关于区块链和物联网融合的论文阅读笔记

论文名《Blockchain for Internet of Things: A Survey》

该论文发表在IEEE Internet of Things Journal（中科院一区，影响因子=9.515）。

论文下载地址：Blockchain for Internet of Things: A Survey.pdf

摘要

物联网（Internet of Things, loT）正在将现有行业智能化，该过程以数据驱动的决策为特征。但是，物联网固有的属性带来了许多挑战，例如分布式，互操作性差，隐私和安全漏洞。区块链技术带来了应对物联网挑战的机会。在论文中，作者研究了区块链技术与物联网的集成。他们将这种区块链和物联网的综合称为Blockchain of Things(BCoT)。论文对BCoT进行了深入的调查，并讨论了这种新型结合的见解。

论文安排如下：

1. 简要介绍物联网，并讨论物联网的挑战
2. 对区块链技术进行概述
3. 重点介绍区块链和物联网的融合，并提出BCoT架构
4. 进一步讨论在物联网以及BCoT的工业应用中将区块链用于5G-beyond（6G）网络以外的潜力
5. BCoT的应用
6. 概述BCoT的研究问题

物联网

物联网是一个由智能计算机设备组成的网络，这些设备收集并共享大量数据。物联网由感知层，通信层和工业应用组成，可以支持许多工业应用，如下图所示：

目前，物联网面临许多挑战，包括：（1）物联网系统的异构性。异构物联网设备，异构通信协议和异构物联网数据类型。（2）网络的复杂性。不同类型的物联网协议(NFC, WiFi, 6LoWPAN, NB-IoT, LoRa)。（3）互操作性差。由于物联网系统的去中心化和异构性。（4）物联网设备的资源限制。传感器，执行器，RFID标签和智能仪表等物联网设备的资源有限，包括计算资源，存储资源和电池电量。（5）隐私漏洞。由于物联网系统的复杂性和去中心化，将数据上传到远程云容易暴露隐私。（6）安全漏洞。身份验证，授权和通信加密可能不适用于分布式物联网。

区块链

如图所示，区块链由许多连续连接的块组成。每个块都通过反向引用指向其紧邻的前一个块（称为父块），该反向引用实际上是父块的哈希值。默克尔树的根的哈希值与块中所有交易的哈希值串联在一起。由此看出，区块链具有以下关键特征：去中心化，不变性，不可否认性，透明性，匿名性，可追溯性。区块链具有解决物联网挑战的潜力！

物联网+区块链

论文将区块链与物联网的集成称为BCoT，其架构如下图所示，由下至上分别是感知层，通信层，区块链复合层，工业应用。相对于一般的物联网架构，BCoT在通信层和工业应用之间增加了区块链复合层。

BCoT具有以下关键特征：（1）区块链充当物联网和工业应用之间的中间件。一方面，BCoT提供了物联网较低层的抽象，另一方面为用户提供了基于区块链的服务。（2）BCoT隐藏了物联网系统的复杂性.（3）提供通用接口到各种物联网应用。

BCoT具有以下优势：（1）增强物联网系统的互操作性。将各种物联网数据转换为区块链数据存储格式，这样可以跨不同类型的碎片网络进行互操作。（2）通过加密和数字签名，提高物联网系统的安全性。（3）物联网数据的可追溯性和可靠性。区块链上的数据具有可追溯性和可靠性。（4）物联网系统的自主交互。通过分布式自治组织（Distributed autonomous Corporations，DAC）自动执行交易，物联网设备实现自主交互。

区块链为5G-beyond（6G）网络带来的潜力

区块链可以在通信管理，网络管理和计算管理方面为5G-beyond（6G）网络带来许多潜力。联邦通讯委员会（Federal Communications Commission，FCC）专员Rosenworcel在2018年的World Congress Americas “Talks Up 6G”发表演讲：“Instead of having a centralized database to support shared access in specific spectrum bands, we could explore the use of blockchain as a lower-cost alternative”，她认为区块链技术可用于5G-beyond（6G）网络中实现动态和安全的频谱管理。除了无线电频谱管理，区块链还具有为用户提供改进的移动服务的潜力。在网络管理方面，区块链技术与软件定义网络（software defined networking，SDN）的集成可以克服SDN的缺点（例如单点故障）；区块链还可以帮助保护网络功能可视化（network function visualization ，NFV）的网络管理；除SDN和NFV外，网络切片技术的出现还带来了网络的敏捷性和灵活性，以支持区块链的不同功能和性能要求。

BCoT的应用

BCoT的应用广泛，如图所示，包括：智能制造，供应链管理，食品工业，智能电网，医疗保健，车联网和无人机（unmanned aerial vehicles，UAV）

研究问题

BCoT存在以下研究问题：（1）设备的资源限制。将MEC和云计算整合到BCoT中可能需要克服物联网设备的资源限制。（2）BCoT中的奖励机制。信誉积分可以用作奖励。（3BCoT中大数据分析的困难性。识别匿名区块链数据上的数据项关联存在一定的困难。（4）BCoT的可伸缩性。可以设计更多可扩展的共识算法，或者为物联网构建私有链或联盟链。