什么是区块链与物联网结合？

自问世以来，区块链和物联网（IoT）这两种技术都越来越受欢迎。物联网将很快影响我们日常使用的几乎所有物品。随着这项技术使用的增加，滥用它的风险也随之增加，而目前使用的技术不足以应对。因此，区块链已被证明是解决物联网安全问题的一种有效方法。

物联网 (IoT)

“物联网”（IoT）一词描述了一个由多个异构和同构松散耦合的设备组成的系统，这些设备能够感知、处理和联网。

物联网实施和安全方面的问题

物联网的基础技术存在各种缺陷。在使用该技术之前，应解决这些问题。

区块链技术

最近关于区块链技术有很多讨论。它有能力优化和革新由互联网连接的全球技术基础设施。它将影响两个领域：

• 它建立了一个去中心化的系统，消除了集中式服务器的需要，并允许点对点交互。
• 它生成一个完全透明和开放的数据库，向公众开放政府和选举。

这项技术有四个基本组成部分。

1. 共识：提供工作量证明（PoW）并验证网络活动。
2. 账本：提供网络交易的所有信息。
3. 加密：确保数据库和网络中的所有信息都已加密，并且只有授权用户才能解密。
4. 智能合约：用于确认和验证网络参与者。

区块链技术概述

区块链是一个去中心化的数据库，用于跟踪每个网络交易。其账本分布在网络中的多个节点上，这些节点可以是私有的或公共的。区块链使得点对点交易成为可能，从而消除了对中间商的需要。

区块链的组成部分

区块链由四个主要部分组成。

• 节点网络：连接到互联网的每个节点协同工作，以维护在区块链网络上完成的每笔交易，并且协议会验证每笔交易的合法性。新交易被记录并添加到先前交易的账本中，这个过程称为“挖矿”。网络中的其余节点会验证工作量证明。
• 分布式数据库系统：系统中的每个节点都会收到一份数据库副本，该数据库由信息块组成。每个块包含一个时间戳、一个交易列表以及指向前一个块的详细信息。
• 共享账本：这个不可篡改、公开可访问的账本在每次发生交易时都会更新。
• 加密：由于数据受到加密方法的约束，未经授权的用户很难访问或修改数据。

构建区块链

一笔新的数字交易被转换成一个受加密保护的块。在矿工竞争验证之后，交易被加上时间戳并按时间顺序添加到链中。当一个新块添加到链中时，节点对先前接受的块的批准通过其哈希值来表示。

部署区块链

区块链技术可以在三个领域中使用：

• 公共：这组包括以太坊和比特币。每个节点都可以发送和读取交易，而无需获得授权。共识对任何人开放。
• 联盟领域：由有限授权覆盖。可以授予有限数量的授权中心读取或发送数据的权限，或者公开。
• 私有：交易仅限于由网络所有者组织写入区块链网络的交易。

基于区块链的物联网

存在三种类型的基于区块链的物联网模型。

通信模型

这个概念融合了区块链网络的三个核心功能：

• 对等消息传递。
• 远程信息共享。
• 与设备的自主同步。

限制

• 低处理速度
• 紧凑存储

该概念中的网络参与者是区块链节点。它们可以是云中的节点、工作站或家庭计算机。物联网设备是它们的服务客户端。通过 API，节点和客户端彼此通信。客户端创建交易并将其发送到节点进行数据处理和存储到分布式账本中。

连接多个区块链网络

未来，不同的区块链可能有不同的用途。区块链网络可以是互联网、商业或家庭网络。当人工智能集成到连接到区块链网络的物联网环境中时，就会创建一个不需人工干预就能运行的去中心化自治组织。

如何利用区块链技术增强物联网安全性

为了使物联网应用程序安全，需要考虑以下因素。

1. 安全通信

为了执行和记录账本中的交易，需要交换来自物联网设备的数据。为了进一步提高通信的机密性，还可以将加密密钥存储在账本中。使用目标设备的公钥，物联网设备会发送一个已加密的消息，该消息随后被记录在区块链网络中。然后，发送方请求其节点从账本中检索接收方的公钥。然后，发送方使用接收方的公钥加密消息；结果，只有接收方才能使用其私钥解密已发送的消息。

2. 用户身份验证

在将消息转发给其他设备之前，发送方会对其进行数字签名。在从账本中获取公钥后，接收设备会使用该公钥来验证它收到的消息的数字签名。数字签名过程如下：

• 发送方对消息进行哈希处理，并使用私钥进行加密。
• 消息随数字签名一起发送。
• 之后，接收方使用存储在账本中的发送方的公钥解密数字签名，以获取发送方确定的哈希值。
• 仅当保护的哈希值与计算的哈希值匹配时，消息才被视为有效。
• 将每条消息的数字签名包含在账本中，可以提高检索到的通信的信任度。

3. 真实物联网的广泛发现

启动时，新的物联网设备会从根服务器请求一个可信网络节点列表。在设备注册到节点后，会交换信息。为了保护根服务器名称解析免受欺骗攻击，必须部署 DNSSec。每次通信都需要有效的加密和身份验证。基于以下内容，可以实现这一点：

• 在设置过程中安装在设备上的凭证。
• 物联网设备的所有者可以提供凭证。

4. 物联网的配置

区块链技术在帮助物联网设备安全可靠地配置方面发挥着重要作用。在此情况下适用的方法是：

• 账本可以保存物联网属性，例如配置信息和已验证的最新固件版本。引导过程中会请求区块链节点从账本中检索其配置。为了防止通过分析存储在公共账本中的数据来发现物联网网络的拓扑或功能，必须在账本中加密配置。
• 每个设备的最新配置文件的哈希值可以存储在账本中。在预定的时间量之后，使用云服务的物联网设备必须下载最新可靠的配置文件。
• 之后，设备可以通过区块链节点 API 访问并比较存储在区块链中的哈希值。这将使网络管理员能够定期删除任何不正确的配置，并使用最新可靠的设置重新启动所有物联网设备。

通过使用区块链来保护物联网网络，系统变得去中心化，这意味着没有单个实体有权授权所有交易。每个设备都将拥有不断增长的数据链的副本。这意味着任何希望访问设备和完成交易的请求都必须由所有网络用户进行验证。验证后，已完成的交易会传递到每个网络节点并存储在一个块中。由于所有这些，未经授权的来源更难破坏系统的安全性。

区块链与物联网的应用

货物运输

运输货物是一个复杂的过程，涉及许多利益相关者和不同的议程。使用支持物联网的区块链可以跟踪集装箱的位置、到达时间、温度和状态。不可变的区块链交易使得所有利益相关者都能信任数据，并采取果断行动以快速有效地移动货物。

监控组件和确保合规性

对于汽车、飞机和其他产品的零件进行跟踪对于安全和法律合规性至关重要。借助存储在共享区块链账本中的物联网数据，所有利益相关者都可以查看产品生命周期中组件的来源。与制造商、托运人和监管机构共享这些信息更安全、更简单、更经济。

记录运营维护数据

物联网设备会监控关键机器的维护和安全状况。区块链为从发动机到电梯的所有内容的运行数据和后续维护提供了一个防篡改的数据库。为了执行预防性维护，第三方维修合作伙伴可以监控区块链并记录他们的维修以自动确认合规性；运营记录也可以与政府组织共享。