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区块链在电力设备泛在物联网应用的关键技术及方案
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摘要：近年来，科学技术的发展迅猛向前，随着物联网（InternetofThings，IoT）技术在智慧城市、车联网、智能医疗、智能供应链、智慧农业等领域的不断应用与发展，位于网络边缘的传感器和智能设备数量正呈指数型增长。据Gartner最近的一份报告统计显示，截止到2021年，约有50亿台智能设备将被注册为IoT设备，全球平均每小时将售出大约100万台新的IoT设备。如此庞大的设备群每天都在产生海量的高速数据流，在爆炸式的增长速度下，如何确保物联网中数据的实时传输与安全可靠是目前亟需解决的问题。在物联网中，智能设备需要周期性的更新迭代其软件和功能，所获取的数据流也均需汇总在中心化的服务器平台，每一次互动传输都将产生昂贵的流量成本。同时，中心化运营模式会不可避免的带来安全风险，中央服务器一旦出现漏洞将会对整个网络节点产生安全隐患，用户隐私也得不到有效保障。再者，物联网产业标准化程度不足，容易形成信息孤岛，极大制约了物联网的发展。
关键词：区块链；电力设备泛在物联网应用；关键技术及方案
引言
随着信息通信技术的发展和“云、大、物、移”战略的实施，电力物联网已为电网发输变配用电等环节提供重要支撑，然而目前集中式的接入认证方式给认证中心带来了巨大的计算和通信压力，特别是大规模并发接入和移动接入为系统认证效率带来严重影响。利用区块链技术去中心化、不可否认的特性，结合电力系统特点，提出了适用于电力物联网的分布式认证方案，发起对新入终端的分布式认证，并通过区块链分布式账本进行记录。实验表明，该方案可有效提高电力物联网终端并发接入效率。
1物联网接入认证
接入认证是物联网终端设备接入电力物联网系统实现其功能的第一步，实现对物联网设备的可信认证以及对于操作者身份的可信确认，从而确定该用户对电力物联网资源是否具有相应的访问和使用权限，进而使物联网系统的访问控制策略能够可靠、有效地执行。认证就是在物联网工作过程中确认资源申请者身份的过程，是控制资源非法外泄的有效手段，也是实现分级管理的有效方法，当前的认证技术主要有口令认证、X.590的认证、域认证等。静态口令和动态口令认证都属于口令认证，早期一般都使用静态口令认证，包括PC登录口令、系统认证口令、金融系统认证口令等。静态口令认证比较简单，在计算机上容易操作，但是安全性不高。鉴于这种缺点才提出了动态口令认证，动态认证使用了智能认证和特征认证相结合的认证方法，加强了口令的抗攻击性和破解难度。X.509的认证是基于X.509证书的一种认证技术，该认证技术主要依靠权威机构实现，并且采用加密算法加密使得实现更加安全简单，持有X.509证书的主体可以获得CA的认证。在X.509里，组织机构通过发起证书签名请求(CSR)来得到一份签名的证书。首先需要生成一对钥匙对，然后用其中的私钥对CSR进行签名，并安全地保存私钥。CSR进而包含有请求发起者的身份信息、用来对此请求进行验证的公钥以及所请求证书专有名称。CSR里还可能带有CA要求的其他有关身份证明的信息。然后CA对这个专有名称发布一份证书，并绑定一个公钥，组织机构可以把受信的根证书分发给所有的成员。目前电力物联网接入认证主要是基于公钥证书的中心化认证方式。PKI(公钥基础设施)技术采用证书管理公钥，通过第三方的可信任机构CA(认证中心)，把用户的公钥和用户的其他标识信息(如名称、E-mail、身份证号等)进行绑定，用于验证用户的身份。这种认证方式需要可信的第三方认证服务器来对用户进行身份管理，通过用户的数字证书或身份令牌来确认用户身份。电力物联网具有覆盖范围广、传输地区多、提前信息量庞大的特点，采用集中认证的方式会降低认证效率和安全性，分布式的、点对点的认证方式更适合于电力大型电力物联网。
2区块链物联网面临的挑战
BoT能很好地解决传统中心化架构下的高成本、安全与隐私等问题。经过授权的设备将有权自主执行智能合约，使原来普通的设备变为可自我维护、自我服务的高度智能化设备，而且能在没有任何信用的条件下，通过数据加密技术保证用户的隐私。然而，由于区块链自身的缺省限制，例如事务确认延迟、区块链大小和网络扩展的可伸缩性、缺乏以IoT为中心的事务确认规则、缺乏面向IoT的共识协议、以及IoT设备与区块链的不安全集成。这些问题都需要在区块链在IoT环境中高效工作之前加以解决。目前的共识协议如PoW、PoS、PoET和IoTA都是为公有区块链设计的，重点是金融价值转移。这些共识协议有一个共同的问题，即共识过程不会在一个永久提交的区块中结束，而是在一段时间内根据接下来几个扩展链的区块最终确定块，然后将最长的链确定为有效链。因此，这些共识协议
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