浅析5G与物联网离不开区块链的缘由

　　自物联网(IoT)兴起到现在，专家们一直都在研究物联网的实际应用，但物联网一直也都是处于不温不火的状态，究其原因，是因为有两大拦路虎在作怪：容量和安全。

　　然而，一项全新的技术让我们看到了物联网通向成功的曙光。今年， AT&T 以及 Verizon 等主流运营商推出了新一代的蜂窝移动通信技术 — — 5G 技术，它拥有相当酷炫的优势：数据传输速率高、延迟少、节能、成本低、系统容量大，除此之外，还允许大规模的设备连接。
 

 

　　而 5G 和区块链技术的结合，势必将有效刺激经济的发展。为了更好的理解5G、区块链和物联网这三种技术之间的联系，我们首先应该认识到这三者之间拥有着特别复杂的多重关系：

　　得益于5G的低延迟、高速度和大容量，促进了物联网的广泛应用;

　　区块链的安全性、去中心化特性、不可篡改性以及共识机制，也成为物联网设备运作最坚实的基础。

　　我们相信，这三种技术的结合，将会引领无限光明的未来，也终将会促进智慧城市、无人驾驶、智能家居等技术的发展。

　　大部分物联网交易和合约都发生在网络的第二层，而作为基础层的区块链，可以为其提供共识机制和安全性，这样一来，区块链就可以解决支付渠道和交易纠纷等问题。

　　5G 技术则能够为物联网提供较大的网络容量，此外，5G 还可以增加节点参与的频率和去中心化，降低网络拥堵时间，增加链上的可扩展性，有助于进一步提高区块链的性能，进而支撑互联网经济的发展。
 

 

　　5G 技术的问世

　　如今，一些互联网供应商已经在美国部分城市推出了 5G 技术，并且预计将在2020年实现 5G 在全球范围内的覆盖。

　　网络供应商 Verizon 也将于2019年4月11日在美国的芝加哥和明尼阿波利斯州覆盖 5G 服务，并计划在2019年内覆盖其他30个城市。

　　很多手机运营商也在部署 5G 市场战略：

　　三星计划发布兼容 5G 的 Galaxy S10 机型;

　　华为和 LG 等公司也都计划发布 5G 兼容手机，相信很快就会问世;

　　高通也计划将在今年第三或第四季度发布同时支持 5G 和 LTE 的调制解调器 X55。

　　但是遗憾的是，“果粉”们只能等到2020年才能看到兼容 5G 的 iPhone 机型，很显然，苹果公司现在还需要对 5G 市场进行评估。
 

 

　　5G 与物联网

　　5G 技术拥有很多优点，如处理数据速度快、网络容量大、延迟低，还能连接大量的设备。这里的“延迟”是指信号发送和接收之间所需要的时间。在区块链术语中，延迟是指节点广播智能合约到另一个节点接受智能合约所需要的时间。并且，从物联网的角度来讲，不管是智能家居还是无人驾驶，设备间信号传输的低延迟真的至关重要。

　　“低延迟”还解锁了另一个概念—— Internet of Skills (IoS)，通俗的来讲就是，各个领域的专家们通过 VR 耳机进行远程工作，比如，牙医可以远程做手术等。如果延迟不能降到最低，牙医就不能实时做出反应，这种不灵敏性就会危及患者的健康甚至整个手术流程。

　　得益于 5G 技术，这些新的应用也大大推动了经济的发展。高通公司的一项研究表明，据估计，到2035年，5G 技术将为全球带来额外的12.3万亿美元 GDP 收入。

　　重要的是，速度高达每秒 10GB 的 5G 技术也推动了当前家庭带宽服务和蜂窝网络的发展，而全球非移动互联网的平均速度只有每秒7.2MB，这样看来，5G 很有可能会成为一种全球性网络。

　　5G 对互联网及相关概念的影响，将会通过多接入边缘计算得到进一步的加强。多接入边缘计算是一种网络形式，服务可以从中心节点广播到外围节点，且速度更快、延迟更小。物联网就是利用网络容量将大量的设备相互连接在一起。

　　据华为的研究估计，到2025年，物联网的连接数量可能会达到1000亿，并且在这之后可能会呈指数型爆发式增长。

　　谈到自动化，人们通常的理解就是：机器人取代当前由人类完成的有偿工作。但是，实际上并不仅限于此，自动化的应用范围很可能远大于这些，包括取代杂物以及无偿的任务。

　　我们已经可以在智能家居应用中看到这点，家用电器之间的相互通信、管理库存等都已经达到自动化水平，无人驾驶也已经通过了测试，无人驾驶之所以还没有广泛应用，其当前主要障碍就是立法这关。

　　在未来数十年内，农业、采矿业和钻探业等传统行业也都将会通过高速物联网实现自动化，而物联网则是由数十亿计的传感器和设备通过 5G 技术进行通信。
 

 

　　如何用区块链解决 5G 的瓶颈？

　　这些自动化应用广泛依赖于 5G 的全球性覆盖，5G 能够为这些应用在全球范围内提供所需的网络容量、速度和延迟。但 5G 技术依然存在另外两个潜在的障碍：

　　安全性——得益于设备之间高强度的互联性，恶意设备可能会在网络中引起混乱;

　　可扩展性——5G 的推出将会使这些设备之间的交易和支付呈爆炸式增长，到那时候，当前的中心化和去中心化的金融基础设施就已经变的相形见绌了。

　　区块链技术为 5G 的第一大瓶颈扫除了技术上的障碍。

　　公共的、去中心化的区块链具有不可篡改性，并且还可以在不信任实体之间建立共识机制，这为物联网提供了安全上的保障。

　　物联网设备之间的交易和智能合约之间存在着各种纠纷，因此，区块链就成为解决这一问题的基础层。由于这些设备涉及到金钱交易，或者是涉及到交通工具的应用，因此，创建一个具有安全可靠的底层协议至关重要，而区块链则是最佳选择。

　　相较于当前物联网的客户端-服务器模型，去中心化的区块链技术的好处要多的多。区块链技术的去中心化特性能够很好的保护用户的身份及安全。目前，物联网设备是通过云服务器来识别用户，他们将识别数据保存在这些云服务器中。这样一来，这些数据就很容易被泄露、窃取或抄袭，基于这些数据的应用程序也会受到很大的安全威胁。

　　而去中心化的区块链则可利用非对称密码算法和安全哈希算法来保护这些用户身份。设备可以根据对应的区块链地址进行注册，保证身份的唯一不可篡改性。因此，这是现有中心化基础设施无法达到的安全和防篡改识别高度。
 

 

　　那可扩展性该如何解决呢？

　　但是，区块链并不能解决可扩展性这一障碍，物联网大范围内的设备连接，也就意味着去中心化的区块链架构并不能处理这么大的吞吐量。最起码在区块链这一层解决不了。

　　那么，还有一个可行的解决方案就是：通过支付渠道或侧链，将大部分交易放到闪电网络等 第二层解决方案。

　　由于每个设备都需要拥有自己的地址和在线交易，因此在线交易速度得高达每秒数万个交易。简而言之，这两个层上的可扩展性必须加以改善。

　　区块链也正在增加其可扩展性，比如比特币现金 ABC 增加区块大小，以太坊通过分片技术扩展链的容量。同时，随着闪电网络、以太坊 Palsma 和 Blockstream 的 Liquid 侧链出现，可扩展性已经得到了稳定的发展。

　　5G 和第二层区块链基础设施为以物联网为导向的经济提供了必要的可扩展性。

　　作为一名开发者，你可能会在基础区块链层和物联网设备之间增加一个有向无环图图(DAG)，以实现更高的网络吞吐量，但这通常会破坏系统的去中心化特性和安全性。

　　对于任何一种基于区块链的物联网来说，解决可扩展性、安全性和去中心化特性这三大困境是先决条件，而对于用户来说，这三个方面产生的任何一个缺陷都是灾难性的。除非开发者能够在不牺牲安全性和去中心化特性的前提下，提高网络吞吐量，否则物联网就得使用更加有限但必须安全的区块链结构。
 

 

　　区块链如何重塑世界？

　　5G 技术支撑的物联网设备将会推动数据传输的大幅度增长，预计到2021年，Cisco 项目就会产生847泽字节(1泽字节为1万亿GB)的数据，虽然区块链的核心是去中心化数据存储系统，但是它并不能存储如此大量的数据。于是问题来了，如果物联网数据不能存储在区块链上，就很容易会受到攻击。

　　不过，通过指向整个数据集的外部数据存储站点来存储数据的哈希值倒是完全有可能。实际上，这种外部存储结构还可以在其他去中心化协议上运行，如 IPFS 或 OrbitDB。更重要的是，在区块链上存储哈希值，任何人篡改数据都会改变哈希值，这样一来，我们就能够知道被攻击了，并通过时间戳记录攻击时间。

　　此外，区块链也能从 5G 技术中受益。比如智能合约，这些区块链智能合约通常非常依赖于预言机 Oracles，这些 Oracle 的功能就是将外部数据传递给智能合约，当然，前提是必须通过互联网进行传输。在供应链等应用中，5G 技术就能够在偏远地区为这些 Oracle 提供便利。

　　5G 技术还能改进区块链网络的性能。增加网络带宽、边缘计算的延迟降低，就可能会导致加入公共区块链的额外节点激增。如果能将通过 5G 技术的覆盖度扩大到边远地区，提供更多的移动设备，比如手机和平板电脑等，就可以大幅度提高网络参与度，进而改善区块链的安全性和去中心化特性。

　　此外，由于延迟减少，开发人员将有更大的空间来降低时间戳，从而提高链上的吞吐量。反过来说，使用区块链进行结算，达成共识和安全性，这也能为物联网提供更好的支持。

　　如果想真正理解 5G 技术、物联网和区块链的巨大潜力和价值，我们必须考虑这三种技术的协同作用。

　　有了正确的基础架构，才能将这三种技术进行有效整合，再利用第二层解决方案、边缘计算、虚拟现实、增强现实和 IoS 等技术，这将会为我们创造前所未有的价值，同时从根本上改变我们的工作、就业和娱乐。