区块链网站|NFTS 区块链物联网 论区块链共识机制在物联网中的应用

论区块链共识机制在物联网中的应用

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浅谈区块链共识机制在物联网的应用

作者:iot101 Jun

拜占庭位于土耳其伊斯坦布尔,是庞大的东罗马帝国的首都。由于当时拜占庭罗马帝国疆域辽阔,出于防御目的,各军相距甚远,将领之间只能依靠信使传递消息。

战争期间,拜占庭军队中的所有将领必须达成协议,形成共识,但只有在有胜算的情况下,才会进攻敌人的城堡。但军队中可能有叛徒或奸细,会动摇将军们的决策,扰乱军队的整体秩序。达成共识时,结果不代表多数人的意见。这个时候,在已知成员叛变的情况下,其他忠诚的将领如何在没有叛徒影响的情况下达成一致?这就是著名的“拜占庭将军”问题。

我们来看看如何形成共识。为了简单起见,在四个将军的情况下:

图中A、B、C、D是四位拜占庭将军,其中A是盟军司令,B是盟军叛徒,C、D是盟军忠诚的将军。

a下达了命令:攻城!这个命令的代号是“1”。他把这个信息发给其他将军,类似于互联网中的P2P网络协议。

b、C、D都会收到A将军发来的命令“1”,每个将军都会在收到的命令上签上自己的名字,然后再发给其他将军。

叛徒B收到后,为了迷惑观众,转发给了C和D,而不是“1”,但为了不暴露自己,还是“1”发给了a将军,因为C和D都是正常的正直将军,他们在收到的命令上签字,然后照原样发出去。

我们看到图中的表格。在收到的命令中,C和D收到的是“101”,但根据共识算法,他们在此之前约定通过“多数裁决”来确定正确的命令。所以C和D认为是围攻,是“1”。在这种情况下,尽管B有意捣乱,A仍然可以和C、D一起行动,赢得战争。

事实上,“拜占庭将军”的问题并非起源于5世纪的东罗马,而是来自于一位名叫莱斯利兰伯特的美国计算机专家,他在考虑分布式计算时提出了“拜占庭容错系统”。计算机需要克服“拜占庭将军”的问题。一群将军互不信任,其中肯定有叛徒,但只要“二心”将军的数量不超过将军总数的三分之一,计算机就有算法。

在2008年的SatoshiNakamoto(注:中本聪:2008年11月1日,一个自称是中本聪的人在一个秘密的密码学讨论组上发布了一份研究报告,阐述了他的电子货币的新想法,比特币问世了。区块链“中本聪账本”的基本协议其实很简单,就是加盖时间戳,所有“矿工”一起记账,一起签字,一起审核,一起发出去,而不是信任一个人,每十分钟确认一次,形成一个记录这十分钟全网所有正确账本的“块”数据库,我们翻译成“块”。

如果大家都同意,达成共识,就叫共识机制。在这种共识模型下,恶意参与者也必须采取与好参与者相同的行为。所以这一块的信息一定要真实可靠,不可篡改。这样,每一个达成共识的区块都被连接成一个链条,也就是一个区块链,就像每一页合法真实的账目被串联起来,形成一个全球总账。

中国有句古话,“非我族类,心有别。”。

在人类历史的长河中,由于宗教信仰、意识形态、民族习俗的不同,国家、民族、人民在很多问题上往往很难达成共识,唯一能达成共识的就是数学(算法)。你可能不了解共产主义,他可能不认可伊斯兰教,我可能不相信基督教,但没有一个人不认可欧几里得。所以毫不夸张的说,数学(算法)是全球文明的最大公约数,是全人类获得最多共识的基础。

如果以数学算法(程序)为背书,所有的规则都是建立在一个公开透明的数学算法(程序)之上,可以让所有不同政治文化背景的人达成共识。有共识才有信任。这个共识是由分布式算法决定的。中本聪莱杰就是这样一个共识模型。

万物互联是未来的发展趋势。随着近年来科技的飞速发展,物联网加速发展。IDC最近发布的一份统计报告显示,到2020年,全球物联网市场规模将增长到3万亿美元,全球物联网设备将达到300亿台。

对于物联网中的智能设备来说,有指数级增长的趋势。无论是最小的传感器,还是巨大的机械设备,都会连接到物联网这个庞大的生态协作系统中。这些IOT设备的连接增加了设备制造商的风险,保护知识产权免遭盗窃、盗版、滥用和逆向工程(软件货币化的基础)成为设备制造商的首要任务,而隐私、安全和容错是IOT发展的前提。

区块链技术可以在这些设备之间建立低成本的直接沟通桥梁(过去我们很难实现M2M对话、交易甚至支付),通过去中心化的共识机制提高系统的安全性和私密性。同时,区块链科技的智能合约叠加,可以把每一个智能设备变成一个独立的网络节点,可以自我维护和调整。这些节点可以根据预先指定或植入的规则执行诸如与其他节点交换信息或验证身份的功能。并帮助不知名的资产所有者协商资产使用权的交易,实现P2P支付,这将引爆之前隐藏在社会深处的过剩资产容量,类似于优步和AirBnB(但这两种情况并不是去中心化的)。

让我们看看智能电网的另一个例子:

现有的集中式电力系统普遍存在安全隐患和电能浪费,特别是在一些偏远地区。利用区块链技术叠加智能合同建设新电网,可以保证电力安全,充分利用现有网状网络的闲置容量。我们把电线杆想象成智能电网的数字节点,形成全新的点对点的电力生产和分配模式。

想象一下,智能电线杆会有多安全,多方便,多实惠。也就是说,它可以报告运行状态并对故障采取相应的措施。如果电线杆被雷击着火,可以及时生成事故报告,通知维修队带上合适的工具确定维修位置。同时,智能电杆可以临时将输电任务分配给附近的电杆,毕竟都属于同一个电网。这样电力公司不需要花费相当高的现场维护费用,也可以尽快恢复用电。

智能电网的应用依赖于——共识机制的“中本聪账本”。成千上万的智能电线杆通过传感器收集数据,并与其他设备、计算机和人传输数据,因此系统需要持续跟踪所有信息,以确保其可靠性,包括区分每个电线杆。

每个杆子都有身份,没有身份就不能参与行动。用于身份认证的区块链是智能电网的核心。我们为每个设备(杆)设置一个唯一的线路,然后将这个线路标识存储在“账本”中;而且这个身份信息可以像比特币一样传输。“账本”也能保证这些设备在收到费用后还能继续运行。没有区块链支付网络,智能电网无法运行,比特币是一种通用的“交流语言”。点对点智能电网设计为自动运行,因此这种网络更具弹性,并增加了智能合同等新元素。如果火灾摧毁了变电站,或者飓风摧毁了输电塔,电网会迅速做出反应,自动寻找新线路,防止大规模停电。

物联网应用广泛,涵盖智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、智慧城市、智能家居、环境监测、工业监控、食品溯源等诸多领域。物联网发展的最大挑战不是简单地建立一个去中心化的物联网,而是建立一个可以不断扩大规模的通用物联网,同时保证隐私、安全和不需要信任交易。换句话说,物联网的几千亿参与者都是不值得信任的,有些甚至是恶意的,所以需要某种形式的验证和共识机制。

区块链未来前景的“G”点是,这个星球上的数十亿人、数千亿台机器连接成一张区块链网络,人与机器、机器与机器之间的交流、对话、交易、支付成为现实。在这个平台上,每个人都是生产者/消费者,每一个活动都是协同的,以前所未有的全球互信进行大规模合作。人类正在加速走向商品和服务几乎免费的时代。

作者介绍:

万新宇,毕业于北航电子工程系,从事汽车电子行业30年。1999年加入深圳赛格导航,历任市场总监、汽车电子事业部总经理、营销中心总经理。他现任深圳赛格导航监事会主席。湖南赛格车盛科技有限公司董事长;中国安全协会专家组专家;深圳汽车电子行业专家委员会第一届专家委员。

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作者: 玩大的

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