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区块链、物联网与智慧农业

http://www.aweb.com.cn 2018年05月24日 10:51 农博网

  摘要:介绍了区块链技术及其特征, 分析了物联网发展面临的问题, 提出了引入区块链技术来解决物联网问题。通过阐述引入区块链技术在农业物联网、食品安全、粮食安全、农业生产及电子商务、农业资源和生态环境保障以及农业大数据方面的应用, 对区块链作为第三次信息技术革命对农业方面带来的影响进行了展望。

  1 逐渐被世人熟知的区块链技术

  2008年10月, 基于大卫·乔姆和其他人所做的关于数字货币的早期研究工作, 中本聪 (笔名) 发表题为《比特币:一种点对点的电子现金系统》的白皮书, 随后发布了实现白皮书规范的开源软件, 比特币由此诞生, 经过近9年的持续增长, 比特币目前总市值达到3 000亿美金。

  区块链 (Blockchain) 是比特币的一项关键技术, 它像一个数据库账本, 安全记录所有比特币交易信息[1]。通过哈希指针构建的链表数据结构称为区块链, 哈希指针是一个指向数据存储位置及其位置数据的哈希值的指针, 其不仅可以明确数据存储的位置, 还可以验证该数据是否被篡改过。在区块链中每一个区块的头部都包含了一个指向上一个区块位置的指针, 该指针为上一个区块数据的哈希值 (图1) 。其由一群分散的运行于TCP网络上的客户端节点共同参与, 所有的交易历史都存储在区块链中, 形成一个去中心化的分布式数据库。

  区块链技术具有去中心化、不可篡改、开放透明、机器自治、匿名等一些重要特征, 将有助于从根本上解决人与人、人与机器、机器与机器交易过程中的信任和安全问题。这将是一场信息技术革命。

  图1 区块链结构示意图Fig.1 Blockchain structure diagram

  2 区块链技术与物联网结合

  除了金融领域, 物联网目前是被认为最需要区块链技术的领域之一[2], 物联网的发展目前主要面临两大问题:一个是采集端, 首先需要有可以采集各种数据的技术成熟的低功耗的光电、化学、生物等传感器, 其次需要成本低廉、易于部署。另一个就是存储处理端, 随着传感器的大量接入, 几何级上涨的并发吞吐量将影响物联网的发展。

  在互联网发展早期, 一些先知先觉的机构构建了大大小小的信息系统, 同时构建了自身配套的计算和存储环境, 但是存在运维复杂、成本高昂的问题, 后来亚马逊发明了云计算, 计算和存储云的理念越来越深入人心, 大量的商业公司将其IT生产系统放到了公有云上, 不仅是商业公司, 目前全国各级政府部门本着节省IT投资和降低能耗的理念, 也正在统一要求旧有系统和新建系统都统一迁移或者构建到云上, 这种大集中的方式减少了IT运维成本, 节省了资源, 提高了资源利用率, 处理和存储模式也经历了从单机到联网到中央云的历史。

  但是, 随着大量低成本传感器的部署应用, 物联网设备和通信量将会几何级增长, 对于数据处理中心的需求将呈几何级扩增, 由此产生一些问题: (1) 云数据中心的构建需求将大幅增加, 构建成本也将同步增加, 同时会产生呈几何级上涨的并发吞吐量, 集中与云数据中心连接会堵塞主干网络。 (2) 如果集中到全国几个著名的公有云, 将存在巨大的运行风险。而基于去中心化的区块链技术可以解决这个问题。目前正在发展中的EOS和IOTA架构是可以应付将来物联网级并发吞吐量场景的 (IOTA使用了一种叫做Tangle的共识机制, 也是一种分布式数据库和P2P网络) 。计算和存储模式从分散走向集中, 最终将重新回到分散, 当然这个分散是更高级的分散, 是基于分布式数据库和P2P网络的分散。

  3 智慧农业应用展望

  3.1 农业物联网应用

  农业物联网本质上仍是物联网, 其依赖于物联网技术的发展, 同时因为农业相较于工业更不易标准化, 那么对于物联网的需求会变得比工业更加多样化, 目前低功耗、快速、准确、小型化的农业传感器仍然需要基础研究领域的技术进步。未来随着大量低成本农业传感器在农业领域的部署应用, 物联网设备和通信量将会几何级增长, 基于区块链的农业物联网将是发展的标配。

  目前, 很多农业信息化企业都逐步建立了自己的云平台, 将用户的运行数据统一存储在自己的中央服务器上来提供服务, 这种做法目前是可行的, 但随着未来农业物联网的普及, 这种方式将出现问题。未来的农业物联网需要分布式, 需要实现去中心化的控制。

  3.2 食品安全溯源应用

  食品安全溯源体系引入区块链技术, 能够让互不相识、没有信任基础的人建立信任, 低成本、高效率地解决食品安全领域存在的信任难题[3]。其中: (1) 区块链的去中心化和不可篡改的特征, 可以有力地保证现有食品追溯系统的数据可靠性, 避免数据在存储、传输和展示环节被内部管理人员和外部黑客篡改; (2) 结合物联网和传感设备的进一步应用, 食品产供销各个环节的数据完全依赖于机器采集和机器信任, 而不被人为地选择性提供; (3) 因为开放透明和机器自治, 消费者、生产者和政府监管部门对食品追溯系统中的数据完全信任, 参与普及率越来越高, 整个社会的系统应用水平大幅提高; (4) 因为匿名不再影响信任水平, 生产者和消费者个人隐私信息可被匿名, 当食品安全事件发生时, 生产者和消费者个人信息被保护, 可有效避免群体性事件发生和网络暴力的过度蔓延。

  3.3 粮食安全生产应用

  当前, 我国粮食供求长期仍将保持紧平衡态势, 保障国家粮食安全供给将是一项长期工作。通过在本领域应用区块链技术, 可以有效提高粮食安全生产的保障水平。比如将土地登记放到区块链上, 实现不可篡改, 可以保障18亿亩耕地红线的有效控制。将各地粮食生产数据实时放到区块链上, 可以掌握更加真实的统计数据。

  3.4 农业生产和电子商务应用

  未来随着农业物联网的普及、大量传感器的应用, 农业生产将真正实现精细化、精确化以及工厂化, 同时应用区块链2.0中的智能合约特性, 加上人工智能和智慧农业的发展, 可以实现完全智能化的农产品电子商务, 实现农业生产和消费的完全对接, 实现现代化智能化的计划农业。

  3.5 农业资源和生态环境应用

  当前, 我国农业资源面临短缺, 农业生态环境遭受破坏, 将农业水资源、土地资源、生产资料、生物资源、外来物种、自然灾害、地下水、降雨量、风速、土壤温湿度等放置于区块链上可以公开接受公众监督, 加强资源监管, 提高资源利用率。

  3.6 农业大数据应用

  大数据时代, 通过数据的共享、处理来加强数据的有效利用是主题, 区块链是一种不可篡改、全历史、强背书的数据库存储技术, 通过区块链可以有效保障数据提供者的合法权益和私密性, 促进数据所有者的共享动力, 提升数据的流通性, 可以在各相关方在确保遵循合约各项条款的情况下, 自动和动态地分享数据的信息和状态。

  区块链是一场信用革命, 是第二个链接世界的全球化技术, 是真正的互联网2.0, 是信息技术的第三次革命, 未来将实现BAAS———区块链即服务, 同时随着物联网技术的进一步普及, 所有物品将被信息化, 农业生产和销售环节配合区块链和物联网技术将更加智能, 并将逐步实现智慧农业。

  农信物联网,领先的智慧物联网平台!

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    (文章来源:农业展望2017年12期)


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