NKN区块链技术在物联网中的应用

岳增龙 陈海燕 张晓晶

【摘要】    随着大数据时代到来，物联网随着技术发展进入了越来越多的领域之中，展现出自身信息交流、通信传输、智能化等方面的优势。文中重点讲述了NKN区块链技术物联网中的应用，并利用NKN区块链技术与物联网融合技术，解决现有网络中去中心化、数据安全、可追溯、访问控制、资源管理等问题，打造一个更安全、更可靠的物联网信息网络。结合NKN区块链技术，提出了物联网智能化的改进方面，以及依靠智能物联网构建智能化社会的设想。

【关键词】    物联网    区块链技术    NKN区块链    去中心化 中继证明    设备互操作

引言：

随着物联网技术的高速发展和普及，物联网发展更加趋向智能化，尤其是物联网智能的关键数据处理与互操作方面。与传统互联网相比，物联网本身就面临着诸多安全和风险挑战，随着5G等新兴通信技术的迅猛发展，物联网设备也更加多样化，面对安全挑战的复杂性也随之进一步增加，通过与区块链技术融合，可以解决网络中数据安全、隐私保护、访问控制，资源配置等问题，这都为区块链技术提出了更高要求。

一、NKN区块链技术

1.1区块链定义及特征

区块链技术是一种不依赖第三方、通过自身分布式节点进行网络数据的存储、验证、传递和交流的一种技术方案。本质上是指通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库的技术。从区块链的形成过程看，区块链技术具有去中心化、开放性、独立性、安全性、匿名性等五大特征。

1.2 NKN区块链技术特点

NKN区块链提供了去中心化的、开放的、可扩展的、社区共享共建的网络基础设施的解决方案，让不同区域的物联网设备可以互联互通，实现自主协同构建去中心化网络并实现规模化扩张而不受限于算力、存储等方面的限制，实现真正的去中心化、开放、自激励、保障隐私和安全等。这也为解决联网发展过程中，降低物联网运营成本，设备安全，个人隐私，架构僵化、通信兼容和多主体协同等问题提供可能性。

NKN区块链技术运用元胞自动机方法论打造一个对等的，真正分布式的网络，开放且可扩展，无论何时何地，任何设备都可以轻松接入NKN网，通过共享网络资源，从NKN系统中获得奖励。

NKN技术的四个核心要素分别是去中心化数据传输网络（DDTN），中继证明（PoR），区块链共识和激励分配机制。这些元素分别对应区块链基础设施叠层的网络层、共识层和激励层。

具体的四要素可以扩展到七个部分，分别为：

1.去中心化数据传输网络（DDTN）

NKN引入元胞自动机方法论，定义网络中的每个节点只连接并了解网络中称为邻居的有限几个节点。DDTN网络拓扑结构由邻居的选择决定。

2.中继证明（PoR）。NKN提出了PoR的证明，也就是中继证明，也就是签名链。

3.共识和区块链 通过摩卡共识（MOCA），它根据节点自身的状态和邻居节点的状态来达成共识，它无须通过比较网络中的所有节点状态来达成共识。

4.中继路径验证 节点使用已经达成共识的全局信息。

5.可验证随机函数（VRF） NKN使用可验证的随机函数（VRF）来计算签名链中的“签名”，因为它提供了可验证性和唯一性。

6.NKN地址方案 NKN网络中的设备类型分为节点和客户端两种，所以选择NKN地址时，节点和客户端有不同的方案。为了实现系统安全性，节点的NKN地址需要保持随机性，NKN在节点加入时选择公共IP地址和最新区块的哈希值的哈希值。

7.挖矿经济模型。通过给予中继节点和挖矿节点奖励的机制，促进网络更快更稳健。

1.3 基于物联网的NKN的系统架构

基于物联网构建的NKN的系统架构图（如图1）分为六层：底层网络、NKN网络层、区块链层、服务和SDK层、接口层以及应用层。

依据NKN区块链的以上特性，基于物联网上的通信网络层，可以将物联网设备节点自由加入到一个点对点的网络中，并进行中继数据传输，通过对数据传输的路由结构进行优化，完成传统的物联网的网络传输，网络的服务模式，及应用场景的重塑，最终形成一个去中心化的、自我演化的、高度可扩展的网络系统。

二、NKN区块链+物联网的改进

NKN区块链技术与物联网技术融合发展，从根本上解决大数据共享和交换需求，具体改进点如表1，主要体现在以下方面：

傳感器数据存取与交换：

分布在不同空间的传感器和设备可以通过挂接到NKN区块链系统，实现传感器数据存取以及数据智能交换。

物联网设备身份识别：

设备的身份识别成为物联网智能需要实现的基本功能。NKN区块链通过VRF为物联网设备身份识别提供有效的解决方案。

物联网安全：

NKN区块链的签名链，保证了物联网上的数据和信息的隐私保护以及传输过程的安全性。

设备互操作：

基于区块链系统可以构建设备互操作的平台，通过NKN的网络的拓扑结构是动态且可验证的。任何节点都可以随时加入和离开网络而不会导致系统故障。数据包可以从任何节点以高效且可验证的路由传输到任何其他节点。

三、结束语

NKN区块链凭借主体对等、公开透明、安全通信、难以篡改和多方共识等特性，对物联网将会产生重要的影响：多中心、弱中心化的特质将降低中心化架构的高额运维成本;信息加密、安全通信的特质将有助于保护隐私，身份权限管理和多方共识有助于识别非法节点，及时阻止恶意节点的接入和危害;依托链式的结构可以构建可证可溯的电子证据存证;利用分布式架构和主体对等的特点有助于满足多类，大量物联网设备数据安全可靠交换和存贮促进多方协作。

随着5G技术的应用，NKN区块链技术将为未来智能物联网应用场景建立新型商业模式和智能社会发展提供更多可能。

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