中国区块链网:区块链与物联网的融合

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(一)物联网六域模型

面对复杂的生态体系,物联网在市场的自我探索力量有限,需要找到更高效的建设和运营模式,促进生态相关方有序的组织和建立协同运营体系,从而实现物联网与行业的真正融合。为此,需要从三方面开展物联网生态体系的顶层架构设计。一是抽取物联网相关行业的共性;二是支撑各行业的可定制性和伸展性,同时不影响行业的创新;三是促进不同行业之间的协同和共享,突破单应用瓶颈。

传统分层架构在物联网中应用具有局限性,因此在物联网国家标准和国际标准的制定和对十余个行业应用的长期分析和研究过程中,逐步凝练形成了新的物联网“六域模型”参考架构体系。该体系为如何在特定行业 应用中有效解构物联网生态各重要组成部分,以及如何建立业务关联逻辑提供了顶层架构思路,以下简要介绍基于物联网“六域模型”如何指导物 联网协同生态体系建设和运营的思路。

物联网“六域模型”参考体系结构将复杂的物联网行业应用关联要 素进行了系统化梳理,并从不同角度进行了分析,以系统级业务功能划分为主要原则,设定了物联网用户域(定义用户和需求)、目标对象域(明确“物”及关联属性)、感知控制域(设定所需感知和控制的方案,即 “物”的关联方式)、服务提供域(将原始或半成品数据加工成对应的用 户服务)、运维管控域(在技术和制度两个层面保障系统的安全、可靠、稳定和精确的运行)、资源交换域(实现单个物联网应用系统与外部系统之间的信息和市场等资源的共享与交换,建立物联网闭环商业模式)等六

大域,域和域之间再按照业务逻辑建立网络化连接,从而形成单个物联网行业生态体系。单个物联网行业生态体系再通过各自的资源交换域形成跨行业跨领域的协同体系(如图3所示)。

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图3 六域模型

物联网行业生态体系建设的第一步在于确定用户主体和用户需求, 即在用户域中挖掘用户主体与行业中其他因素之间的问题,并提出改善需求。其中,多个用户主体间的关联性以及需求边界是确定物联网行业生态的入口,对于复杂的体系可以采用需求迭代的模式逐步推进。

第二步,目标对象域根据物联网用户需求所关联的目标对象,来确定所要连接的“物体”。物体本身有其物理属性、行业属性和社会属性,大部 分物体本身是传统行业中价值的依附点。物联网通过特定的连接方式,几乎可以把任何“物体”,转化为该物体的“信息源”,从而为创造出区别于传 统产品和服务的全新价值奠定基础,是物联网商业价值创新的源头。

第三步,根据目标对象所确定的物体属性和信息源获取要求,在感知控制域确定采用哪一类技术连接手段,实现与目标对象的连接。从目前技术现状而言,主要包括以传感器为代表的客观感应式,以RFID和二维码条

码为代表的主观标签信息读写,以M2M模块为代表的嵌入式网络通信模块数据操作。

第四步,在服务提供域将大量来自于设备端的数据,根据用户需求, 结合云计算、大数据、人工智能算法等进行进一步的加工处理,形成提供给用户域中不同用户主体的各类服务和接口,实现对“物”和“信息源” 的共享。

第五步,在运维管控域中,从系统技术性运维到行业法律、规则等两个层面去监管和保障系统的安全、可靠、稳定和精确的运行。尤其是对于所连接的“物”触及到的行业管理要求,一方面是需要尽量遵循,另一方 面是需要制定新的规则来保障业务的开展。

第六步,在资源共享域中,一方面打通垂直行业、外部系统和资源的共享和协同,另一方面辅助其他五个域建立内部的商业闭环,尤其是在物流、支付、征信等方面,从而较好地处理垂直封闭系统和外部系统的协同问题。

上述六个域之间的连接问题,可以根据特定的通信要求,采用不同的网络形式实现信息层面的互联互通。但由于现有的互联网通信体系仍存在诸多漏洞和问题,尤其是安全和隐私层面,需要进一步优化和提升,以适应物联网新的业务需求。

按照上述步骤分析建立的物联网行业生态体系,将可以深度切入产业链和行业各个细分环节,改造传统产业原有流程,去掉不必要的、没有价值的环节,重构关键环节。从而实质性提升“物”的运行效率,创造新的 价值,构建更为庞大的价值体系网络,不断为行业赋能,真正形成物联网行业的协同生态体系。

(二)区块链参考架构

区块链参考架构是在中国区块链技术和产业发展论坛发布的《区块链

 

参考架构》标准中提供的一个描述区块链系统的体系框架,目的是统一对区块链的认识,为各行业选择和应用区块链服务、建设区块链系统等提供参考和依据。

 

 

该参考架构采用国际标准ISO/IEC/IEEE 42010:2011中提供的系统架构描述方法,系统地描述了区块链的生态系统,通过用户视图和功能视图描述了区块链的利益相关者群体、基本特征,规范了区块链活动和功能组件,识别出区块链设计和改进的指导原则,并明确了区块链用户视图和功能视图的关系(如图4所示)。

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图4 用户视图和功能视图的关系

首先,对用户视图进行涉众分析,通过细分角色和子角色的方式描述了区块链的利益相关者群体,以及相应的区块链活动和共同关注点。结合区块链服务的特点,从用户视角考察区块链系统的组成,提出了区

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图5 区块链参考架构用户视图

块链服务客户(BSC)、区块链服务提供方(BSP)和区块链服务关联方

(BSR)三种角色,并且描述了这三种角色下的十五个子角色以及它们各自的活动(如图5所示)。

其次,结合区块链服务的特点,从区块链功能角度考察区块链系统的组成,提出了区块链参考架构的功能视图。功能视图通过“四横四纵”的 层级结构,描述了区块链系统的典型功能组件以及所实现的功能(如图6 所示),具体包括用户层、服务层、核心层、基础层和跨层功能。用户层是面向用户的入口,通过该入口,执行与客户相关的管理功能,维护和使用区块链服务,用户层也可将区块链服务输出到其他资源层,提供对跨层区块链服务的支持;服务层提供统一接入和节点管理等服务,为用户提供可靠高效的服务能力;核心层是区块链系统的核心功能层,包含了共识机制、时序服务、隐私保护、加密、摘要与数字签名等模块,此外,根据应用场景的不同,可以有选择地添加能自动执行预设逻辑的智能合约模块; 基础层提供了区块链系统正常运行所需要的基础运行环境和组件,如数据

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图6 区块链参考架构功能组件

存储、运行容器、通信网络等。同时,为了应对区块链产研及运营需求, 功能视图还包含了开发、运营、安全、监管和审计四个跨层功能体系,四个体系中包含的功能组件与上述三层的组件进行交互为系统提供支撑能力。

区块链参考架构有助于帮助理解区块链的运营复杂性、展示和理解各类区块链以及服务的供应和使用、为社区理解、讨论、分类和比较区块链提供技术参考、为使用通用的参考架构描述、讨论和编制系统特定的架构提供工具、促进进行潜在标准分析,同时支持后续的参考实现分析。

(三)区块链和物联网融合框架

区块链和物联网的融合包括架构和相关方的融合。架构融合将物联网六域模型和区块链功能架构充分融合,以将区块链的可信、共识等技术特

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图7 区块链和物联网应用框架

点融入物联网环境中,解决物联网面临的网络单点故障和技术产业链条冗长等问题。相关方融合将物联网六域模型中的相关要素视为区块链的服务客户,促进物联网各相关方建立协作体系、信任体系和价值体系。

1、应用框架

区块链和物联网融合应用框架分为三层,由下至上分别为:通信及基础设施、区块链、物联网。通讯及基础设施为区块链和物联网提供基础硬件环境及通讯相关设备设施。区块链作为中间层利用通信及基础设施的硬件资源,为物联网层提供信任、共识等机制或服务的支持。物联网层利用区块链层提供的服务,加强其安全、隐私等能力。如图7所示,区块链参考架构相关组件可以为物联网六域模型中每个域的相关系统提供服务支持,区块链组件提供的服务支持包括安全、可信、共识、防篡改功能服务保障。同时,区块链参考架构的跨层功能也可以为物联网六域相关系统和

通信及基础设施提供综合服务。

从物联网六域模型的视角来看,可以将区块链视为物联网相关底层网络的增强服务组件。用户层提供业务用户界面、事务提交、数据交换、用户管理、监控管理等功能。服务层提供符合区块链机制的接入服务、节点事务处理和基于区块链的账本记录等功能。核心层提供多节点相互之间的共识和确认、分布式存储机制、安全机制、摘要算法、签名算法、时序机制等相关功能。基础层提供分布式网络协议、数据存储服务和计算能力支持。

从区块链参考架构的视角来看,可以将物联网六域模型中相关系统视为区块链不同类型的用户端,扩展了区块链的应用生态。用户域中的相关方对于信息消费、数字资产流转、隐私保护以及网络信用体系等具有大量需求。目标对象域中的实体对象通过“物联”的方式映射成在虚拟空间的 数字资产,丰富了虚拟网络空间的价值体系。感知控制域中的大量设备在无人值守和管理下,成为区块链体系中的特殊应用端,不断提供对应数字资产的客观信用数据描述。服务提供域中的各类服务平台作为一种新的区块链应用端,可基于区块链提供全新的应用服务,尤其是通过数据挖掘产生高附加值的数据资源服务。运维管控域中各类管理平台基于区块链将更有效地实现对物联网系统的运行维护管理、权限管理、诊断分析、安全隐私管理、法规符合性管理等活动,确保物联网安全、有效、合法地运行。资源交换域重点实现数字资产在不同主体间的交易和流转,依托区块链实现价值的互联网络。

2、用户框架

区块链和物联网融合应用的用户框架是结合区块链参考架构中的用户视图和物联网六域模型,为描述区块链和物联网融合应用的相关方而提出的。对于区块链和物联网融合的系统来说,区块链可以作为系统的底层基础设施来支持上层的物联网应用。从区块链系统的角度来说,物联网的相关方承担区块链服务用户的角色,通过调用区块链服务尤其是核心层的

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图8 区块链和物联网融合应用的相关方

区块链功能来实现其相关活动。同时,在面向物联网的应用系统中,区块链服务用户进一步打开为面向不同物联网域的不同用户种类(如图8所示)。

具体来讲,区块链和物联网融合应用系统的相关方可以分为:

面向物联网的区块链服务客户。通过区块链用户功能组件提供的接口使用区块链服务,以实现物联网相关的业务目标。

区块链服务提供方。为面向物联网的区块链客户提供区块链服务, 其所进行的活动包括提供区块链服务和维护区块链服务,以及确保区块链服务交付等相关活动。

区块链服务关联方。是为以上两种相关方提供支持和辅助功能的相关方。

为使用区块链服务,面向物联网的区块链服务客户根据需要与区块链服务提供方或区块链服务关联方建立业务关系。

其中,面向物联网的区块链服务客户又可分为:

区块链服务管理者。负责确保用户使用面向物联网的区块链服务时,系统正常运行。

区块链服务业务管理者。负责确保通过经济有效的方式获取和使用区块链服务。

区块链服务集成者。负责区块链服务与原有业务系统包括物联网系统的集成,分别包括应用功能集成和数据交换。

面向物联网的区块链服务用户。直接使用面向物联网的区块链服务的相关方。

面向物联网的区块链服务用户根据物联网的六域模型又可分为:

设备类用户。指通过系统自动调用区块链服务,实现数据和使用权等自我管理的物联网连接设备。

物联网服务提供用户。通过调用区块链服务,来实现设备的数据的共享、更新和加工处理,为物联网用户提供对物理世界对象的感知和操控服务的接口。

物联网运维服务用户。从系统技术性运维到行业法规两个层面,监管和保障系统的安全、可靠、稳定和精确的运行,在这些活动中通过区块链服务实现与设备类用户、物联网服务提供用户等相关方的交互。

物联网资源服务用户。通过区块链服务实现物联网系统中多方协同、行业生态打通以及资源共享等活动。

物联网用户。通过用户系统调用区块链服务,实现物联网相关的业务活动和目标。

总的来说,面向物联网的五类区块链服务用户分别通过不同的区块链活动实现更好的物联网服务,以及更好地实现物联网各相关方之间的协同和互联。此外,区块链服务管理者、区块链服务业务管理者和区块链服务集成者分别在系统获得、系统维护和系统集成等方面对物联网系统使用区块链服务提供支持。