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如何提高5G物联网的安全性和可扩展性,区块链技术能解决吗?

物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是:“Internet of things(IoT)”。如果要说未来什么技术正在或将彻底改变人类生活、工作和娱乐的方式,那必须是物联网。小到各种可穿戴产品,大到汽车、工厂和楼宇,物联网能使一切设备互联并具备智慧。

如何提高5G物联网的安全性和可扩展性,区块链技术能解决吗?
 
“物联网”概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开:一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心,个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施,在此意义上,基础设施更像是一块新的地球工地,世界的运转就在它上面进行,其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活的方方面面。所以从这个意义上,物联网称为一场新的革命也不为过。

物联网一直被认为是“下一个工业革命”,因为它即将改变人们的生活、工作、娱乐和旅行方式,甚至改变全球企业之间的交互方式。常见的物联网落地场景有:智能家居、智慧城市、智慧交通、智能电网、工业物联网、车联网等。物联网将从万物联网上升到万物互联的阶段。

移动通信网络有多大,物联网覆盖就有多大。5G的三大特性主要为速度更快、时延更小、连接更多。物联网的“万物互联”,将是一个量级更大的市场,可穿戴智能终端、海量物联网设备以及车联网终端都将成为其重要组成部分,大量终端的管理和协议标准化,是影响设备联网的关键因素。低延迟的数据传输,成为包含车在内的车联网设备对于网络环境的最大诉求,同时也是车联网技术得以推进的安全前提,将百毫米时延缩减至一毫秒的推进让5G成为智慧交通领域的核心技术。

2020年第五代通信技术(5G)到来时,工程师们期望它能够处理1000倍于今天蜂窝系统的移动数据。也有人认为它也将会成为物联网(IoT)的骨干网,连接固定和移动设备(如固定售货机、汽车),成为新经济革命的一部分。不仅是生活与商业空间,还有整个人类技术工具的多个关键领域进化。对于国家和企业来说,5G都是重要的战略资源和基础设施。而这场战备赛跑,已经急不可耐地拉开了序幕。

如今,一些互联网供应商已经在美国部分城市推出了5G技术,并且预计将在2020年实现5G在全球范围内的覆盖。网络供应商Verizon也将于2019年4月11日在美国的芝加哥和明尼阿波利斯州覆盖5G服务,并计划在2019年内覆盖其他30个城市。

5G与物联网

从电报、电话到手机,从1G到4G,通信技术为人类和社会带来了无尽的便利和福祉。如今我们正迎来5G时代,可5G到底是什么?5G只是更快吗?当然不是。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。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。并且,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。

举个简单的例子,平时我们说话的声音是怎么传递的呢?讲话震动空气,两个人互相传递,传递的时间是140毫秒。140毫秒人类是能够忍受的,我们从来不会觉得有多大的时延。但是如果是控制一架无人驾驶飞机或者控制的是一辆汽车,给这个汽车一个信号说刹车,这个汽车还要140毫秒来反应,那就跑了200米了,如果是20毫秒,也跑了十几米了,这种事情是不可能让无人驾驶车变成现实的。

未来,速度高达每秒10GB的5G技术也推动了当前家庭带宽服务和蜂窝网络的发展,而全球非移动互联网的平均速度只有每秒7.2MB,这样看来,5G很有可能会成为一种全球性网络。5G对互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。

谈到自动化,人们通常的理解就是:机器人取代当前由人类完成的有偿工作。但是,实际上并不仅限于此,自动化的应用范围很可能远大于这些,包括取代杂物以及无偿的任务。我们已经可以在智能家居应用中看到这点,家用电器之间的相互通信、管理库存等都已经达到自动化水平,无人驾驶也已经通过了测试,无人驾驶之所以还没有广泛应用,其当前主要障碍就是立法这关。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。

区块链和5G

这些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得相形见绌了。

目前,大多数物联网架构需要中央枢纽或服务器,其允许在网络中的若干设备之间存储和传输数据。尽管这种方法很好,但它确实有几个致命的漏洞。那么,如果利用区块链技术解决这些问题以改进当前的物联网系统呢?

公共的、去中心化的区块链具有不可篡改性,并且还可以在不信任实体之间建立共识机制,这为物联网提供了安全上的保障。物联网设备之间的交易和智能合约之间存在着各种纠纷,因此,区块链就成为解决这一问题的基础层。由于这些设备涉及到金钱交易,或者是涉及到交通工具的应用,因此,创建一个具有安全可靠的底层协议至关重要,而区块链则是最佳选择。

相较于当前物联网的客户端-服务器模型,去中心化的区块链技术的好处要多的多。区块链技术的去中心化特性能够很好地保护用户的身份及安全。目前,物联网设备是通过云服务器来识别用户,他们将识别数据保存在这些云服务器中。这样一来,这些数据就很容易被泄露、窃取或抄袭,基于这些数据的应用程序也会受到很大的安全威胁。而去中心化的区块链则可利用非对称密码算法和安全哈希算法来保护这些用户身份。设备可以根据对应的区块链地址进行注册,保证身份的唯一不可篡改性。因此,这是现有中心化基础设施无法达到的安全和防篡改识别高度。

但是,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。那么,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。

由于每个设备都需要拥有自己的地址和在线交易,因此在线交易速度得高达每秒数万个交易。简而言之,这两个层上的可扩展性必须加以改善。区块链也正在增加其可扩展性,比如比特币现金ABC增加区块大小,以太坊通过分片技术扩展链的容量。同时,随着闪电网络、以太坊Palsma和Blockstream的Liquid侧链出现,可扩展性已经得到了稳定的发展。

5G和第二层区块链基础设施为以物联网为导向的经济提供了必要的可扩展性。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。

区块链从5G技术中受益

5G技术支撑的物联网设备将会推动数据传输的大幅度增长,预计到2021年,Cisco项目就会产生847泽字节(1泽字节为1万亿GB)的数据,虽然区块链的核心是去中心化数据存储系统,但是它并不能存储如此大量的数据。于是问题来了,如果物联网数据不能存储在区块链上,就很容易会受到攻击。

不过,通过指向整个数据集的外部数据存储站点来存储数据的哈希值倒是完全有可能。实际上,这种外部存储结构还可以在其他去中心化协议上运行,如IPFS或OrbitDB。更重要的是,在区块链上存储哈希值,任何人篡改数据都会改变哈希值,这样一来,我们就能够知道被攻击了,并通过时间戳记录攻击时间。

此外,区块链也能从5G技术中受益。比如智能合约,这些区块链智能合约通常非常依赖于预言机Oracles,这些Oracle的功能就是将外部数据传递给智能合约,当然,前提是必须通过互联网进行传输。在供应链等应用中,5G技术就能够在偏远地区为这些Oracle提供便利。

5G技术还能改进区块链网络的性能。增加网络带宽、边缘计算的延迟降低,就可能会导致加入公共区块链的额外节点激增。如果能将通过5G技术的覆盖度扩大到边远地区,提供更多的移动设备,比如手机和平板电脑等,就可以大幅度提高网络参与度,进而改善区块链的安全性和去中心化特性。此外,由于延迟减少,开发人员将有更大的空间来降低时间戳,从而提高链上的吞吐量。反过来说,使用区块链进行结算,达成共识和安全性,这也能为物联网提供更好的支持。(天天头条)

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