淺析5G與物聯網離不開區塊鏈的緣由

　　自物聯網(IoT)興起到現在，專家們一直都在研究物聯網的實際應用，但物聯網一直也都是處于不溫不火的狀態，究其原因，是因為有兩大攔路虎在作怪：容量和安全。

　　然而，一項全新的技術讓我們看到了物聯網通向成功的曙光。今年， AT&T 以及 Verizon 等主流運營商推出了新一代的蜂窩移動通信技術 — — 5G 技術，它擁有相當酷炫的優勢：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 和區塊鏈技術的結合，勢必將有效刺激經濟的發展。為了更好的理解5G、區塊鏈和物聯網這三種技術之間的聯系，我們首先應該認識到這三者之間擁有著特別復雜的多重關系：

　　得益于5G的低延遲、高速度和大容量，促進了物聯網的廣泛應用;

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

　　我們相信，這三種技術的結合，將會引領無限光明的未來，也終將會促進智慧城市、無人駕駛、智能家居等技術的發展。

　　大部分物聯網交易和合約都發生在網絡的第二層，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，區塊鏈就可以解決支付渠道和交易糾紛等問題。

　　5G 技術則能夠為物聯網提供較大的網絡容量，此外，5G 還可以增加節點參與的頻率和去中心化，降低網絡擁堵時間，增加鏈上的可擴展性，有助于進一步提高區塊鏈的性能，進而支撐互聯網經濟的發展。
 

 

　　5G 技術的問世

　　如今，一些互聯網供應商已經在美國部分城市推出了 5G 技術，并且預計將在2020年實現 5G 在全球范圍內的覆蓋。

　　網絡供應商 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，并計劃在2019年內覆蓋其他30個城市。

　　很多手機運營商也在部署 5G 市場戰略：

　　三星計劃發布兼容 5G 的 Galaxy S10 機型;

　　華為和 LG 等公司也都計劃發布 5G 兼容手機，相信很快就會問世;

　　高通也計劃將在今年第三或第四季度發布同時支持 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，蘋果公司現在還需要對 5G 市場進行評估。
 

 

　　5G 與物聯網

　　5G 技術擁有很多優點，如處理數據速度快、網絡容量大、延遲低，還能連接大量的設備。這里的“延遲”是指信號發送和接收之間所需要的時間。在區塊鏈術語中，延遲是指節點廣播智能合約到另一個節點接受智能合約所需要的時間。并且，從物聯網的角度來講，不管是智能家居還是無人駕駛，設備間信號傳輸的低延遲真的至關重要。

　　“低延遲”還解鎖了另一個概念—— Internet of Skills (IoS)，通俗的來講就是，各個領域的專家們通過 VR 耳機進行遠程工作，比如，牙醫可以遠程做手術等。如果延遲不能降到最低，牙醫就不能實時做出反應，這種不靈敏性就會危及患者的健康甚至整個手術流程。

　　得益于 5G 技術，這些新的應用也大大推動了經濟的發展。高通公司的一項研究表明，據估計，到2035年，5G 技術將為全球帶來額外的12.3萬億美元 GDP 收入。

　　重要的是，速度高達每秒 10GB 的 5G 技術也推動了當前家庭帶寬服務和蜂窩網絡的發展，而全球非移動互聯網的平均速度只有每秒7.2MB，這樣看來，5G 很有可能會成為一種全球性網絡。

　　5G 對互聯網及相關概念的影響，將會通過多接入邊緣計算得到進一步的加強。多接入邊緣計算是一種網絡形式，服務可以從中心節點廣播到外圍節點，且速度更快、延遲更小。物聯網就是利用網絡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，物聯網的連接數量可能會達到1000億，并且在這之后可能會呈指數型爆發式增長。

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

　　我們已經可以在智能家居應用中看到這點，家用電器之間的相互通信、管理庫存等都已經達到自動化水平，無人駕駛也已經通過了測試，無人駕駛之所以還沒有廣泛應用，其當前主要障礙就是立法這關。

　　在未來數十年內，農業、采礦業和鉆探業等傳統行業也都將會通過高速物聯網實現自動化，而物聯網則是由數十億計的傳感器和設備通過 5G 技術進行通信。
 

 

　　如何用區塊鏈解決 5G 的瓶頸？

　　這些自動化應用廣泛依賴于 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絡容量、速度和延遲。但 5G 技術依然存在另外兩個潛在的障礙：

　　安全性——得益于設備之間高強度的互聯性，惡意設備可能會在網絡中引起混亂;

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

　　區塊鏈技術為 5G 的第一大瓶頸掃除了技術上的障礙。

　　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體之間建立共識機制，這為物聯網提供了安全上的保障。

　　物聯網設備之間的交易和智能合約之間存在著各種糾紛，因此，區塊鏈就成為解決這一問題的基礎層。由于這些設備涉及到金錢交易，或者是涉及到交通工具的應用，因此，創建一個具有安全可靠的底層協議至關重要，而區塊鏈則是最佳選擇。

　　相較于當前物聯網的客戶端-服務器模型，去中心化的區塊鏈技術的好處要多的多。區塊鏈技術的去中心化特性能夠很好的保護用戶的身份及安全。目前，物聯網設備是通過云服務器來識別用戶，他們將識別數據保存在這些云服務器中。這樣一來，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密碼算法和安全哈希算法來保護這些用戶身份。設備可以根據對應的區塊鏈地址進行注冊，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，物聯網大范圍內的設備連接，也就意味著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，還有一個可行的解決方案就是：通過支付渠道或側鏈，將大部分交易放到閃電網絡等 第二層解決方案。

　　由于每個設備都需要擁有自己的地址和在線交易，因此在線交易速度得高達每秒數萬個交易。簡而言之，這兩個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，以太坊通過分片技術擴展鏈的容量。同時，隨著閃電網絡、以太坊 Palsma 和 Blockstream 的 Liquid 側鏈出現，可擴展性已經得到了穩定的發展。

　　5G 和第二層區塊鏈基礎設施為以物聯網為導向的經濟提供了必要的可擴展性。

　　作為一名開發者，你可能會在基礎區塊鏈層和物聯網設備之間增加一個有向無環圖圖(DAG)，以實現更高的網絡吞吐量，但這通常會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網來說，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，而對于用戶來說，這三個方面產生的任何一個缺陷都是災難性的。除非開發者能夠在不犧牲安全性和去中心化特性的前提下，提高網絡吞吐量，否則物聯網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 技術支撐的物聯網設備將會推動數據傳輸的大幅度增長，預計到2021年，Cisco 項目就會產生847澤字節(1澤字節為1萬億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。于是問題來了，如果物聯網數據不能存儲在區塊鏈上，就很容易會受到攻擊。

　　不過，通過指向整個數據集的外部數據存儲站點來存儲數據的哈希值倒是完全有可能。實際上，這種外部存儲結構還可以在其他去中心化協議上運行，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改變哈希值，這樣一來，我們就能夠知道被攻擊了，并通過時間戳記錄攻擊時間。

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

　　5G 技術還能改進區塊鏈網絡的性能。增加網絡帶寬、邊緣計算的延遲降低，就可能會導致加入公共區塊鏈的額外節點激增。如果能將通過 5G 技術的覆蓋度擴大到邊遠地區，提供更多的移動設備，比如手機和平板電腦等，就可以大幅度提高網絡參與度，進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，開發人員將有更大的空間來降低時間戳，從而提高鏈上的吞吐量。反過來說，使用區塊鏈進行結算，達成共識和安全性，這也能為物聯網提供更好的支持。

　　如果想真正理解 5G 技術、物聯網和區塊鏈的巨大潛力和價值，我們必須考慮這三種技術的協同作用。

　　有了正確的基礎架構，才能將這三種技術進行有效整合，再利用第二層解決方案、邊緣計算、虛擬現實、增強現實和 IoS 等技術，這將會為我們創造前所未有的價值，同時從根本上改變我們的工作、就業和娛樂。