技术研究：架构未来物联网的新技术——Blockchain与DAG的比较分析国脉区块链研究团队

Posted 2021-04-29 国脉科技研究院

导言

新一代通信技术5G将全面解决物联网的海量连接问题，物联网迎来高速发展时机。但随之而来的是物联网将面临更大更庞杂的物联网生态系统的技术体系构建难题，沿用传统互联网技术的中心化平台架构已无法满足物联网发展需求。当前，由比特币等数字资产浪潮引爆的区块链技术及其衍生优化的类区块链技术等使物联网似乎找到了一条将万物互联愿景变为现实的新出路，它们去中心化、去信任、可追溯、不可纂改、公开透明等技术特性与5G物联网有着天然的契合。

本文通过对未来可能用于架构物联网的新技术Blockchain与DAG的物联网应用场景比较和技术特征分析，从底层技术的视角去深度解读这两种技术与物联网的融合，探讨5G时代万物互联的建筑之道。

作为通信、物联网服务商的国脉集团，我们也在不断探索，寻找最适合我们业务场景的科技技术。

一、区块链：

未来物联网发展的驱动力

随着5G商用进程的加速，从智能家居到智慧城市，从智能穿戴到智慧工厂等等，垂直应用领域规模不断扩大。5G技术以增强的移动带宽、海量的设备通信和超低的延时驱动着物联网产业的发展。5G虽然解决了物联网的广覆盖、大容量连接的基础网络问题，但缺乏真正价值的数字资产的广泛接入和商业生态体系的建立，还面临着数百亿级的潜在终端规模和交易高并发问题；同时物联网本身产业链条极其繁冗，终端安全、数据存储/加密/共享、隐私保护等物联网的痛点将进一步加剧。特别是物联网庞大的、高价值的数据资产资源的未能有效利用，将使物联网的商业模式始终无法有效构建。

自比特币诞生之日起，依附于比特币底层的区块链技术逐渐被人们熟悉并追捧，其去中心化的分布式网络、去中介化的共识信任、可追溯的数据链表、数据共享与隐私保护相结合的技术特性，以及可编程的智能合约新技术都将给处于行业爆发前夕却还身陷技术泥潭的物联网产业看到了在传统中心化的技术体系架构外又一新的选择，使得物联网存在的数据资产交易、用户隐私保护、安全信任、可运营可管理等一系列问题都将迎刃而解。物联网作为连接物理世界和虚拟世界的主要媒介，当前还停留在信息（数据）互联的发展阶段，而区块链的出现，更多带来的是信任革命，信任之上，我们能够实现网络的价值互联。总之，物联网的瓶颈在于缺乏实现价值传递的有效技术手段，而区块链的核心则在于能够实现价值传递，两者交相辉映、互相促进，推动数据资产价值体系和网络信用体系的建立，实现数字生态和物理生态的共同繁荣。

二、应用于物联网的新技术：Blockchain和DAG

当前区块链在物联网中的应用已经有了积极的探索和尝试，包括IBM、GE、微软等物联网龙头都开始布局区块链，市场上也产生了包括ADEPT、Streamr、WTC、IOTA、ITC等区块链项目。

1、ADEPT

2015年，IBM与三星联合打造ADEPT 系统，系统可以让物联网里的各种设备自动运转，例如家电的运转出故障时它们可以自动发送信号，并可以自动更新软件；甚至设备本身可以通过 ADEPT 来与周边的设备“沟通”，从而提高能源的利用效率。在ADEPT系统中，当大量设备自动交互信息时，区块链将发挥分布式账本的作用，通过在系统中植入协议，还可以大大降低ADEPT系统作为设备间的沟通桥梁时的成本。

2、Streamr（DATA)

由于数据可以被看作是改进物联网设备的“燃料”，因此开发人员能够更好地获得信息成为关键点。Streamr正在促进物联网上更民主的数据交易方式，使数据所有者能够自由地将收集和生成的数据货币化。直接从数据中获得，而不需要参与或受制于中介所规定的条件。区块链驱动的数据流平台Streamr为几乎所有购买和销售数据的人都提供了分布式的方法。该平台允许数据所有者轻松地连接到点对点网络，并传输数据，其他人可以随时购买。而Streamr的市场使用区块链智能合同和令牌来促进交易并激励数据交换。

Streamr的目标是将实时数据中的值进行标记。以自动驾驶汽车为例，为了优化运行，它不断需要来自其他机器的数据，比如来自其他机器的交通拥堵信息，附近充电站的电价、天气预报等等。而Streamr提供了一个实时数据交付和支付的单一接口，通过使用名为DATAcoin的加密令牌，在区块链上实现数据流的可交易性。汽车可以自动获取所需的数据并为此付费。反过来，汽车也可以销售它所生产的数据，如其他汽车的交通数据，道路状况明确到城市、位置等最后传递给广告商。

3、Waltonchain（WTC）

沃尔顿链有机融合区块链与物联网，通过RFID技术与Waltonchain的结合，推进区块链技术由互联网向物联网贯通，打造真实可信、可溯源、数据完全共享、信息完全透明的商业模式，实现价值物联网，打造现有商业的全新生态。Walton团队做出四个阶段性规划，由底层基础平台建立，逐步扩散至零售、物流，最终整合产品生产厂家，步步为营，实现商业生态纵深的全覆盖。

4、IOTA

 IOTA一开始是为物联网而设计的一个革命性的新型交易结算和数据转移技术,它基于DAG，能够实现较高的交易吞吐量，并且不收取交易手续费。IOTA主要功能是无需手续费的微支付和安全的数据转移及数据锚定,有了这两个功能，再加上IOTA的延展性和分区容错，就能提炼出大量的只能通过IOTA来实现的物联网用例，IOTA当前主要关注智能城市、基础设施和智能电网、供应链、运输和移动性等物联网领域。

5、ITC（万物链）

ITC旨在解决目前物联网严重的安全问题，满足物联网高度并发的使用场景，实现万物互联互通。万物链主链采用PBFT的共识策略，结合DAG子网点对点通讯网络，巧妙结合梅克尔树数据结构简单验证技术，主网性能可以满足十万的并发，整个网络由于分布式DAG子网的架构，可以达到更优的并发情况。

三、区块链Blockchain和类区块链DAG技术比较

1、Blockchain、DAG

Blockchain，即区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。比特币就是采用Blockchain打造出的P2P电子货币系统应用的成果案例；此外，Blockchain还被广泛应用于供应链管理、融资贷款等金融领域。

DAG，即有向无环图，是一种类区块链技术。之前DAG主要是应用于计算机领域一个常用的数据结构，在区块链第一次被提出主要是为了解决Blockchain技术的效率问题，纠其原因，主要是Blockchain链式的存储结构，使整个网络中同时只能有一条链，导致出块无法并发执行，于是有人开始提出了用DAG拓扑结构来存储区块。简单类比，有别于Blockchain的单线程，DAG是并发多线程，把原有的区块链从一维单点写入跃迁到三维全网并行工作空间，即从独木桥变成了高速公路网。

                                            

图1-Blockchain区块链结构

资料来源：互联网

图2-DAG Blockless(无区块)结构

资料来源：互联网

 

2、技术比较

我们下面将对Blockchain和DAG进行一个全方位的技术比较：

表1-BlockChain 与DAG技术比较

资料来源：国脉科技研究院

从技术比较可看出，Blockchain在底层结构采用的是“区块+链”的数据结构，该结构有着先天性的局限，单线程的记账模式无法处理高并发请求；同时，区块链的吞吐量受制于区块的大小，区块太小且交易量大的话，很多交易无法打包进区块；反之，区块太大，整个区块链系统数据量将迅速膨胀，普通用户将无法运行全节点，易造成中心化的问题；相较而言，DAG技术采用Blockless的无区块并行记账方式，不再受制于区块大小和工作量证明问题，给网络带来海量的接入、更大的带宽和更快的交易；同时，不再无度的浪费电力资源和产生高额的交易成本，这些技术优势，无疑将更加有利于满足一个高并发、海量存储的物联网应用。

因此，通过以上分析可知，在性能瓶颈、数据膨胀、资源消耗等方面，DAG技术都显露出比Blockchain更优的特性,特别是当前区块链系统中的交易时长这样的问题逐步显现出来，未来物联网选择DAG技术更加容易满足物联网数百亿终端规模和交易高并发的应用需求，具有较大的适用范围。

不过尽管DAG技术有一定的技术超前，但为解决区块链技术问题也同时引了发了一些新的技术问题，如双重支付确认、交易重复冗余等，还有就是其简化共识-没有传统意义上的共识，每笔交易可信与否取决于相信这笔交易的人的数量（如见证者或者引用这笔交易的人），这无疑都有可能限制其应用范围，未来DAG技术还需要在实践与应用的基础上进一步的完善。

结语

当前，区块链技术在金融领域获得成功应用的基础上，已逐步开始往医疗、汽车、能源等传统产业领域进行应用探索，如利用区块链技术在医疗领域尝试搭建跨平台的安全数据共享机制等，区块链的技术特性在物联网中具有广阔的应用场景。

作为当前应用于物联网领域的两种新兴技术Blockchain和DAG我们做了细致的比较与分析，认为相较于Blockchain技术，DAG为物联网应用发展在海量接入、海量存储以及高并发上提出了更加切实有效的解决方案，但是我们也必须清醒意识到，随着5G的到来，万物互联下的物联网业务形态更加复杂、场景更加众多，如车联网、医联网、能源物联网等，对并发性、实时性、隐私性等都提出了更高的技术要求，包括区块链技术优化、应用部署等一系列问题还需要进一步探讨。

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