足人們工作和生活的各種需求。

物聯網應用

區塊鏈作為物聯網應用的基礎層可以提供共識和安全，而大部分的物聯網交易和合約將發生在區塊鏈的第二層網絡上，這就有機會解決支付渠道和鏈上交易糾紛等問題。同時，物聯網的網絡容量將通過5G的高覆蓋能力來實現，5G將通過增加區塊鏈節點的參與數量來進一步提高區塊鏈的去中心化，同時它還有助於降低區塊鏈的出塊時間，從而直接助力區塊鏈，推動鏈上可擴展性的提高，而所有這些又反過來進一步支持了物聯網經濟。

（△圖片來源：cointelegragh）

接下來我們將以5G技術為落足點，瞭解為何5G技術的出現將給區塊鏈和物聯網經濟帶來巨大變革。

5G的推出

到目前為止，美國一些大型的網絡供應商已經開始在美國部分城市推出並覆蓋5G網絡了，而全球其他國家也將於2020年實現大規模的5G網絡覆蓋。

其中，網絡供應商Verizon將從今年4月11日開始在芝加哥和明尼阿波利斯提供5G網絡的覆蓋，並在2019年內將5G網絡覆蓋到30個城市。

此外，三星預計將於下個月發佈兼容5G的新款手機Galaxy S10，華為和LG等其他公司也相繼發佈最新的5G手機，並將很快投入市場。從調制解調器領域來看，目前還沒有一款同時支持5G和LTE的調制解調器。但高通已經表示其將在今年第三季度或第四季度推出這一類型產品X55。而蘋果在這方面的反應稍顯遲鈍，該公司還在評估5G市場，預計果粉要等到2020年才能看到兼容5G的iPhone。

5G技術將喚醒物聯網的發展

5G的巨大優勢在於它的高速、高容量、低延遲以及連接大量設備的能力。

延遲是指信號發送到接收之間的時間；在區塊鏈的術語中，延遲指的是區塊鏈節點在廣播交易和接收交易之間所用的時間。

對於物聯網而言，無論是應用於智能家居還是自動駕駛汽車，實現低延遲對於設備之間進行通信是至關重要的。因為低延遲讓我們有機會實現一個非常重要的概念：技連網（Internet of Skills，簡稱為IoS）。這是專家通過虛擬現實的設備進行遠程工作的過程。舉個例子，牙醫可以通過技連網進行遠程手術。如果在遠程手術的過程中出現了較長時間的通信延遲，那麼醫生的指令在傳送給機器人時就會出現誤差，最終可能會危及病人的生命。

通過上面的例子，我們就可以瞭解到5G技術所帶來的巨大市場前景。而高通的一項研究也顯示，到2035年，5G技術可能會為全球GDP帶來12.3萬億美元的額外增長。

5G網絡還有有一個非常強大的特性，每秒傳送數據量高達10GB，這可以說是對當前家庭寬帶服務和蜂窩網絡的大幅改進（全球非移動互聯網的平均速度僅為每秒7.2MB）。因此，5G很可能將有機會成為全球的互聯網網絡。

5G網絡對物聯網及相關概念的影響將通過MEC（Multi-access Edge Computing）進一步增強。這是一種可以使服務從中心節點傳播到外圍節點，從而在降低延遲的同時提高速度的網絡形式。同時，物聯網將依賴於5G的容量和速度完成大規模設備的互連。據華為的研究估計，到2025年，物聯網的連接數量將達到1000億，並在此之後更呈現出指數級增長。

提供自動化

大家所理解的自動化可能是機器人取代由人類完成的有償工作。然而在現實生產中，自動化的定義遠遠超出了上面所描述範圍，它還將包括替換雜務以及無報酬的日常任務。

以智能家居為例，家用電器之間可以進行相互通信，這樣就方便住戶瞭解家裡的實際情況。此外，自動駕駛汽車和卡車也已經通過了類似測試。相信在未來10年內，農業、礦業和鑽井等傳統行業都將通過高速物聯網實現自動化。

5G的瓶頸

上述應用程序的實現需要依賴5G網絡的廣泛覆蓋，這樣才能給這些系統提供在全球範圍內執行任務所需的容量和速度。

但5G仍存在兩個強在的瓶頸：首先，由於5G網絡中的設備都是互聯的，一些惡意設備就有可能會在網絡中造成混亂。其次，5G的推出將推動互聯設備交易的爆炸式增長。目前中心化和去中心化金融基礎設施可能無法承載這種程度的增長。

區塊鏈的重要作用

區塊鏈的創新有可能會解決5G的第一個問題。去中心化的公有鏈具有不可更改性、抗篡改性以及在不信任實體之間建立共識的優勢，因此，區塊鏈就可以作為解決物聯網設備之間糾紛的基礎層。由於這些互聯設備將要處理大量資金、或進行車輛的操作，因此建立具有強大安全性的底層協議層是至關重要的，區塊鏈在這方面可以幫助物聯網設備做得更好。

與物聯網當前使用的客戶機-服務器模型相比，去中心化的區塊鏈還提供了其它優勢。比如，區塊鏈的去中心化架構可以使身份得到保護和保證。目前，物聯網設備通常要通過雲服務器進行身份識別，其身份數據也保存在這些數據庫中。因此，這些身份數據可能會遭到破壞、竊取或模仿，從而對運行在此類網絡之上的任何應用程序構成重大的安全威脅。而通過使用去中心化的區塊鏈，我們可以通過非對稱加密和哈希算法來保護這些身份信息的安全。為了保證身份信息的安全，物聯網設備將根據對應的區塊鏈地址進行註冊，而區塊鏈層可以提供現有中心化基礎設施無法比擬的安全級別和無摩擦的認證過程。

擴容

不幸的是，區塊鏈技術也許不能直接解決5G的第二個發展瓶頸。物聯網涉及的範圍之廣意味著去中心化的區塊鏈架構無法處理巨大的吞吐量。當然，通過使用像閃電網絡這樣支付渠道或側鏈，將絕大多數交易方到區塊鏈的第二兩層協議上，上述問題是可以得到有效解決的。然而，考慮到物聯網中的每個設備都需要有自己的地址和鏈上交易，因此區塊鏈就需要有每秒處理數萬筆交易的鏈上處理能力。簡而言之，區塊鏈兩層的可擴展性都必須有顯著的提高。

Bitcoin Cash 就在嘗試通過增大區塊容量來提高其可擴展性，以太坊也正在通過分片技術來搭建更大的鏈上容量、此外，我們還看到了閃電網絡和Liquid的穩步發展，以及像以太坊Plasma這樣的側鏈技術的迭代。我們有理由相信，5G技術和區塊鏈第二層基礎設施的構建將為物聯網經濟提供必要的可擴展性和覆蓋範圍。

除了上述的擴容方法之外，系統架構師的另一種方法是添加其他的系統結構。像有向無環圖（DAG）這樣的設計就可以用來實現更高的吞吐量。然而，這種設計通常以降低網絡的安全和去中心化程度為代價。

任何基於區塊鏈的物聯網網絡都必須在可擴展性、安全性和去中心化的不可能三角中找到必要的落腳點，而在這三方面出現任何缺陷都可能對用戶造成災難性的影響。在開發者開發出能實現安全性、去中心化以及高吞吐量的替代設計之前，物聯網網絡將不得不使用更有限但更安全的區塊鏈結構。

防止數據篡改

5G技術可以大大增強物聯網設備之間的數據傳輸能力。思科預計，到2021年物聯網設備將產生847 ZB的數據量。雖然區塊鏈的核心是分佈式的數據存儲系統，但是在鏈上存儲大量數據是不可行的。而如果這些物聯網數據沒有存儲在區塊鏈上就會更容易受到攻擊。那我們怎麼解決這個問題呢？

有專家指出，我們可以在鏈上存儲數據的哈希值，而這一哈希值將指向整個數據集在外部的數據存儲站點。實際上，這種外部存儲可以在其他去中心化的協議上運行，比如星際文件系統（IPFS）或OrbitDB。雖然這類系統並不能像區塊鏈那樣具有相同的抗篡改能力，但它與中心化的替代方案先比要有更高的安全性。重要的是，通過在鏈上存儲哈希值，任何對數據所造成的篡改都會直接改變該數據對應的哈希值，而由於哈希值是有時間戳記錄的，因此數據的篡改就更容易被我們發現。

賦能智能合約

5G的功能和性能上的優勢可以進一步推動區塊鏈的發展。

我們可以拿智能合約來舉例，區塊鏈上的智能合約通常都需要依賴於預言機（oracle）。這些預言機可以將外部數據通過互聯網傳遞到智能合約中。而對於供應鏈等應用來說，5G可以使一些位於偏遠地區的用戶實現預言機的功能。

網絡的改進

有了5G，覆蓋範圍和帶寬的大幅增加、以及邊緣計算輔助的延遲降低可能會增加公有鏈的節點數。通過將網絡覆蓋範圍擴大到偏遠地區，併為手機和平板電腦等非靜態設備提供更多的連接，區塊鏈的網絡參與度可能會有顯著的提高，而這黃會進一步提高區塊鏈的安全性和去中心化程度。

此外，由於網絡延遲的降低，開發者還將有機會嘗試減少區塊鏈的出塊時間，從而增加鏈上的吞吐量。反過來，這也將為使用區塊鏈的物聯網設備提供更好的支持，以實現結算、共識和安全。

物聯網、區塊鏈、5G之間相輔相成

要想真正欣賞5G、物聯網和區塊鏈的價值，你必須用發展的、立體的角度來看待三者之間的關係。有了正確的架構，以及第二層解決方案、邊緣計算、虛擬現實、增強現實和技鏈網，這些技術將創造出前所未有的價值，同時從根本上顛覆人們工作和生活的方方面面。

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