什么是區塊鏈

區塊鏈最初是為了支持電子加密貨幣比特幣而提出的技術，起初主要應用于電子交易領域。后來隨著區塊鏈應用的不斷擴展，也在金融商務·電子醫療·信息安全等領域逐漸形成成熟的商業體系。此外，區塊鏈改變了許多原有基礎產業的結構，在減少經濟投入的同時，提高了基礎產業的安全性、責任性和分散性。例如供應鏈，電子商務，數據遷移等。

區塊鏈是使用公鑰加密提供身份認證，并在P2P網絡中記錄每個身份的每一筆交易信息，一旦交易完成則不可撤銷的去中心化技術。網絡中的每個節點都記錄著其所在的分布式網絡的所有交易信息，并按照時間順序打包成區塊。每個新產生的區塊都帶有時間戳并嚴格按照時間線形順序推進，多個區塊串聯起來形成不可逆的鏈條。區塊鏈中的每一個區塊都包含上個區塊的哈希值，網絡攻擊者想要篡改區塊鏈信息時，需要將篡改區塊之后所有的新區塊信息。區塊鏈采取單向哈希算法導致任何試圖入侵篡改區塊鏈內數據信息的行為易被追溯。
區塊鏈系統中的節點處于分散的分布式P2P網絡中，廣播消息到達節點的時間是不同的。攻擊者可以利用這個延遲以更快的單播通信方式傳遞偽造的虛假信息給臨近節點，為了避免這個問題區塊鏈系統提供了共識機制。我們希望共識機制能夠給分布式網絡中的所有節點提供足夠的可信性，網絡中的每個節點都有公布消息給其他節點，當網絡中其他節點節點收到了某個通過共識機制認證后的節點發布的廣播，我們就認為這個消息是可信任且未偽造的信息并將該信息打包為一個新的區塊并加入到當前區塊鏈的鏈條中。
去中心化系統中的共識節點本身是自利的, 最大化自身收益是其參與數據驗證或記賬的根本目標。區塊鏈系統會獎勵完成共識機制的節點，從而保證網絡中的各個節點都愿意參與到共識機制下的數據驗證中。

區塊鏈的類型

公共區塊鏈是網絡中任何一個節點都可以訪問并且參與共識機制的區塊鏈。公共區塊鏈中，只要一個節點完成共識機制的算法要求，就可以將數據添加到區塊鏈上并獲得相應的經濟獎勵。公有區塊鏈同城可以被看作完全去中心化的，也因此網絡中的作惡節點會更多。公共區塊鏈由加密經濟學保證數據的可靠性與安全性，一般使用工作量證明或股權證明等共識機制的加密驗證相結合來保證可信任的訪問。
私有區塊鏈則是中心化的區塊鏈，相關組織掌握該區塊鏈的所有寫權限，讀權限則可用根據需要進行動態調整。一般用于公司等經濟體制的內部數據庫管理或審計方面，讀取權限只在需要時公開。根據區塊鏈的特性，小規模網絡的溯源是容易的，因此該網絡中的惡意節點最少。根據小群體需求的不同，激勵機制和共識機制可以適當放寬從而便捷網絡中各節點之間的通信和交易。
聯合區塊鏈被認為是部分去中心化的。由多個組織構成的聯盟共同協商下參與交易或者數據驗證的介于私有鏈和公有鏈之間的區塊鏈。每個組織都運行著一個或以上的節點，節點的數據只允許聯盟內成員讀寫或發送交易信息。聯盟內部節點數量有限，因此能夠在分布式網絡內部相對容易的達成共識。聯盟區塊鏈內數字簽名是身區塊上鏈的基本條件，只有聯盟內節點簽名數量超過全網節點的某個閾值區塊的打包才會被視為有效。對于聯盟區塊鏈上的數據，可以是公開的也可以是僅限于聯盟成員的，也可以是基于權限的。基于權限模式下允許聯盟鏈開放API以提供有限數量的訪問機會。
智能合約保證區塊鏈網絡中的所有操作在條件滿足的情況下都可以執行，即使沒有第三方監督。所有違反智能合約的節點都將受到處罰。

物聯網中存在一些挑戰，如中心化的管理結構不能夠自證清白；隨著物聯網設備的幾何級增長，未來的中心化結構難以負擔如此海量的數據連接。而且很多物聯網都是運營商、企業內部的自組織網絡。涉及到跨多個運營商、多個對等主體之間的協作時，建立信用的成本很高。
區塊鏈的多中心、弱中心化的特質將降低中心化架構的高額運維成本，信息加密、安全通信的特質將有助于保護隱私，身份權限管理和多方共識有助于識別非法節點并及時阻止惡意節點的接入，依托鏈式的結構有助于構建可證可溯的電子證據存證，分布式架構和主體對等的特點有助于打破物聯網現存的多個信息孤島桎梏，促進信息的橫向流動和多方協作。

Reference:
[1] A Survey of Blockchain From the Perspectives of Applications, Challenges, and Opportunities
[2] The blockchain: State-of-the-art and research challenges
[3] Public blockchain evaluation using entropy and TOPSIS.
[4] Block5GIntell_Blockchain_for_AI-Enabled_5G_Networks
[5] Blockchain_for_Internet_of_Things_A_Survey
[6] A survey on the security of block chain systems

工業物聯網的一些區塊鏈案例

微型低成本傳感器和高帶寬無線網絡的出現，意味著當下只要有一定水平的數字智能，即使是最小的設備也可以連接起來。對它們進行監控和跟蹤，共享它們的狀態數據，并與其他設備進行通信。然后還可以收集和分析所有的這些數據，來提高業務流程的效率。IIoT不應該與消費者物聯網混淆，但是消費物聯網的核心理念與IIoT基本相同，都是使用傳感器和自動化來提高效率。如果把物聯網在工業行業里的應用抽象出來，我們可以總結為四個層次：數據的采集與展示、基礎的數據分析與管理、深度數據分析與應用、工業控制。
在調查論文A Comprehensive Survey on Attacks,Security Issues and BlockchainSolutions for IoT and IIoT中，作者整理了基于物聯網四階層的安全威脅和對應解決策略以及工業物聯網中基于不同目標的各種網絡攻擊和基于區塊鏈的解決方案。工業物聯網中的安全目標目標可以大致分為基礎設施安全，認證與信任協議，認證模式，安全的數據管理系統以及傳統的攻擊預防戰略。

Ref: A_Blockchain-based_Data_Sharing_Scheme_in_The_Supply_Chain_by_IIoT
工業物聯網更重視公司之間有限和特殊信息的收集和共享。如在傳統的供應鏈中，新訂單通過傳真或快遞郵件發送給供應商。作者提出了應用區塊鏈的IIoT供應鏈結構。與IIoT相結合，供應鏈可以部署為無需實際操作的資源交互網絡，供應鏈中的每個傳感器都是自動的，為供應鏈涉及產品生產和分銷的一系列過程提供自動化處理。為了保證在傳感器收集數據時數據不泄露，將工業物聯網設備的監控和記錄通過智能合約在網絡中實時存儲，將工業物聯網設備升級到區塊鏈。

Ref :Integration of Next Generation IIoT with Blockchain for the Development of Smart Industries

作者提出了工業物聯網和區塊鏈在工業過程中如何協同工作以實時解決安全問題。并設計了工業物聯網和區塊鏈的安全要求，還描述了工業物聯網如何集成到區塊鏈用于智能工業應用。通過DEMATEL方法計算出工業物聯網在行業中所面臨的經濟挑戰，并通過區塊鏈因素解決基礎設施設計和部署成本問題。
Ref: Blockchain_Enabled_Industrial_Internet_of_Things_Technology
作者將區塊鏈節點分為全節點(FN)和輕節點(LN)。FN可以下載和檢查所有區塊和交易并且可以作為挖掘節點為區塊鏈創建塊。LN由于資源的限制，能在區塊鏈上存儲和處理部分數據。在工業物聯網中，LN參與在節點之間傳播的新交易，并可以將添加到區塊鏈中的一個塊中。這個框架非常適合工業互聯網要求的可擴展性和海量數據的操作模式。

Ref: Blockchain-Enhanced_Data_Sharing_With_Traceable_and_Direct_Revocation_in_IIoT
作者為了實現智能工廠數據的安全存儲、訪問控制、信息更新和刪除，以及對惡意用戶的跟蹤和撤銷等要求，設計了基于區塊鏈的工業互聯網數據共享機制。
利用區塊鏈在支持身份認證和可追溯的前提上，增強了智能工廠數據在云中的安全存儲和共享。該機制下的密鑰體積小，作業效率高且可以抵抗共謀密鑰攻擊。
Ref: Convergence_of_Blockchain_and_Edge_Computing_for_Secure_and_Scalable_IIoT_Critical_Infrastructures_in_Industry_4.0
在這篇文獻中，作者提議使用結合邊緣計算的區塊鏈來解決現有工業物聯網的擴展性問題和數據安全問題。邊緣計算為區塊鏈提供了新的節點部署選擇。把區塊鏈部署在邊緣計算節點上，數據對接便捷，傳播路徑可控，可以緩解帶寬壓力，提升傳輸實時性，集成運營商開發能力從而提升IIoT整體作業效率。并且區塊鏈可以促進不同的邊緣節點之間的協作同步，幫助建立邊緣計算系統的完整性保障和防偽存證支撐資源，推動終端、數據、能力的開放共享，從而為垂直行業提供可信任的服務。
Ref: Performance_Optimization_for_Blockchain-Enabled_Industrial_Internet_of_Things_IIoT_Systems_A_Deep_Reinforcement_Learning_Approach
在這個工作中，作者提出了一個基于區塊鏈的工業物聯網系統的性能優化框架，以在考慮系統去中心化、安全性和延遲的同時優化可伸縮性/吞吐量。而且為了處理工業物聯網系統的動態、復雜特性，使用DRL進行了深度強化學習有效處理海量數據。該框架能夠在保證IIoT安全的同時增加作業效率。根據提出的區塊鏈系統性能的定量度量系統評估各區塊生產者和共識算法，再利用DRL技術調整區塊大小和區塊間隔，最大限度地提高區塊鏈系統的鏈上事務吞吐量。
Ref: Towards secure an deficient energy trading in IIoT-enabled energy internet A blockchain approach

作者將能源交易模型分為兩個層次，保護隱私的同時實現電力供需平衡的基于區塊鏈的能源交易方案——BC-ETS。此外，為適應能源互聯網中底層物聯網設備計算能力相對較弱的情況，追加設計了基于誠信的公平證明機制，大大提高系統可用性。BC-ETS不僅能夠滿足安全性要求，能源交易方案性能也很高。

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更新日期：2022/02/15
基于相關調查的論文已發表并將譯本登錄至CSDN。

【基于區塊鏈的醫療供應鏈數據隱私保護分布式信息隱藏框架】

總結

以上是生活随笔為你收集整理的论文准备：基于区块链的一些设计IIoT的最新动向调查【已公开发表】的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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