典型的物联网解决方案最常用的数据传输协议是MQTT

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本文来自infoq，介绍了典型的物联网解决方案、区块链的定义、以太坊区块链的物联网解决方案、IPFS的物联网解决方案。

典型物联网解决方案

物联网设备最常用的数据传输协议之一是 MQTT。它使用服务器/客户端消息队列架构，并使用发布和订阅模型。MQTT 需要一个名为 Broker 的中央管理器。它是系统中唯一的信任来源。

MQTT 的逻辑非常简单。该架构中心的代理从多个数据发布者接收数据，然后将数据转发给任意数量的订阅者。除了作为消息队列使用外，MQTTBroker 还支持身份验证，最高 3 级 QoS，以及按主题过滤数据的功能。MQTT最初诞生于1999年，然后由IBM全面开发，直到2013年开源。 有很多实用的MQTTBroker项目和MQTT客户端库，你可以想象你能做什么。

许多商业物联网平台使用 MQTT 作为主干。MQTT 的灵活性使企业能够部署大量不断发布数据的物联网设备，同时部署任意数量的服务器来订阅预先过滤的原始数据。

以下是我们客户最常使用的 MQTT 平台：AWS IoT、Google Cloud IoT Core、AzureIoT Hub、Losant 和 Adafruit IO。

MQTT 是一个很好的解决方案，但它需要大规模的基础设施和云计算服务来扩展到未来估计 204 亿的物联网设备 ()。任何初创或商业项目团队想要加入物联网元素，都必须准备好承担庞大的云基础设施成本和运维投资。

在本文中，MQTT 将作为基准，与区块链和分布式账本技术进行比较。

区块链的定义

区块链是一种不可篡改的去中心化账本，可视为一种新型的数据库。区块链的基本核心是在整个节点网络中更新的共享账本。每个节点都是一个接收和验证账本副本的设备。数据按时间顺序存储在账本中，新的数据会加入账本并传播到整个网络。账本持有的数据可以记录交易、文件、文件或其他有价值的内容。

区块是指链中的当前位置。一旦网络确认一个区块的副本已发送到所有节点，该区块就成为分布式账本或数据库的永久部分。每个新块都添加在前一个块之后，因此每个块都包含前一个块的哈希副本。区块链，即区块链！

因为每一个新的区块都包含了前一个区块的哈希值，如果有人试图在链上的任何一点改变数据，哈希值就会因此而改变，并且不会被其他节点验证。因此，将被篡改的数据混入网络实际上是不可能的。为了达到改变链上数据的目的，需要访问世界各地的账本的每个副本，同时改变它们的内容。没有人或组织能够获得如此巨大的权力，这使得区块链成为不需要中央信任来源的可信交易或身份验证系统。

我们想要一个自我验证的、大规模的分布式安全用户账户数据库，以及可靠的交易验证。过去，这个需求无法实现，所以我们创建了联邦保险银行。

基于以太坊区块链的物联网解决方案

大众可能通过比特币了解了区块链技术，但开发者通过以太坊接触到区块链，因此成为最实用的区块链平台。以太坊允许开发人员创建自己的去中心化合约，在合约中可以定义规则、功能，甚至是一种新的数字货币。

还记得 2017 年的 ICO 热潮吗？以太坊提供的工具使科技企业家能够创建自己的加密货币。开发人员可以轻松创建自己的加密货币，这也有助于以太坊生态系统、开发人员社区和以太坊区块链。

传统区块链（如比特币和以太坊）的计算能力要求和存储要求太高，无法用于物联网设备。例如，典型的以太坊节点使用 GPU 处理区块，因为 CPU 速度太慢；每个节点还在区块链上存储了近 1TB 的历史交易数据。正如以太坊自己承认的那样，与中心化的云服务相比，它更慢、更贵、耗电更多。区块链要成为可选的数据传输平台，必须大幅降低共识耗时和挖矿成本。

以太坊的领导团队并没有忽视这些问题。多年来，核心开发人员一直致力于一个名为 Casper 的项目。Casper 改变了区块链的共识机制区块链 物联网 结合，从称为“工作量证明”的计算密集型操作变为称为“权益证明”的基于风险的操作。Casper 将对以太坊市场产生重大影响。对于物联网项目来说，这一变化值得期待，因为它将降低交易处理成本，并使性能低下的设备能够确认区块。5月，Casper团队发布了0.1.0版本，一周后更新为0.2.0()。

1 月，以太坊基金会宣布了两项补贴计划，以进一步解决可扩展性问题。参与候选计划的开发者可获得5万至100万美元或更多的补贴。在候选方案方面，基金会给出了两种策略，希望社区并行推进，分别是区块链分片和两层协议。

分片技术将允许以太坊的节点网络同时处理多个区块。本质上，这类似于 MongoDB 将数据分片到不同分区的方式。我们只看到分片技术的发展。对于物联网设备，分片也是以太坊大幅减少共识耗时的一种方式。

两层协议通常被称为侧链。这些侧链借用了以太坊的许多功能，创建了一条独立的链，使得很多数据交易都可以在以太坊链下进行处理。最后，侧链会将所有交易记录上传到以太坊主链。

专为性能受限的物联网设备创建的侧链，其架构类似于MQTT。侧链数据流是从设备到侧链再到主链，而MQTT数据流是客户端到代理到中心数据库。在这个架构中，一方面有一个侧链“Broker”与性能有限的设备交互；另一方面，侧链以设定的时间间隔与以太坊主链同步“侧”交易。有两个正在开发的侧链项目值得关注，分别是 Raiden 和 Plasma。

有这么多基于以太坊的项目和许多开发人员致力于解决可扩展性问题，以太坊和侧链的结合可能很快成为传统消息队列+数据库架构的流行替代方案。

基于IPFS的物联网解决方案

分布式账本技术的一个令人兴奋和实用的实践是星际文件系统（IPFS）。IPFS 在独立节点之间创建分布式文件系统。IPFS 可用于托管网站、文件甚至视频。

IPFS 节点只存储节点感兴趣的内容和存储内容的索引。这不同于传统的区块链区块链 物联网 结合，它要求每个节点都在本地存储整个网络的交易历史。IPFS 和传统区块链可能有很多不同，但相似之处在于文件的加密哈希值存储在网络中的多个节点上。

有人号召大家使用IPFS()，给出的理由非常雄心勃勃：如果整个网络都使用IPFS来代替中心化的HTTP服务器，那么网络世界会变得更加美好。如果哈希地址已知，则每个客户端节点都可以访问整个文件网络。客户端节点可以决定是否存储哈希数据，存储数据的节点将成为这条数据的宿主节点。即使一个存储数据的节点断线了，它的文件仍然可以通过其他节点继续访问，网络完全不受影响。

除了发布给应用开发者的存储工具之外，IPFS 还宣布了一个类似于 MQTT 的发布/订阅事件总线。与 MQTT 不同，IPFS 没有中心化的 Broker，而是提供了一个完全去中心化的分布式 Broker 替代方案。这意味着对整个事件感兴趣的订阅者也充当其他感兴趣订阅者的 Broker。此外，内置的加密安全性是一个额外的好处。

现在可以使用 IPFS 发布/订阅方案 ()，但是用户很快就会发现 IPFS 需要节点选择进入来存储独立数据。从那时起，基于 IPFS 的感兴趣节点的结构、库和“网络”都将运行相同的项目应用程序，从而贡献价值。

一个基于 IPFS 的项目是 Computes.io。创始人 Chris Matthieu 撰写了一篇博文，介绍了去年使用 Arduino 演示的 IoT 发布/订阅示例（构建 IoT 超级计算机）。超级计算机这个词可能会引起你的注意，但这个例子的主要内容是Computes将多台计算机合并为一个整体来演示暴力密码攻击。

IPFS 使我们能够连接一系列物联网设备，并让它们扮演共享文件系统、事件总线或 Computes.io 所展示的分布式计算平台的角色。

基于氦基分布式设备网络的物联网解决方案

Helium 是另一家引起我们全息图关注的初创公司。他们正在构建一个“去中心化的设备网络”，这也是他们发明的一个新术语来描述他们的产品。Helium 的网络结合了物理区块链、无线技术和开源软件，创建了一个专为物联网构建的分布式区块链平台。

当 Helium 首次宣布“去中心化设备网络”时，他们在网站上声称“物联网已经失败”。他们的理由是，由于各种协议和专有技术的纠缠所造成的混乱，物联网并没有满足人们最初的期望。

在他们正在开发的解决方案中，有使用称为 WHIP 的新无线协议的网关和低功耗无线模块。最重要的是，他们为提供热点的个人贡献者创建了一个激励平台。其机制是，如果贡献者设置网关并为物联网设备提供互联网接入，他们可以获得加密货币。

Helium 还为此网络开发了新的加密共识机制，为网络的扩展和维护提供激励。Helium 网关不会在挖矿功能上浪费资源，而是提供将网络扩展到特定地理区域的实用服务。此服务由 Helium 的证明覆盖范围验证。在最终结果中，网关将收获代币并奖励他们为底层网络贡献验证计算能力的努力。

下面一步一步分析Helium网络的数据传输机制。

1. 物联网设备将使用WHIP协议安全地连接到传输范围内的多个本地网关。设备加入网络后，会向所有网关发送加密数据。

2. 每个网关都会给区块添加数据，然后这些区块会被添加到 Helium 的全球区块链中。数据对象将包含路由信息以转发传感器数据。

3. 网关将指定的数据发送到指定的路由。路由器获得数据传输服务后，会向网关支付一定的费用。

4.路由解密数据，流程结束。

由于 Helium 目前正在开发中，所以上面的描述可能有点乱。我们希望在未来更好地描述这个过程。

“我们使用区块链来奖励部署 Helium 网关的贡献者。这种方法使我们能够构建一个社区自治、分散的网络，提供安全、经济和无处不在的无线覆盖，从而将数十亿设备连接到互联网。”-Helium

基于IOTA纠缠的物联网解决方案

IOTA 是目前可用的另一种技术。本项目引入了纠缠（Tangle）网络的概念，区别于传统的区块链网络。纠缠是一种新形式的分布式账本技术，基于物联网的设计理念。

与区块链不同，纠缠是用户的网络，而不是矿工节点的纠缠。这里的想法是：对于发起交易的任何设备或用户，它也必须处理接下来的两个交易。该程序可以实现快速交易，并且成本低于任何其他程序。物联网设备可以快速启动传感器数据或功能的小额交易。这项技术为连接设备创造了一种新的经济模型。

IOTA 的一个有趣命题是保护网络免受量子计算攻击。这个说法很难考证，但值得思考。IOTA白皮书有很多数学内容。他们使用“独特的量子反加密算法”将某些量子攻击的有效性降低到百万分之一。

未来，大多数城市的基础设施将基于传感器网络和分布式执行器进行管理。可以想象，涉及欺诈身份或伪造数据的网络攻击可能会导致灾难性的后果。基于量子反加密的安全物联网网络可以在节点生命周期内防止此类攻击。

展望未来

对区块链技术保持怀疑是有必要的，但随着这项技术的发展，它可以做的不仅仅是创造一种货币。

考虑到未来五年将有数十亿台设备上线，很容易理解为什么像 IPFS 和 Helium 这样的项目如此重要。当连接的设备数量达到限制时，我们需要确保它们仍然可以稳定工作。

许多为分布式网络开发的协议正在努力改进以增加其实用性。我们开始重新思考互联网的形态，从根本上将其从以云为中心的形态转变为去中心化的设备网络。

想象一个有趣的未来：设备通过独立网关之间发起的微交易连接，整个网络分布在大量的私有节点上；每个设备都会维护它所依赖的系统，如果系统的一部分需要“离线”，整个系统也可以自主分支或合并。

结束语

当前物联网解决方案所依赖的平台可能会在几年内过时。我创建的许多项目都停止运行，因为相关服务已关闭。这篇文章中提到的分布式项目让我们能够超越中央管理器的局限。新系统不易被破坏，数据不易丢失。

我们需要关注加密货币背后的实用技术解决方案，而不仅仅是这些数字货币的财务价值。最终，每个人​​都会在一定程度上受到去中心化技术的影响。在我们有生之年，我们会看到一些基于区块链的系统成为我们日常生活的一部分。

数据安全和隐私的话题逐渐成为社会关注的焦点，最终企业在区块链技术中找到了解决方案。随着去中心化的推进，越来越多的实际案例开始涌现。