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浅谈区块链共识机制在物联网的应用

[日期:2016-06-22] 来源:物联网智库   作者: [字体: ]

  

 

  拜占庭位于现在土耳其的伊斯坦布尔,是庞大的东罗马帝国的首都。由于当时的拜占庭罗马帝国国土辽阔,出于防御的目的,每个军队之间分隔的很远,将军与将军之间也只能靠信差来传递消息。

  在打仗的时候,拜占庭军队内所有将军必需达成一致的意见,形成共识,但要看是否有赢的机会,才去攻打敌人的城堡。但是,军队里可能有叛徒或间谍,动摇将军们的决定,扰乱军队整体的秩序。在进行共识时,其结果并不代表大多数人的意见。这时候,在已知有成员谋反的情况下,其余忠诚的将军在不受叛徒的影响下如何达成一致的协议,这就是著名的“拜占庭将军”问题。

  下面看一下,如何形成共识。为简单起见,约定为四位将军的情况下:

  

 

  图片当中A、B、C、D是四位拜占庭将军,其中A是同盟军司令,B是同盟军叛徒,试图破坏这场战役,C和D是同盟军的忠诚将军。

  A发布了一个命令:攻城!这个命令的代号是“1”。他把这个信息发送给了其它的将军,这类似于互联网中的P2P网络协议。

  B、C、D都会收到A将军发来的命令“1”,每个将军把收到的命令签上自己的名字再发给其他将军。

  叛徒B收到之后,为了混淆视听,他转发给C和D的不是“1”,而是“0”,但为了不暴露自己,发给A将军的仍然是“1”。C和D因为是正常的诚实将军,他们把收到的命令签字之后再按照原样发出去。

  我们看到图中表格,在收到的命令当中,C和D收到的是“101”,但是根据共识算法,他们在这之前约定,按“多数裁决”方式确定正确的命令,因此,C和D认为是攻城,是“1”。在这个例子中,尽管有B的故意捣乱,但A仍然可以和C、D一起联合行动,取得战争的胜利。

  其实,“拜占庭将军”问题并非是源于公元5世纪的东罗马,而是出自一位叫莱斯利.兰伯特的美国计算机专家,他在考虑分布式计算时提出的“拜占庭容错系统”,计算机需要克服“拜占庭将军“问题,一群将军互不信任,其中一定有叛徒,但只要”怀有二心“的将军人数不大于将军总数的三分之一,计算机就有一个算法,保证将军们达成的共识是真实的。

  而2008年中本聪(注:中本聪:2008年11月1日,一个自称中本聪(SatoshiNakamoto)的人在一个隐秘的密码学讨论组上贴出了一篇研究报告,报告阐述了他对电子货币的新构想,比特币就此问世。)提出的区块链“中本聪账本”的基础协议其实很简单,就是盖时间戳,全体“矿工”一起记账,一起签名、审核并发送出去,而不是相信一个人,每十分钟确认一次,形成记录了整个网里这十分钟所有正确的账本数据库“block”,我们翻译成“区块”。

  如果大家都一致,达成共识,叫做共识机制,在这种共识模型下,恶意的参与者也必须采用好的参与者一样的行为,所以,这个区块上的信息一定是真实的可靠的,而且是不可篡改的,就这样每个达成共识的区块连成一个一个链条,就是区块链,就像是每一页一页合法的真实的账页串联在一起形成一个全球总账本。

  中国古话讲:“非我族类,其心必异”。

  在漫长的人类历史进程中,由于宗教信仰不同,意识形态各异,民族习俗区别,各个国家、民族、人群常常在很多问题上难成共识,而唯一能取得共识的是数学(算法)。你可以不了解共产主义、他可以不承认伊斯兰,我可以不信基督教,但没有人不认可欧几里得。因此,可以毫不夸张的说,数学(算法)是全球文明的最大公约数,也是全体人类获得最多共识的基础。

  如果我们以数学算法(程序)作为背书,所有的规则都建立在一个公开透明的数学算法(程序)之上,能够让一切不同政治文化背景的人群获得共识。有共识才有信任,这个共识是分布式算法决定的。中本聪账本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,物联网已经得到了加速进化。根据IDC最新发表的一份统计报告显示,到2020年,全球物联网市场规模将增长至3万亿美元,而全球物联网设备将达到300亿台。

  对于物联网中的智能设备呈现指数级增长态势,无论是最微小的传感器,还是巨大的机械设备,都将连接到庞大的物联网生态合作体系中。这些物联网设备的连接增加了设备厂商的风险,而保护知识产权免受盗用、盗版、滥用和逆向工程(软件货币化的基础)已成为设备厂商的重中之重,而隐私、安全和容错性是物联网发展的前提。

  区块链技术可以在在这些设备之间建立了低成本的直接沟通桥梁(过去我们很难做到M2M对话、交易甚至支付),而且通过去中心化的共识机制提高系统的安全私密性。同时,区块链技术叠加智能合约可将每个智能设备变成可以自我维护调节的独立的网络节点,这些节点可在事先规定或植入的规则基础上执行与其他节点交换信息或核实身份等功能。并且帮助互不相识的资产所有者进行资产使用权的交易谈判并实现P2P支付,这将引爆以前隐藏在社会深处的过剩资产容量,类似于Uber和AirBnB(但这两个案例并不是去中心化的)。

  我们再看一个智能电网的例子:

  现有中心化式电力系统普遍存在安全隐患和电能浪费,尤其一些偏远地区停电是家常便饭,而利用区块链技术叠加智能合约搭建新的电网即可以保证电力安全同时充分利用了现有网状网络闲置的容量。我们把电线杆想象成智能电网的数字化节点,组成全新的点对点电力生产和分配模式。

  想象一下,智能的电线杆会有多安全、方便和实惠。即可以报告运行状况,对故障采取相应措施。如果电线杆遭雷击着火倒了,可以及时生成事故报告,并通知维修队携带适合的工具去确定地点维修。同时智能电线杆还可以将电力传输任务暂时分配给附近的电线杆,毕竟它们都属于同一个电网。这样电力公司不需要花费相当高的现场检修成本,还可以尽快地恢复用电。

  智能电网应用依赖于一个账本——共识机制的“中本聪账本”。上万个智能电线杆通过传感器收集数据,并与其他设备、计算机、人之间传递数据,因此系统需要持续追踪所有信息以保障其可靠性,包括区分每个电线杆。

  每根电线杆都是有身份的,没有身份是不能参与运行的,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(电杆)设定独特的线路,然后把这个线路—身份存储在“账本”中;而且这个身份信息可以像比特币一样传输”。“账本”还可以保证这些设备收到费用后才能继续运行,没有区块链的支付网络,智能电网不能运行,而其中比特币是通用的“交流语言”。点对点智能电网被设计成自动运行的,因而这样的网络就更有韧性,并加入了智能合约等新的元素。如果火灾烧毁了变电站或者飓风摧毁了输电塔,电网会迅速反应,自动寻找新的线路,防止大面积停电。

  物联网应用范围十分广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、智慧城市、智能家居、环境监测、工业监测、食品溯源等多个领域。对物联网发展最大的挑战不是简单地建立一个去中心化的物联网,而是建立一个规模可以不断拓展的通用物联网,同时保证隐私、安全和无需信任交易,话句话说,物联网中数以千亿计的参与者不都是值得信任的,有的甚至是恶意的,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”点就是这个星球的上几十亿人和几千亿部机器连接到一个区块链网络上,人与机器,机器与人,机器与机器的交流对话、交易、支付成为事实,在这个平台上,每个人都是产/消者,每项活动都是协同,以前所未有的全球互信展开大规模合作,人类向着商品和服务几乎免费的时代加速迈进,区块链的去中心化协同共享模式将势不可挡成为新经济的主流。

  作者介绍:

  万新宇,毕业于北京航空航天大学电子工程系,从事汽车电子行业三十年。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;现任深圳赛格导航监事会主席。任职湖南赛格车圣科技有限公司董事长;中国安防协会专家组专家;深圳汽车电子产业专家委员会第一届专家委员。

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