5G技术与区块链技术的相互赋能初探

徐琦 江西省邮电规划设计院有限公司 南昌市 330002

1 5G移动通信技术

5G是第五代移动通信网络的简称，是一个多业务技术融合的网络，相较于4G，其在传输速率、时延、连接数量等多个方面均有全面提升：

（1）高速率。基站峰值速率不低于20Gb/s，远超4G 基站峰值速率1Gb/s，用户体验速率可达100Mbps至1Gbps，足以满足大数据传输需求。

（2）低延时、高可靠。5G最小网络延迟可达1ms，大大优于4G网络延迟的50ms，为用户提供毫秒级的端到端时延和更高的业务可靠性保证。

（3）海量连接。5G拥有超大网络容量，连接密度能达到100万/平方千米，是4G的10倍，可以满足海量设备的连接需求。

2 区块链技术

区块链是去中心化的分布式数据库，存储按时间先后排序的数据区块，每个区块中保存若干条交易记录，运用密码学生成区块以保证其中数据不可篡改、不可伪造、可以验证，通过共识算法使全网所有节点完成对区块的认可。区块链中任一节点无需也无法保证可信任，但通过多种机制实现了防篡改、可追溯等特性。

（1）去中心化。区块链采用去中心化的网络，使用分布式记录、分布式存储和点对点通信，网络不存在中心化的设备和第三方机构，是由各个地位平等的节点共同组成一个端到端的网络。

（2）防篡改。区块链采用哈希算法，将任意原始数据对应成特定的数字形成哈希值。任何一个节点遭到恶意篡改，都会使哈希值产生变化。因此，单个甚至多个节点对数据库的修改无法影响其他节点的数据库， 除非可以控制系统中超过 51% 的节点同时修改，而这在大规模的区块链中近乎不可完成。

（3）可追溯。区块链通过区块数据结构存储了创世区块后的所有历史数据,区块链上的任意一条数据皆可通过链式结构追溯其本源。

表1 应用场景特点

3 5G为区块链提供网络基础

区块链采用分布式架构，节点之间采用广播通信保持信息的同步，将会产生巨大的数据流量需求，消耗海量的网络资源，因此区块链存在延时高、交易速率慢、基础设备要求高等问题。区块链在物联网的应用上具有广阔的前景，但现阶段物联网的建设成本高、速率慢、连接数限制，阻碍了区块链的行业应用推广。5G的高带宽和海量连接将可以解决区块链的这些痛点，为区块链进入万物互联时代提供坚实的网络基础。

3.1 提升系统速度

现有无线通信网络传输速率较低，会导致区块链的交易速度慢，制约了区块链在物联网领域的推广。5G的建设可以较好缓解这个问题，在保证区块链去中心化的同时，加快交易处理。

3.2 提高网络的稳定性

区块链是点对点的分布式系统，每个节点都保存了区块链内的全部信息，每一笔交易和信息更新都需要同步到其他节点上，所以数据同步对于区块链极端重要。5G的高速率、低时延特性能够加快区块链的数据同步，提高共识算法的效率，区块链中各类应用的稳定性也将得到质的飞跃。

3.3 万物互联

5G 将迎来万物互联的时代，5G从构想之初就设计了对海量连接的支持，具备了海量的物联网容量。同时，5G中D2D网络允许设备直接通信，减少中转，提升了物联网设备的处理效率，提高了网络性能，更好满足区块链的带宽需求。5G推广应用，为区块链向各个细分领域的延伸提供了网络基础和性能保证。

4 区块链在5G中的应用

4.1 区块链技术为5G提供高效的信用体系

与4G完善了人与人的连接相比，5G在人与物、物与物的连接上实现了质的突破。但也使得网络的连接数、流量需求、管理难度呈指数级增加，传统的中心架构难以适应新的进步。传统架构中，中心是管理的核心，设备之间的连接、资源的调度都需要通过中心予以实现。可是在5G普及后，物的终端设备的百倍乃至千倍的增长会给中心的管理和调度带来极大的压力。仅海量物联网设备的接入和脱离就可能导致传统中心架构的认证鉴权系统崩溃，严重影响网络的正常运营，甚至瘫痪。同时，中心的存在，就意味着边界，不同中心的终端的连接将变得复杂繁琐。可是没有中心，没有第三方机构的背书，那么设备的信任、可靠和安全性都无法得到保障。

而区块链技术的去中心化、历史记录防篡改、信息及操作可溯源等特点可以较好的解决上述难题。区块链允许遵守设定规则的基站和设备直接接入，提供和接受服务，中心至多提供初始的信用设定，设备不必频繁与中心进行交互。每个5G设备自身就是一个微中心，拥有自己的区块链地址，并使用加密技术和安全算法确权，防止数据被篡改，保障数据可溯源，维护自身的身份和信用，并决定是否允许其他设备的连接，实现去中心、分布式的管理和信用体系。

不仅如此，区块链的去中心化、防篡改的特性，适合对数据保护要求严格的场景。区块链可以重构网络安全边界，建立设备之间的信任域，侧链技术可以将区块数据隔离，使5G设备之间安全、可信、互联。同时，区块链作为一种分布式的数据结构，无第三方参与，设备数据可避免由第三方引起的数据泄露隐患，所有交易均被永久、完整、直接地记录在区块链分布式的各个节点上，数据完整性、可用性和可追溯获得保证，不但防止出现中心数据库的原始数据被篡改和盗窃的情况，用户也可以随时查询历史信息和操作。

4.2 区块链推动宏微基站协同，提升网络性能，节约建设成本

5G在高性能的同时，也存在频率高，衰减快，穿透性差的缺陷，建设成本高、难度大。此外，5G应用对流量需求更大，以及物联网爆发性的增长，更进一步推高了建设投资。5G中D2D（Device to Device）网络，允许设备与设备之间进行通讯，这使得每一个物联网设备都可以成为一个“微基站” 。D2D中，不仅设备之间可以不通过基站高速直连，还可以发挥闲置的带宽资源，比如为信号弱的设备提供中继。D2D充分发挥了联网设备的作用，减少室内、人力密集等场景的网络建设成本和难度，有效节省投资，提升网络健壮性。

而区块链能够协助D2D网络实现去中心化、跨运营商。无论是来自运营商还是工业互联网企业的任一物联网设备， 只要遵守区块链规则，不是恶意用户，都能够参与进来，成为“微基站”和区块链入口，用户可以通过区块链智能合约变现自己的闲置流量或者能力，在基站协调下，共同提供均衡、优质的网络体验。

5 联盟链或许是5G网络最佳搭配

区块链可以分为公共链、私有链和联盟链三类。公共链对外公开，公有链中的所有用户节点具有全部权限，无需授权，可信度、安全性高，但交易慢、难以监管。私有链仅针对私有组织， 私有组织定制区块链上的规则，其权限可以被私有组织完全控制，不具备完全去中心化、透明性和隐私性的特点，但易于监管。联盟链介于两者之间，由联盟成员共同制定区块链的规则。联盟链可以根据应用场景来决定对公众的开放程度,其网络由成员机构共同维护,节点通过成员机构的网关节点接入。

私有链的中心化和封闭性，公共链的难监管和对资源的大量消耗、浪费，都不适合5G网络的发展。联盟链兼具二者的优点，没有强力中心、适合监管，交易快，资源消耗低，可信度较高，可以保护隐私数据，因此，联盟链比较适合5G网络。

但是当前联盟链缺少行业统一标准，信用安全体系和设备的互联互通尚未达成共识，阻碍了区块链中联盟链的发展。建议相关管理部门引导通信运营商和工业互联网等行业建立区块链联盟，制定统一的区块链标准和规范，建立高效的信用体系、安全机制和监管体系，在遵守同一规则下，实现万物互联，推进5G创新发展。

6 结束语

5G和区块链，5G是基础，区块链是核心，万物互联是途径，智慧生活是目的。随着我国5G的加速推进，通过构建开放和可管理的区块链生态，实现5G和区块链等前沿技术的深度融合，将为我国加快网络强国、数字中国、智慧社会的建设,经济体系优化升级作出更大的贡献。