淺析5G與物聯(lián)網(wǎng)離不開(kāi)區塊鏈的緣由

　　自物聯(lián)網(wǎng)(IoT)興起到現在，專(zhuān)家們一直都在研究物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應用，但物聯(lián)網(wǎng)一直也都是處于不溫不火的狀態(tài)，究其原因，是因為有兩大攔路虎在作怪：容量和安全。

　　然而，一項全新的技術(shù)讓我們看到了物聯(lián)網(wǎng)通向成功的曙光。今年， AT&T 以及 Verizon 等主流運營(yíng)商推出了新一代的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù) — — 5G 技術(shù)，它擁有相當酷炫的優(yōu)勢：數據傳輸速率高、延遲少、節能、成本低、系統容量大，除此之外，還允許大規模的設備連接。
 

 

　　而 5G 和區塊鏈技術(shù)的結合，勢必將有效刺激經(jīng)濟的發(fā)展。為了更好的理解5G、區塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)這三種技術(shù)之間的聯(lián)系，我們首先應該認識到這三者之間擁有著(zhù)特別復雜的多重關(guān)系：

　　得益于5G的低延遲、高速度和大容量，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應用;

　　區塊鏈的安全性、去中心化特性、不可篡改性以及共識機制，也成為物聯(lián)網(wǎng)設備運作最堅實(shí)的基礎。

　　我們相信，這三種技術(shù)的結合，將會(huì )引領(lǐng)無(wú)限光明的未來(lái)，也終將會(huì )促進(jìn)智慧城市、無(wú)人駕駛、智能家居等技術(shù)的發(fā)展。

　　大部分物聯(lián)網(wǎng)交易和合約都發(fā)生在網(wǎng)絡(luò )的第二層，而作為基礎層的區塊鏈，可以為其提供共識機制和安全性，這樣一來(lái)，區塊鏈就可以解決支付渠道和交易糾紛等問(wèn)題。

　　5G 技術(shù)則能夠為物聯(lián)網(wǎng)提供較大的網(wǎng)絡(luò )容量，此外，5G 還可以增加節點(diǎn)參與的頻率和去中心化，降低網(wǎng)絡(luò )擁堵時(shí)間，增加鏈上的可擴展性，有助于進(jìn)一步提高區塊鏈的性能，進(jìn)而支撐互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的發(fā)展。
 

 

　　5G 技術(shù)的問(wèn)世

　　如今，一些互聯(lián)網(wǎng)供應商已經(jīng)在美國部分城市推出了 5G 技術(shù)，并且預計將在2020年實(shí)現 5G 在全球范圍內的覆蓋。

　　網(wǎng)絡(luò )供應商 Verizon 也將于2019年4月11日在美國的芝加哥和明尼阿波利斯州覆蓋 5G 服務(wù)，并計劃在2019年內覆蓋其他30個(gè)城市。

　　很多手機運營(yíng)商也在部署 5G 市場(chǎng)戰略：

　　三星計劃發(fā)布兼容 5G 的 Galaxy S10 機型;

　　華為和 LG 等公司也都計劃發(fā)布 5G 兼容手機，相信很快就會(huì )問(wèn)世;

　　高通也計劃將在今年第三或第四季度發(fā)布同時(shí)支持 5G 和 LTE 的調制解調器 X55。

　　但是遺憾的是，“果粉”們只能等到2020年才能看到兼容 5G 的 iPhone 機型，很顯然，蘋(píng)果公司現在還需要對 5G 市場(chǎng)進(jìn)行評估。
 

 

　　5G 與物聯(lián)網(wǎng)

　　5G 技術(shù)擁有很多優(yōu)點(diǎn)，如處理數據速度快、網(wǎng)絡(luò )容量大、延遲低，還能連接大量的設備。這里的“延遲”是指信號發(fā)送和接收之間所需要的時(shí)間。在區塊鏈術(shù)語(yǔ)中，延遲是指節點(diǎn)廣播智能合約到另一個(gè)節點(diǎn)接受智能合約所需要的時(shí)間。并且，從物聯(lián)網(wǎng)的角度來(lái)講，不管是智能家居還是無(wú)人駕駛，設備間信號傳輸的低延遲真的至關(guān)重要。

　　“低延遲”還解鎖了另一個(gè)概念—— Internet of Skills (IoS)，通俗的來(lái)講就是，各個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家們通過(guò) VR 耳機進(jìn)行遠程工作，比如，牙醫可以遠程做手術(shù)等。如果延遲不能降到最低，牙醫就不能實(shí)時(shí)做出反應，這種不靈敏性就會(huì )危及患者的健康甚至整個(gè)手術(shù)流程。

　　得益于 5G 技術(shù)，這些新的應用也大大推動(dòng)了經(jīng)濟的發(fā)展。高通公司的一項研究表明，據估計，到2035年，5G 技術(shù)將為全球帶來(lái)額外的12.3萬(wàn)億美元 GDP 收入。

　　重要的是，速度高達每秒 10GB 的 5G 技術(shù)也推動(dòng)了當前家庭帶寬服務(wù)和蜂窩網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，而全球非移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的平均速度只有每秒7.2MB，這樣看來(lái)，5G 很有可能會(huì )成為一種全球性網(wǎng)絡(luò )。

　　5G 對互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)概念的影響，將會(huì )通過(guò)多接入邊緣計算得到進(jìn)一步的加強。多接入邊緣計算是一種網(wǎng)絡(luò )形式，服務(wù)可以從中心節點(diǎn)廣播到外圍節點(diǎn)，且速度更快、延遲更小。物聯(lián)網(wǎng)就是利用網(wǎng)絡(luò )容量將大量的設備相互連接在一起。

　　據華為的研究估計，到2025年，物聯(lián)網(wǎng)的連接數量可能會(huì )達到1000億，并且在這之后可能會(huì )呈指數型爆發(fā)式增長(cháng)。

　　談到自動(dòng)化，人們通常的理解就是：機器人取代當前由人類(lèi)完成的有償工作。但是，實(shí)際上并不僅限于此，自動(dòng)化的應用范圍很可能遠大于這些，包括取代雜物以及無(wú)償的任務(wù)。

　　我們已經(jīng)可以在智能家居應用中看到這點(diǎn)，家用電器之間的相互通信、管理庫存等都已經(jīng)達到自動(dòng)化水平，無(wú)人駕駛也已經(jīng)通過(guò)了測試，無(wú)人駕駛之所以還沒(méi)有廣泛應用，其當前主要障礙就是立法這關(guān)。

　　在未來(lái)數十年內，農業(yè)、采礦業(yè)和鉆探業(yè)等傳統行業(yè)也都將會(huì )通過(guò)高速物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現自動(dòng)化，而物聯(lián)網(wǎng)則是由數十億計的傳感器和設備通過(guò) 5G 技術(shù)進(jìn)行通信。
 

 

　　如何用區塊鏈解決 5G 的瓶頸？

　　這些自動(dòng)化應用廣泛依賴(lài)于 5G 的全球性覆蓋，5G 能夠為這些應用在全球范圍內提供所需的網(wǎng)絡(luò )容量、速度和延遲。但 5G 技術(shù)依然存在另外兩個(gè)潛在的障礙：

　　安全性——得益于設備之間高強度的互聯(lián)性，惡意設備可能會(huì )在網(wǎng)絡(luò )中引起混亂;

　　可擴展性——5G 的推出將會(huì )使這些設備之間的交易和支付呈爆炸式增長(cháng)，到那時(shí)候，當前的中心化和去中心化的金融基礎設施就已經(jīng)變的相形見(jiàn)絀了。

　　區塊鏈技術(shù)為 5G 的第一大瓶頸掃除了技術(shù)上的障礙。

　　公共的、去中心化的區塊鏈具有不可篡改性，并且還可以在不信任實(shí)體之間建立共識機制，這為物聯(lián)網(wǎng)提供了安全上的保障。

　　物聯(lián)網(wǎng)設備之間的交易和智能合約之間存在著(zhù)各種糾紛，因此，區塊鏈就成為解決這一問(wèn)題的基礎層。由于這些設備涉及到金錢(qián)交易，或者是涉及到交通工具的應用，因此，創(chuàng )建一個(gè)具有安全可靠的底層協(xié)議至關(guān)重要，而區塊鏈則是最佳選擇。

　　相較于當前物聯(lián)網(wǎng)的客戶(hù)端-服務(wù)器模型，去中心化的區塊鏈技術(shù)的好處要多的多。區塊鏈技術(shù)的去中心化特性能夠很好的保護用戶(hù)的身份及安全。目前，物聯(lián)網(wǎng)設備是通過(guò)云服務(wù)器來(lái)識別用戶(hù)，他們將識別數據保存在這些云服務(wù)器中。這樣一來(lái)，這些數據就很容易被泄露、竊取或抄襲，基于這些數據的應用程序也會(huì )受到很大的安全威脅。

　　而去中心化的區塊鏈則可利用非對稱(chēng)密碼算法和安全哈希算法來(lái)保護這些用戶(hù)身份。設備可以根據對應的區塊鏈地址進(jìn)行注冊，保證身份的唯一不可篡改性。因此，這是現有中心化基礎設施無(wú)法達到的安全和防篡改識別高度。
 

 

　　那可擴展性該如何解決呢？

　　但是，區塊鏈并不能解決可擴展性這一障礙，物聯(lián)網(wǎng)大范圍內的設備連接，也就意味著(zhù)去中心化的區塊鏈架構并不能處理這么大的吞吐量。最起碼在區塊鏈這一層解決不了。

　　那么，還有一個(gè)可行的解決方案就是：通過(guò)支付渠道或側鏈，將大部分交易放到閃電網(wǎng)絡(luò )等 第二層解決方案。

　　由于每個(gè)設備都需要擁有自己的地址和在線(xiàn)交易，因此在線(xiàn)交易速度得高達每秒數萬(wàn)個(gè)交易。簡(jiǎn)而言之，這兩個(gè)層上的可擴展性必須加以改善。

　　區塊鏈也正在增加其可擴展性，比如比特幣現金 ABC 增加區塊大小，以太坊通過(guò)分片技術(shù)擴展鏈的容量。同時(shí)，隨著(zhù)閃電網(wǎng)絡(luò )、以太坊 Palsma 和 Blockstream 的 Liquid 側鏈出現，可擴展性已經(jīng)得到了穩定的發(fā)展。

　　5G 和第二層區塊鏈基礎設施為以物聯(lián)網(wǎng)為導向的經(jīng)濟提供了必要的可擴展性。

　　作為一名開(kāi)發(fā)者，你可能會(huì )在基礎區塊鏈層和物聯(lián)網(wǎng)設備之間增加一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖圖(DAG)，以實(shí)現更高的網(wǎng)絡(luò )吞吐量，但這通常會(huì )破壞系統的去中心化特性和安全性。

　　對于任何一種基于區塊鏈的物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，解決可擴展性、安全性和去中心化特性這三大困境是先決條件，而對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，這三個(gè)方面產(chǎn)生的任何一個(gè)缺陷都是災難性的。除非開(kāi)發(fā)者能夠在不犧牲安全性和去中心化特性的前提下，提高網(wǎng)絡(luò )吞吐量，否則物聯(lián)網(wǎng)就得使用更加有限但必須安全的區塊鏈結構。
 

 

　　區塊鏈如何重塑世界？

　　5G 技術(shù)支撐的物聯(lián)網(wǎng)設備將會(huì )推動(dòng)數據傳輸的大幅度增長(cháng)，預計到2021年，Cisco 項目就會(huì )產(chǎn)生847澤字節(1澤字節為1萬(wàn)億GB)的數據，雖然區塊鏈的核心是去中心化數據存儲系統，但是它并不能存儲如此大量的數據。于是問(wèn)題來(lái)了，如果物聯(lián)網(wǎng)數據不能存儲在區塊鏈上，就很容易會(huì )受到攻擊。

　　不過(guò)，通過(guò)指向整個(gè)數據集的外部數據存儲站點(diǎn)來(lái)存儲數據的哈希值倒是完全有可能。實(shí)際上，這種外部存儲結構還可以在其他去中心化協(xié)議上運行，如 IPFS 或 OrbitDB。更重要的是，在區塊鏈上存儲哈希值，任何人篡改數據都會(huì )改變哈希值，這樣一來(lái)，我們就能夠知道被攻擊了，并通過(guò)時(shí)間戳記錄攻擊時(shí)間。

　　此外，區塊鏈也能從 5G 技術(shù)中受益。比如智能合約，這些區塊鏈智能合約通常非常依賴(lài)于預言機 Oracles，這些 Oracle 的功能就是將外部數據傳遞給智能合約，當然，前提是必須通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸。在供應鏈等應用中，5G 技術(shù)就能夠在偏遠地區為這些 Oracle 提供便利。

　　5G 技術(shù)還能改進(jìn)區塊鏈網(wǎng)絡(luò )的性能。增加網(wǎng)絡(luò )帶寬、邊緣計算的延遲降低，就可能會(huì )導致加入公共區塊鏈的額外節點(diǎn)激增。如果能將通過(guò) 5G 技術(shù)的覆蓋度擴大到邊遠地區，提供更多的移動(dòng)設備，比如手機和平板電腦等，就可以大幅度提高網(wǎng)絡(luò )參與度，進(jìn)而改善區塊鏈的安全性和去中心化特性。

　　此外，由于延遲減少，開(kāi)發(fā)人員將有更大的空間來(lái)降低時(shí)間戳，從而提高鏈上的吞吐量。反過(guò)來(lái)說(shuō)，使用區塊鏈進(jìn)行結算，達成共識和安全性，這也能為物聯(lián)網(wǎng)提供更好的支持。

　　如果想真正理解 5G 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和區塊鏈的巨大潛力和價(jià)值，我們必須考慮這三種技術(shù)的協(xié)同作用。

　　有了正確的基礎架構，才能將這三種技術(shù)進(jìn)行有效整合，再利用第二層解決方案、邊緣計算、虛擬現實(shí)、增強現實(shí)和 IoS 等技術(shù)，這將會(huì )為我們創(chuàng )造前所未有的價(jià)值，同時(shí)從根本上改變我們的工作、就業(yè)和娛樂(lè )。