基于物联网区块链的共识机制及其优化策略

陈宜荣

（江苏省徐州经贸高等职业学校，江苏 徐州 221004）

0 引言

随着信息传感设备以及信息传感技术的广泛应用，我国逐渐步入了物联网时代，物联网与传统互联网技术不同，物联网技术可以将网络进行相应扩展，使网络扩展至更丰富的空间，区块链技术是从比特币底层抽离出的一种独立网络技术，可以在无需相互信任的介质之间的进行传递工作，在物联网技术中融入区块链技术，催生出了许多诸如太坊、超级账本等物联网区块链技术产物，物联网区块链技术的三大保障机制为共识机制、智能合约以及非对称加密，物联网区块链技术将数据、网络、共识技术、激励技术、合约技术以及应用性六部分性能进行充分融合。区块链技术是通过节点进行分布式账本维护工作，以此为基础，使体系之间达成共识并相互信任，而物联网技术可以对海量数据通过感知终端进行汇聚，使数据信息具有分布式特征，因此，目前已经出现了不少面向物联网行业的区块链平台[1]。由于物联网区块链存在储存能力差、计算处理能力低下以及数据传输带宽低等不足，因此，物联网区块链的吞吐量成为了亟需优化的关键，影响物联网区块链吞吐量的关键因素是共识机制，共识机制分为共识算法以及共识规则两部分。当今对于物联网区块链的研究发展重点，在于如何对优化区块链的数据储存问题、网络传输问题以及用户应用等问题，使物联网区块链技术得到迅速的发展。

1 物联网区块链共识机制的主要共识机制

1.1 POW

POW即工作量证明共识机制，该共识机制首次应用是在比特币中，该共识机制的主要应用是通过共识机制的各节点进行哈希运算，以争取区块记账权，在区块产生后，在全网范围内进行广播，供该机制的其他节点对其进行验证。该共识机制运用到完全开放、自由的网络数据中，可以解决传统的区块链技术数据的一致性问题，但是POW共识机制在进行哈希运算的过程中，会消耗大量的计算能力以及其他资源，并且数据一致的同步时间较长，不符合当今日益加快的社会市场的业务节奏。

1.2 POS

由于传统的POW共识机制存在资源浪费严重、公式计算时间较长等不足，POS共识机制逐渐出现，POS是通过计算区块记账权的难度与节点持有的代币，持有代币数量多且时间较长的节点，在争取区块记账时获胜度越容易。与POW共识机制相比较，POS减少了运算资源以及运算时间的消耗，但是POS共识机制是运算时间仍然较长，对于一些共识时间要求较高的业务环境并不适用，因此没有从根本上解决商业共识机制应用的基本问题[2]。

1.3 POL

POL共识机制是一种在可信执行环境之上建立的共识机制，该机制在区块产生的过程中，随机产生数字以决定获胜区块。POL共识机制提高了区块产生的效率，降低了资源的消耗，缩短了计算时间，但是POL共识机制的可信执行环境是芯片级的，因此对处理器的要求较高，在应用POL共识机制时，对于网络的扩展需要相应的硬件以及处理器进行技术方面的支持。

1.4 DPOS

DPOS是一种可以实现区块秒级验证的一种新型共识机制，其可以满足广大业务需求，在DPOS的共识机制应用中，每一个持有代币的节点都是候选节点，透过投片进行代理节点的选择，由代理节点对区块进行产生及验证。该共识机制大大缩短了计算时间以及资源消耗，可以达到秒级共识验证，但是其对于恶意节点只能进行状态标识，没有相应的改进及阻止措施，节点存在投票不积极的现象，导致DPOS共识机制在进行应用时，系统的安全性得不到保障[3]。

2 共识机制在物联网区块链中的优化策略

2.1 共识机制与人工智能相结合

人工智能技术是一门靠人工方法对数据进行挖掘分析，实现机器智能化的一种科学技术，为区块链提供智能化方向，将共识机制与人工智能技术进行结合，人工智能可以根据物联网数据实时要求高以及数据量巨大的特点，主动搜索具有优化性以及强化数据质量的共识新机制，对共识机制的计算时间根据不同的业务需求进行智能化选择以及改进，使得物联网的区块链计算能力趋于合理，强化物联网的去中心化[4]。同时，利用人工智能结合共识机制可以增强共识机制对于恶意节点的验证以及防护，并通过网络防火墙对恶意节点进行组织并改进，减少恶意节点对于共识机制的侵害。

2.2 对共识机制的数据进行合理优化

物联网区块链受吞吐量的影响，无法完全适应物联网大数据环境，对于物联网的数据优化必须注意以下两点问题：首先，物联网设备的相关数据更新速度过快，因此，早期的数据在共识机制建立工作时几乎起不到任何作用，所以，在对数据进行优化时，首先必须保证数据不影响物联网设备的正常工作，对区块链中储存的账本数据进行合理删减，以保证区块账本数据具有可持续存储型；其次，由于物联网设备的储存能力比较低下，因此，可以对现有的储存模式进行改进，在物联网设备中融入缓存机制或者改进区块的储存功能，增加共识机制读写数据的能力，增强共识机制的网络环境适应性[5]。

2.3 提供物联网辅助技术

由于物联网算力低以及储存空间不足的特点，限制了共识机制的应用，因此，对于物联网本身技术的辅助，首先，可以运用轻节点应用技术对物联网进行辅助，轻节点可以对区块的相关数据进行同步，根据物联网设备储存性能的不同，考虑到其储存空间以及储存能力的强弱，在物联网设备构建符合其储存能力的区块，使得共识机制的储存能力得到合理的优化；其次，可以利用侧链技术对物联网区块链应用领域进行扩展，使得区块链的共识机制可以进行用户自定义设置，用户可以自身业务的需求对于物联网区块链的共识机制进行形影的自定义设置，优化物联网区块链技术的共识机制在自身业务方面的应用以及优化能力[6]。

2.4 提升共识机制的交易性能

物联网区域链的共识机制存在主要不足之处便在于共识机制的交易性能，因此，优化共识机制的主要方向在于提升共识机制的交易性能，首先，雾计算作为新型的计算方式，可以对数据进行相应的调节，使得数据位置进行相应下沉，转移至接近数据生成的位置，通过雾节点的应用对数据进行计算并储存，降低数据传输占用的带宽，减少计算压力，加快优化共识机制；其次，由于部分共识机制受处理器的影响，无法得到普及，因此，可以研制一种面向区块链的计算芯片，以提高区块链的计算能力以及数据存储能力，提高物联网技术与区块链技术的兼容性，对共识机制进行根本上的优化与改进；最后，传统的区块链技术由于密码的高消耗，降低了数据的运算效率，因此，可以将密码修改为安全的轻量级密码，减少密码对于储存空间的消耗，对物联网区块链的共识机制进行优化；最后，针对物联网区块链数据的复杂性，可以利用分片原理将物联网区块链的大型数据库的数据进行分类，根据类别的不同进行分割，将其分割为不同的小型数据碎片，利用不同的服务器对这些数据碎片进行分别储存，使共识机制可以与分片技术进行相互结合，可以对物联网区块链的共识建立速度进行有效改善，优化物联网区块链的共识机制。

3 结语

综上所述，物联网由于其本身的去中心化、数据固定化以及分布式特征，因此，其与区块链技术相结合成为了未来物联网领域以及区块链领域发展的关键领域之一。因此，当前需要根据物联网区块链共识机制存在的不足之处对其进行相应的优化以及改进，以提升物联网区块链的建构以及交易性能的增强，使得物联网区块链技术得到迅速的发展。