Технологический стек блокчейн & IoT

9 min readDec 7, 2018

Закройте глаза и представьте будущее Интернета Вещей (IoT) — что вы видите? Большинство представляют себе мир, где все устройства подключены, могут легко разговаривать друг с другом и достаточно “умны”, автоматизируют нашу жизнь, сохраняя конфиденциальность наших данных. К сожалению, сегодняшний ландшафт Интернета Вещей далек от этого видения будущего, а инновации в отрасли Интернета Вещей относительно стагнируют. Используя традиционные облачные подходы, нам удалось подключить все к Интернету, но мы столкнулись с техническими и операционными препятствиями в области совместимости, автоматизации и конфиденциальности данных. Преодоление этих препятствий и использование всего потенциала Интернета Вещей требует нового децентрализованного подхода — технологии блокчейн.

Пересечение блокчейн и IoT быстро начало набирать обороты в 2018 году и все еще продолжается. То, что начиналось как зарождающаяся отрасль, превратилось в динамичную экосистему компаний, разрабатывающих блокчейн-компоненты и решения для умных городов, цепочки поставок, возобновляемых источников энергии, транспорта и других отраслей с поддержкой IoT. Несмотря на то что, очень просто можно объединить все эти компании вместе как “блокчейн & IoT”, они на самом деле сильно различаются по объему / подходу и затрагивают различные слои технологического стека блокчейн & IoT:

IoT устройства: физический уровень подключенных устройств, которые захватывают и передают данные в блокчейн, что делает его пригодным для использования в различных приложениях || Пример: Bosch
Подключение: позволяет передавать данные с устройств Интернета Вещей в блокчейн; устройства Интернета Вещей поддерживают один или несколько типов сетей подключения|| Пример: AT&T
Блокчейн-платформа: среда, состоящая из блокчейн-инфраструктуры, протоколов и сервисов, облегчающих построение и запуск DApps || Пример: IoTeX

Услуги: стандартные инструменты и модули для облегчения работы приложений (DApps)

Протокол: консенсус, сетевое участие, другие системные правила и процессы

Инфраструктура: вычислительные ресурсы, хранение и сетевые ресурсы для работы с узлами

Децентрализованные приложения (DApps): пользовательское программное обеспечения, построенное на инфраструктуре блокчейн, которая выполняет определенные функции с использованием данных, вводимых пользователем, и смарт-контрактов|| Пример: HAB, weeve

В нашем последнем блоге “Роль блокчейна в современной сфере Интернета Вещей (IoT)” мы объяснили, как блокчейн оживит инновации в индустрии Интернета Вещей и откроет новые возможности. В этом блоге, мы глубоко погрузимся в несколько уровней технологического стека блокчейна & IoT и опишем, как эти слои в конечном итоге объединяются, чтобы сформировать комплексные решения для Интернета Вещей.

Устройства Интернета Вещей (IoT)

Подключенные устройства Интернета Вещей служат мостом между физическим и цифровым миром. В то время как приложения, не относящиеся к IoT, обрабатывают данные только из действий, созданных пользователем (т.е. отправляют токены между узлами), приложения с поддержкой IoT также могут использовать данные с устройств IoT. К 2023 году, будет около 100 млрд устройств IoT, которые будут вести цифровую запись физической истории нашего мира.

Устройства IoT обычно имеют один или несколько типов датчиков/ трекеров (например, местоположение, температура, скорость, свет, качество воздуха), которые в цифровой форме записывают физические качества человека, актива или окружающей среды в определенный момент времени. Существуют миллиарды устройств IoT, которые собирают данные для различных целей, включая датчики с питанием от батарей, развернутые в труднодоступных местах, и смартфоны с передовыми датчиками (например, акселерометры гироскопов). В дополнение к типам данных, которые они собирают, устройства Интернета Вещей дополнительно различаются по ресурсам вычислений/хранения, подключению и заряду аккумулятора/батареи:

Безопасность и интеллект одноплатных компьютеров и недорогих устройств IoT имеет очень динамический рост. Достижения в области аппаратного обеспечения и разработки микросхем продвигают AI/ML и аналитику дальше к краю, а доверенные среды выполнения (TEE) используются в большем количестве устройств для обеспечения целостности и конфиденциальности данных. Блокчейн — индустрия также имеет амбициозные планы по оборудованию IoT — крипто кошельки встроены в различные устройства, маршрутизаторы удваиваются как майнинговые единицы, и многие проекты разрабатывают M2M-платежи на основе блокчейна. Мы будем продолжать видеть как появляются новые случаи использования блокчейна по мере продвижения IoT-устройств.

Подключение

IoT устройства имеют встроенные чипы поддержки одного или нескольких стандартов связи, которые имеют различные скорости передачи данных, диапазоны, уровни потребления энергии и затрат. Эти стандарты подключения позволяют передавать данные от устройства-к-устройству и от устройства-к-блокчейну. Каждый вариант использования Интернета Вещей уникален, поэтому понимание характеристик и совместимости различных типов подключения имеет решающее значение для оптимизации производительности и минимизации затрат. Например, вариант использования, в котором используются датчики с батарейным питанием, будет определять приоритет энергопотребления над скоростью, в то время как сценарий использования потокового видео будет определять приоритет скорости над дальностью. Обзор общих семейств стандартов подключения (большинство из которых имеют несколько вариантов) приведен ниже:

Эти стандарты подключения используются независимо и совместно в решениях Интернета Вещей. Чтобы расширить охват сбора данных и интеллекта насколько это возможно, обычно используется сочетание устройств (BLE, LPWAN) с более мощными шлюзами (WiFi). При определении подходящего сочетания технологии подключения, необходимо учитывать множество компромиссов, таких как пропускная способность, энергопотребление, диапазон и стоимость. Ниже мы приводим некоторые примеры реализации:

Низкая ширина полосы пропускания + низкое потребление мощности + высокий диапазон

Цель: отправка небольших данных на большие расстояния с помощью устройств с ограниченными ресурсами
Пример использования: отправка данных с удаленных датчиков в пустыне на ближайший шлюз
Типы подключения: LPWAN (LoRa, Sigfox, NB-IoT)

Высокая ширина полосы пропускания + низкое потребление мощности + низкий диапазон

Цель: отправка большого количества данных на короткие расстояния с помощью устройств с ограниченными ресурсами
Пример использования: отправка потоковых данных с устройства, работающего от батареи, на ближайший шлюз
Типы подключения: Bluetooth or WiFi

Высокая ширина полосы пропускания + высокое потребление мощности + высокий диапазон

Цель: отправка большого количества данных на большие расстояния с помощью полнофункциональных устройств
Пример использования: отправка видео с мобильного телефона, когда вы находитесь на улице(т.е. вдали от Wi-Fi)
Типы подключения: сотовая или спутниковая связь (Cellular, Satellite)

Блокчейн-платформы

За последние несколько лет наблюдается огромный рост как количества, так и возможностей блокчейн-платформ. На самом деле, инновации в блокчейн-индустрии на сегодняшний день в значительной степени сосредоточены на базовом уровне платформы. Все блокчейн-платформы уникальны, но разделяют одну и ту же цель — привлечения разработчиков к своей платформе, обеспечивая превосходные технологии, пользовательский опыт и/или управление. Прежде чем погрузиться глубже, давайте сделаем шаг назад, и определим — что такое блокчейн-платформа и чем они между собой отличаются?

На высоком уровне платформы позволяют разработчикам создавать, развертывать и обслуживать программные приложения в одной технической среде (например, мобильные приложения iOS / Android). Платформы облачных вычислений, таких как Amazon Web-сервис (AWS), предлагают инструменты для разработчиков (например, среды разработки, среды), инфраструктуру (т. е. S3 для хранения, EC2 для вычислений), и услугт (например, аналитики, личность) для традиционных разработчиков приложений. В отличие от традиционных приложений, DApps на базе блокчейна работают в децентрализованных одноранговых (P2P) сетях, где все узлы “достигают консенсуса”, поддерживая проверяемый распределенный регистр. Метод, с помощью которого сеть достигает консенсуса, и другие правила / процедуры, которые управляют сетью, определены в протоколе блокчейна. Как мы объясним ниже, уникальный блокчейн-протокол, инфраструктурные ресурсы и сервисы являются основными компонентами блокчейн-платформы.

Инфраструктура — это набор аппаратных и программных элементов, обеспечивающих основу для запуска DApps. Вместо того, чтобы строить и поддерживать свою собственную блокчейн- инфраструктуру (т.е. сервера, базы данных, сеть), большинство разработчиков приложений используют блокчейн-как-сервис (BaaS), чтобы уменьшить сложность, затраты и усилия. BaaS не только предоставляет вычислительные ресурсы и хранение, но и позволяет разработчикам присоединяться и участвовать в существующей сети узлов. Большинство платформ имеют различные элементы инфраструктуры для обеспечения определенных свойств вычислений (например, без отслеживания состояния, с отслеживанием состояния, HPC), хранилища и сети.
Протоколы определяют и кодируют систему правил, управляющих блокчейном. При разработке протокола необходимо учитывать множество компромиссов, которые существенно влияют на безопасность, масштабируемость и децентрализацию. Основные проектные решения включают в себя то, как достигается консенсус, как обрабатываются транзакции (например, порядок, высота блока), и кто может присоединиться к сети (т.е. приватный или публичный). Некоторые протоколы также поддерживают архитектуры уровня 2 (например, субцепи) и частные транзакции. Эти варианты дизайна протокола и как они реализованы и являются самыми большими отличиями между блокчейн- платформами.
Сервисы — это дополнительные инструменты / модули, которые разработчики могут использовать в своих приложениях. Сервисы повышают удобство использования блокчейн-платформы и настраиваются под конкретные требования различных DApps. Платформы могут также интегрировать сторонние сервисы и сделать их доступными для разработчиков. Даже если платформа предлагает определенную службу, разработчики могут создать ее самостоятельно, если она является основным компонентом приложения DApp.

Блокчейн-платформы принимают предварительные дизайнерские решения, чтобы адаптировать свои технологии для конкретной цели. Например, IoTeX является блокчейн-платформой, которая разработана и оптимизирована для IoT. IoTeX использует высокомасштабируемый механизм консенсуса Roll-DPoS, обеспечивает полную конфиденциальность данных и поддерживает как приватные, так и публичные субцепи. Протокол IoTeX использует передовую легковесную криптографию, которая повышает безопасность и позволяет устройствам IoT с ограниченными ресурсами запускать узел в блокчейне. Вы можете узнать больше о IoTeX здесь.

Децентрализованные Приложения (DApps)

Уровень для приложений будет самым разнообразным из технологического стека блокчейн & IoT из-за широкого спектра потенциальных вариантов использования. Подобно приложениям на смартфоне, DApps в блокчейне — это программные приложения, которые координируют данные, пользовательские вводимые данные и запрограммированную логику (т.е. смарт-контракты) для выполнения конкретных функций. Помимо своих автономных возможностей, DApps часто оснащены API-интерфейсами, которые позволяют им взаимодействовать с другими приложениями и использовать сторонние службы. Еще одной ключевой особенностью DApps является использование токенов (их собственных или тех которые используются в платформе) для облегчения обмена ценностей между узлами и управления крипто-экономическими стимулами. Хотя DApps будут отличаться по дизайну и назначению, они обычно состоят из трех основных компонентов:

Пользовательский интерфейс: внешний интерфейс (например, мобильный, настольный), позволяющий пользователям взаимодействовать с приложением. Различные представления могут быть созданы для визуализации данных на блокчейне, сбора новых пользовательских данных или отправки токенов/данных на другие узлы.
Бизнес-логика: программируемые смарт-контракты определяют и применяют бизнес-правила в рамках DApp, что делает данные блокчейна доступными для использования. Например, разработчики могут создавать простые смарт-контракты для автоматизации сбора данных с устройств Интернета Вещей. Многопартийные рабочие процессы можно кодировать и автоматизировать с помощью более сложных смарт-контрактов.
Интерфейсы (APIs): встроенные средства и протоколы, позволяющие приложениям взаимодействовать с другими приложениями или службами. Позволяет разработчикам использовать общедоступные или платные сторонние службы вместо создания собственных. Например, приложение, использующее картографические данные, может иметь встроенный интерфейс с Google картами.

Хотя блокчейн применим во многих случаях использования, он не является оптимальным для каждого типа использования. Как с каждым типом технологии, есть компромиссы, которые следует учитывать. Блокчейн-приложения в настоящее время предлагают высокую безопасность и полностью доверенные данные, но традиционные приложения пока намного быстрее и дешевле. По мере взросления блокчейна, скорость и стоимость запуска приложений будут догонять традиционные приложения. До тех пор, случаи использования, которые приоритизируют безопасность / превышение доверия / стоимость, будут ранними последователями блокчейн. Примеры вариантов использования блокчейн & IoT-приложений, которые находятся в стадии развития, можно найти на странице партнерств IoTeX , а характеристики оптимальных вариантов использования блокчейна перечислены ниже:

Будущее развитие блокчейн & IoT

Технология блокчейн, Интернет Вещей и возможности соединения быстро растут как независимые отрасли, но пересечение этих трех технологий может быть очень захватывающим. Не каждый случай использования IoT относится к блокчейн, но те которые есть сегодня, решают некоторые из самых больших социальных и корпоративных проблем. Со стороны потребителей, блокчейн & IoT предоставит решения для обеспечения конфиденциальности данных и обеспечит владение данными (и ценность) от корпораций, обратно к потребителям. Со стороны предприятий, блокчейн и IoT позволят обрести доверие между двумя недоверяющеми сторонами, открывая двери для новых моделей взаимодействия и бизнес-возможностей.

По мере взросления конвергенции этих технологий, мы начнем видеть больше возможностей для “killer use cases” («убийственных сценариев использования»), особенно в индустрии Интернета Вещей. Сейчас, мы находимся на пороге крупных технологических прорывов в блокчейн масштабируемости и интероперабельности. Эти усовершенствования базового уровня значительно улучшат пользовательский интерфейс DApps, который в настоящее время борется с массовым внедрением из-за плохого удобства использования. Последней частью головоломки, будет оформление крипто-экономической структуры стимулов, которая может эффективно кодифицировать потребительские практики и бизнес-модели в различных отраслях промышленности. Будущее IoT будет децентрализовано, и лучшее еще впереди.

О проекте IoTeX

IoTeX — первая в мире блокчейн — платформа, ориентированная на конфиденциальность, которая является быстрой, гибкой и дружелюбной к сфере Интернета Вещей (IoT). Команда IoTeX состоит из кандидатов наук в области криптографии, распределенных систем и машинного обучения, инженеров высшего уровня и опытных строителей экосистем. Разработанный и оптимизированный для IoT, IoTeX использует современные методы сохранения конфиденциальности, консенсуса и инновации субцепей, чтобы охватить весь потенциал IoT. Путем использования доверенных данных, совместимость, и автоматизацию M2M, IoTeX соединяет физические и цифровые миры и приносит доверяемые машинные экономики к массам.

Оставайтесь в курсе всех событий и подписывайтесь на наши каналы!

Сайт: https://iotex.io
Канал новостей в Телеграмме: https://t.me/iotexchannel
Главный канал в Телеграмме: https://t.me/IoTeXGroup
Русский канал в Телеграмме: https://t.me/IoTeXGroupRU
Твиттер: https://twitter.com/iotex_io
Медиум: https://medium.com/@iotex
Реддит: https://www.reddit.com/r/IoTeX/
Присоединяйтесь к нам: https://iotex.io/careers