区块链在物联网中面临的问题与应对思路

摘要：区块链技术是当前国内外的焦点技术之一，不仅将影响着未来技术创新

和产业变革，在物联网领域也将起到革命性的作用。为此，本文从区块链的共识

机制角度出发，分析了物联网中引入区块链技术所面临的主要问题，并提出了相

应的应对思路。

关键词：物联网；区块链；主要问题；应对思路

引言

物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用，对新一轮产业变革和经济

社会绿色、智能、可持续发展具有重要的意义。随着物联网技术的普及和不断深化，人类社会正进入“万物互联”的新时代，数以百亿的物联网终端设备如何管理、如何实现物物交易、如何保障信息安全，是物联网发展亟需解决的问题。而区块

链技术作为一种互联网数据库技术，具有去中心化和不可篡改等优点，为物联网

设备的交易、安全、管理等环节提供了新的解决方案。鉴于此，本文对物联网引

入区块链技术遇到的主要问题进行分析，并提出相应的应对思路。

1.物联网引入区块链技术面临的主要问题

1.1 性能效率问题

区块链的基础是P2P 分布式网络、加密算法和共识机制，其中共识机制是保

障区块链系统持续运行的关键[1]。共识机制就是区块链节点就区块信息达成全网

一致共识的机制，它可以保证最新区块被准确添加至区块链，保持节点存储的区

块链信息一致、不分叉，甚至可以抵御恶意攻击。共识机制解决了区块链如何在

分布式场景下达成一致性的问题。

目前，被广泛提及的共识机制约十几种，其中应用最为广泛的是PoW（Proof of Work，工作量证明），比特币和以太坊均采用该机制。在PoW 算法中，记账

节点需使用一定的运算资源处理同一条件的Hashcash函数计算，哪个节点先计算出来，区块就属于该节点，接着被算出来的数值则可向网络其它节点提交计算的

工作量证明。虽然Hashcash 函数很难破解，但容易被验证。因此只要数值被计算出来，其它参与节点便能容易地去验证这个值是否有效。由于工作量证明运算需

相当高的计算成本，使得伪造的工作得不偿失，也就保证了各方均能遵守协议约定。PoW 可以让每个参与的节点共同参与交易验证，也让多方共同维护并共享同

一份交易记录的账本，从而保证了区块链有很强的防篡改性。

但PoW 依赖机器进行数学运算来获取记账权，每次达成共识需要全网共同参

与运算，性能效率非常低。此外，每个节点都会保留一个完整的区块链数据备份，其占用的数据存储量会随着节点数量的增加而急剧膨胀。以比特币为例，目前每

秒只能处理7笔交易，每年单节点区块数据增长约300 GB。所以，随着物联网中

的终端数量增加，运行共识机制的成本会显著上升。

另一方面，区块链技术应用于物联网时，需要所有物联网节点共同参与[2]。

物联网终端数量虽然很多，但具备计算能力的物联网终端设备却非常有限。与传

统的区块链挖矿节点相比，物联网终端普遍的Hash 计算能力甚至不到GPU 系统

的千分之一。另外，物联网设备一般均有低功耗需求，因此其电力消耗在实际应

用中也受到严格控制，但挖矿设备对能源的消耗却十分惊人——2017年用于比特

币挖矿的电力超过159 个国家的年度电量总和。