深度解读：区块链与5G如何协作 突破物联网的发展瓶颈？

近些年来，专业人士一直在预测和评估物联网（IoT）对社会生产和人们生活将产生怎样深远的影响。然而，物联网技术要想有大规模使用还需要克服两大难题：承载容量和安全性问题。但是，现在，通过引入5G和区块链这样的新技术就有可能改变物联网的发展瓶颈。

（图片来源： pixabay ）

今年，美国主要运营商AT&T和Verizon等将推出最新一代的蜂窝移动通信5G网络。分析人士表示，5G的引入将带来超高的数据传送速率、超低的延迟性、节能、成本降低、更高的系统容量以及设备的大规模连接。

物联网、5G和区块链技术的有机结合有可能会释放出巨大的经济价值。为了理解物联网、5G和区块链之间相辅相成的关系，我们需要从多角度来进行审视。5G通过其低延迟、高速度和高容量的覆盖能力，可以使物联网设备获得广泛的使用。同时，物联网设备还可以利用区块链的安全性、去中心化特性、不可更改性和共识机制来作为基础层，从而进一步提高自身的性能。

通过上面的分析，我们就能意识到有了5G技术和区块链技术的助力，智能城市、无人驾驶汽车、智能家居和其他传感器驱动的增强技术将最终能够满足人们工作和生活的各种需求。

物联网应用

区块链作为物联网应用的基础层可以提供共识和安全，而大部分的物联网交易和合约将发生在区块链的第二层网络上，这就有机会解决支付渠道和链上交易纠纷等问题。同时，物联网的网络容量将通过5G的高覆盖能力来实现，5G将通过增加区块链节点的参与数量来进一步提高区块链的去中心化，同时它还有助于降低区块链的出块时间，从而直接助力区块链，推动链上可扩展性的提高，而所有这些又反过来进一步支持了物联网经济。

（图片来源：cointelegragh）

接下来我们将以5G技术为落足点，了解为何5G技术的出现将给区块链和物联网经济带来巨大变革。

5G的推出

到目前为止，美国一些大型的网络供应商已经开始在美国部分城市推出并覆盖5G网络了，而全球其他国家也将于2020年实现大规模的5G网络覆盖。

其中，网络供应商Verizon将从今年4月11日开始在芝加哥和明尼阿波利斯提供5G网络的覆盖，并在2019年内将5G网络覆盖到30个城市。

此外，三星预计将于下个月发布兼容5G的新款手机Galaxy S10，华为和LG等其他公司也相继发布最新的5G手机，并将很快投入市场。从调制解调器领域来看，目前还没有一款同时支持5G和LTE的调制解调器。但高通已经表示其将在今年第三季度或第四季度推出这一类型产品X55。而苹果在这方面的反应稍显迟钝，该公司还在评估5G市场，预计果粉要等到2020年才能看到兼容5G的iPhone。

5G技术将唤醒物联网的发展

5G的巨大优势在于它的高速、高容量、低延迟以及连接大量设备的能力。

延迟是指信号发送到接收之间的时间；在区块链的术语中，延迟指的是区块链节点在广播交易和接收交易之间所用的时间。

对于物联网而言，无论是应用于智能家居还是自动驾驶汽车，实现低延迟对于设备之间进行通信是至关重要的。因为低延迟让我们有机会实现一个非常重要的概念：技连网（Internet of Skills，简称为IoS）。这是专家通过虚拟现实的设备进行远程工作的过程。举个例子，牙医可以通过技连网进行远程手术。如果在远程手术的过程中出现了较长时间的通信延迟，那么医生的指令在传送给机器人时就会出现误差，最终可能会危及病人的生命。

通过上面的例子，我们就可以了解到5G技术所带来的巨大市场前景。而高通的一项研究也显示，到2035年，5G技术可能会为全球GDP带来12.3万亿美元的额外增长。

5G网络还有有一个非常强大的特性，每秒传送数据量高达10GB，这可以说是对当前家庭宽带服务和蜂窝网络的大幅改进（全球非移动互联网的平均速度仅为每秒7.2MB）。因此，5G很可能将有机会成为全球的互联网网络。

5G网络对物联网及相关概念的影响将通过MEC（Multi-access Edge Computing）进一步增强。这是一种可以使服务从中心节点传播到外围节点，从而在降低延迟的同时提高速度的网络形式。同时，物联网将依赖于5G的容量和速度完成大规模设备的互连。据华为的研究估计，到2025年，物联网的连接数量将达到1000亿，并在此之后更呈现出指数级增长。

提供自动化

大家所理解的自动化可能是机器人取代由人类完成的有偿工作。然而在现实生产中，自动化的定义远远超出了上面所描述范围，它还将包括替换杂务以及无报酬的日常任务。

以智能家居为例，家用电器之间可以进行相互通信，这样就方便住户了解家里的实际情况。此外，自动驾驶汽车和卡车也已经通过了类似测试。相信在未来10年内，农业、矿业和钻井等传统行业都将通过高速物联网实现自动化。

5G的瓶颈

上述应用程序的实现需要依赖5G网络的广泛覆盖，这样才能给这些系统提供在全球范围内执行任务所需的容量和速度。

但5G仍存在两个强在的瓶颈：首先，由于5G网络中的设备都是互联的，一些恶意设备就有可能会在网络中造成混乱。其次，5G的推出将推动互联设备交易的爆炸式增长。目前中心化和去中心化金融基础设施可能无法承载这种程度的增长。

区块链的重要作用

区块链的创新有可能会解决5G的第一个问题。去中心化的公有链具有不可更改性、抗篡改性以及在不信任实体之间建立共识的优势，因此，区块链就可以作为解决物联网设备之间纠纷的基础层。由于这些互联设备将要处理大量资金、或进行车辆的操作，因此建立具有强大安全性的底层协议层是至关重要的，区块链在这方面可以帮助物联网设备做得更好。

与物联网当前使用的客户机-服务器模型相比，去中心化的区块链还提供了其它优势。比如，区块链的去中心化架构可以使身份得到保护和保证。目前，物联网设备通常要通过云服务器进行身份识别，其身份数据也保存在这些数据库中。因此，这些身份数据可能会遭到破坏、窃取或模仿，从而对运行在此类网络之上的任何应用程序构成重大的安全威胁。而通过使用去中心化的区块链，我们可以通过非对称加密和哈希算法来保护这些身份信息的安全。为了保证身份信息的安全，物联网设备将根据对应的区块链地址进行注册，而区块链层可以提供现有中心化基础设施无法比拟的安全级别和无摩擦的认证过程。

扩容

不幸的是，区块链技术也许不能直接解决5G的第二个发展瓶颈。物联网涉及的范围之广意味着去中心化的区块链架构无法处理巨大的吞吐量。当然，通过使用像闪电网络这样支付渠道或侧链，将绝大多数交易方到区块链的第二两层协议上，上述问题是可以得到有效解决的。然而，考虑到物联网中的每个设备都需要有自己的地址和链上交易，因此区块链就需要有每秒处理数万笔交易的链上处理能力。简而言之，区块链两层的可扩展性都必须有显著的提高。

Bitcoin Cash 就在尝试通过增大区块容量来提高其可扩展性，以太坊也正在通过分片技术来搭建更大的链上容量、此外，我们还看到了闪电网络和Liquid的稳步发展，以及像以太坊Plasma这样的侧链技术的迭代。我们有理由相信，5G技术和区块链第二层基础设施的构建将为物联网经济提供必要的可扩展性和覆盖范围。

除了上述的扩容方法之外，系统架构师的另一种方法是添加其他的系统结构。像有向无环图（DAG）这样的设计就可以用来实现更高的吞吐量。然而，这种设计通常以降低网络的安全和去中心化程度为代价。

任何基于区块链的物联网网络都必须在可扩展性、安全性和去中心化的不可能三角中找到必要的落脚点，而在这三方面出现任何缺陷都可能对用户造成灾难性的影响。在开发者开发出能实现安全性、去中心化以及高吞吐量的替代设计之前，物联网网络将不得不使用更有限但更安全的区块链结构。

防止数据篡改

5G技术可以大大增强物联网设备之间的数据传输能力。思科预计，到2021年物联网设备将产生847 ZB的数据量。虽然区块链的核心是分布式的数据存储系统，但是在链上存储大量数据是不可行的。而如果这些物联网数据没有存储在区块链上就会更容易受到攻击。那我们怎么解决这个问题呢？

有专家指出，我们可以在链上存储数据的哈希值，而这一哈希值将指向整个数据集在外部的数据存储站点。实际上，这种外部存储可以在其他去中心化的协议上运行，比如星际文件系统（IPFS）或OrbitDB。虽然这类系统并不能像区块链那样具有相同的抗篡改能力，但它与中心化的替代方案先比要有更高的安全性。重要的是，通过在链上存储哈希值，任何对数据所造成的篡改都会直接改变该数据对应的哈希值，而由于哈希值是有时间戳记录的，因此数据的篡改就更容易被我们发现。

赋能智能合约

5G的功能和性能上的优势可以进一步推动区块链的发展。

我们可以拿智能合约来举例，区块链上的智能合约通常都需要依赖于预言机（oracle）。这些预言机可以将外部数据通过互联网传递到智能合约中。而对于供应链等应用来说，5G可以使一些位于偏远地区的用户实现预言机的功能。

网络的改进

有了5G，覆盖范围和带宽的大幅增加、以及边缘计算辅助的延迟降低可能会增加公有链的节点数。通过将网络覆盖范围扩大到偏远地区，并为手机和平板电脑等非静态设备提供更多的连接，区块链的网络参与度可能会有显著的提高，而这黄会进一步提高区块链的安全性和去中心化程度。

此外，由于网络延迟的降低，开发者还将有机会尝试减少区块链的出块时间，从而增加链上的吞吐量。反过来，这也将为使用区块链的物联网设备提供更好的支持，以实现结算、共识和安全。

物联网、区块链、5G之间相辅相成

要想真正欣赏5G、物联网和区块链的价值，你必须用发展的、立体的角度来看待三者之间的关系。有了正确的架构，以及第二层解决方案、边缘计算、虚拟现实、增强现实和技链网，这些技术将创造出前所未有的价值，同时从根本上颠覆人们工作和生活的方方面面。