摘要：介紹了區(qū)塊鏈技術(shù)及其特征, 分析了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的問題, 提出了引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)來解決物聯(lián)網(wǎng)問題。通過闡述引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、食品安全、糧食安全、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及電子商務(wù)、農(nóng)業(yè)資源和生態(tài)環(huán)境保障以及農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)方面的應(yīng)用, 對區(qū)塊鏈作為第三次信息技術(shù)革命對農(nóng)業(yè)方面帶來的影響進行了展望。
1 逐漸被世人熟知的區(qū)塊鏈技術(shù)
2008年10月, 基于大衛(wèi)·喬姆和其他人所做的關(guān)于數(shù)字貨幣的早期研究工作, 中本聰 (筆名) 發(fā)表題為《比特幣:一種點對點的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》的白皮書, 隨后發(fā)布了實現(xiàn)白皮書規(guī)范的開源軟件, 比特幣由此誕生, 經(jīng)過近9年的持續(xù)增長, 比特幣目前總市值達到3 000億美金。
區(qū)塊鏈 (Blockchain) 是比特幣的一項關(guān)鍵技術(shù), 它像一個數(shù)據(jù)庫賬本, 安全記錄所有比特幣交易信息[1]。通過哈希指針構(gòu)建的鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為區(qū)塊鏈, 哈希指針是一個指向數(shù)據(jù)存儲位置及其位置數(shù)據(jù)的哈希值的指針, 其不僅可以明確數(shù)據(jù)存儲的位置, 還可以驗證該數(shù)據(jù)是否被篡改過。在區(qū)塊鏈中每一個區(qū)塊的頭部都包含了一個指向上一個區(qū)塊位置的指針, 該指針為上一個區(qū)塊數(shù)據(jù)的哈希值 (圖1) 。其由一群分散的運行于TCP網(wǎng)絡(luò)上的客戶端節(jié)點共同參與, 所有的交易歷史都存儲在區(qū)塊鏈中, 形成一個去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫。
區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、不可篡改、開放透明、機器自治、匿名等一些重要特征, 將有助于從根本上解決人與人、人與機器、機器與機器交易過程中的信任和安全問題。這將是一場信息技術(shù)革命。
圖1 區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Blockchain structure diagram
2 區(qū)塊鏈技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合
除了金融領(lǐng)域, 物聯(lián)網(wǎng)目前是被認(rèn)為最需要區(qū)塊鏈技術(shù)的領(lǐng)域之一[2], 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展目前主要面臨兩大問題:一個是采集端, 首先需要有可以采集各種數(shù)據(jù)的技術(shù)成熟的低功耗的光電、化學(xué)、生物等傳感器, 其次需要成本低廉、易于部署。另一個就是存儲處理端, 隨著傳感器的大量接入, 幾何級上漲的并發(fā)吞吐量將影響物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展早期, 一些先知先覺的機構(gòu)構(gòu)建了大大小小的信息系統(tǒng), 同時構(gòu)建了自身配套的計算和存儲環(huán)境, 但是存在運維復(fù)雜、成本高昂的問題, 后來亞馬遜發(fā)明了云計算, 計算和存儲云的理念越來越深入人心, 大量的商業(yè)公司將其IT生產(chǎn)系統(tǒng)放到了公有云上, 不僅是商業(yè)公司, 目前全國各級政府部門本著節(jié)省IT投資和降低能耗的理念, 也正在統(tǒng)一要求舊有系統(tǒng)和新建系統(tǒng)都統(tǒng)一遷移或者構(gòu)建到云上, 這種大集中的方式減少了IT運維成本, 節(jié)省了資源, 提高了資源利用率, 處理和存儲模式也經(jīng)歷了從單機到聯(lián)網(wǎng)到中央云的歷史。
但是, 隨著大量低成本傳感器的部署應(yīng)用, 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和通信量將會幾何級增長, 對于數(shù)據(jù)處理中心的需求將呈幾何級擴增, 由此產(chǎn)生一些問題: (1) 云數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建需求將大幅增加, 構(gòu)建成本也將同步增加, 同時會產(chǎn)生呈幾何級上漲的并發(fā)吞吐量, 集中與云數(shù)據(jù)中心連接會堵塞主干網(wǎng)絡(luò)。 (2) 如果集中到全國幾個著名的公有云, 將存在巨大的運行風(fēng)險。而基于去中心化的區(qū)塊鏈技術(shù)可以解決這個問題。目前正在發(fā)展中的EOS和IOTA架構(gòu)是可以應(yīng)付將來物聯(lián)網(wǎng)級并發(fā)吞吐量場景的 (IOTA使用了一種叫做Tangle的共識機制, 也是一種分布式數(shù)據(jù)庫和P2P網(wǎng)絡(luò)) 。計算和存儲模式從分散走向集中, 最終將重新回到分散, 當(dāng)然這個分散是更高級的分散, 是基于分布式數(shù)據(jù)庫和P2P網(wǎng)絡(luò)的分散。
3 智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用展望
3.1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上仍是物聯(lián)網(wǎng), 其依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展, 同時因為農(nóng)業(yè)相較于工業(yè)更不易標(biāo)準(zhǔn)化, 那么對于物聯(lián)網(wǎng)的需求會變得比工業(yè)更加多樣化, 目前低功耗、快速、準(zhǔn)確、小型化的農(nóng)業(yè)傳感器仍然需要基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的技術(shù)進步。未來隨著大量低成本農(nóng)業(yè)傳感器在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的部署應(yīng)用, 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和通信量將會幾何級增長, 基于區(qū)塊鏈的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將是發(fā)展的標(biāo)配。
目前, 很多農(nóng)業(yè)信息化企業(yè)都逐步建立了自己的云平臺, 將用戶的運行數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在自己的中央服務(wù)器上來提供服務(wù), 這種做法目前是可行的, 但隨著未來農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的普及, 這種方式將出現(xiàn)問題。未來的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需要分布式, 需要實現(xiàn)去中心化的控制。
3.2 食品安全溯源應(yīng)用
食品安全溯源體系引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù), 能夠讓互不相識、沒有信任基礎(chǔ)的人建立信任, 低成本、高效率地解決食品安全領(lǐng)域存在的信任難題[3]。其中: (1) 區(qū)塊鏈的去中心化和不可篡改的特征, 可以有力地保證現(xiàn)有食品追溯系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可靠性, 避免數(shù)據(jù)在存儲、傳輸和展示環(huán)節(jié)被內(nèi)部管理人員和外部黑客篡改; (2) 結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和傳感設(shè)備的進一步應(yīng)用, 食品產(chǎn)供銷各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)完全依賴于機器采集和機器信任, 而不被人為地選擇性提供; (3) 因為開放透明和機器自治, 消費者、生產(chǎn)者和政府監(jiān)管部門對食品追溯系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)完全信任, 參與普及率越來越高, 整個社會的系統(tǒng)應(yīng)用水平大幅提高; (4) 因為匿名不再影響信任水平, 生產(chǎn)者和消費者個人隱私信息可被匿名, 當(dāng)食品安全事件發(fā)生時, 生產(chǎn)者和消費者個人信息被保護, 可有效避免群體性事件發(fā)生和網(wǎng)絡(luò)暴力的過度蔓延。
3.3 糧食安全生產(chǎn)應(yīng)用
當(dāng)前, 我國糧食供求長期仍將保持緊平衡態(tài)勢, 保障國家糧食安全供給將是一項長期工作。通過在本領(lǐng)域應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù), 可以有效提高糧食安全生產(chǎn)的保障水平。比如將土地登記放到區(qū)塊鏈上, 實現(xiàn)不可篡改, 可以保障18億畝耕地紅線的有效控制。將各地糧食生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時放到區(qū)塊鏈上, 可以掌握更加真實的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
3.4 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和電子商務(wù)應(yīng)用
未來隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的普及、大量傳感器的應(yīng)用, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將真正實現(xiàn)精細(xì)化、精確化以及工廠化, 同時應(yīng)用區(qū)塊鏈2.0中的智能合約特性, 加上人工智能和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展, 可以實現(xiàn)完全智能化的農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù), 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和消費的完全對接, 實現(xiàn)現(xiàn)代化智能化的計劃農(nóng)業(yè)。
3.5 農(nóng)業(yè)資源和生態(tài)環(huán)境應(yīng)用
當(dāng)前, 我國農(nóng)業(yè)資源面臨短缺, 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境遭受破壞, 將農(nóng)業(yè)水資源、土地資源、生產(chǎn)資料、生物資源、外來物種、自然災(zāi)害、地下水、降雨量、風(fēng)速、土壤溫濕度等放置于區(qū)塊鏈上可以公開接受公眾監(jiān)督, 加強資源監(jiān)管, 提高資源利用率。
3.6 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用
大數(shù)據(jù)時代, 通過數(shù)據(jù)的共享、處理來加強數(shù)據(jù)的有效利用是主題, 區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N不可篡改、全歷史、強背書的數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù), 通過區(qū)塊鏈可以有效保障數(shù)據(jù)提供者的合法權(quán)益和私密性, 促進數(shù)據(jù)所有者的共享動力, 提升數(shù)據(jù)的流通性, 可以在各相關(guān)方在確保遵循合約各項條款的情況下, 自動和動態(tài)地分享數(shù)據(jù)的信息和狀態(tài)。
區(qū)塊鏈?zhǔn)且粓鲂庞酶锩? 是第二個鏈接世界的全球化技術(shù), 是真正的互聯(lián)網(wǎng)2.0, 是信息技術(shù)的第三次革命, 未來將實現(xiàn)BAAS———區(qū)塊鏈即服務(wù), 同時隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進一步普及, 所有物品將被信息化, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和銷售環(huán)節(jié)配合區(qū)塊鏈和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將更加智能, 并將逐步實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)。
轉(zhuǎn)自：農(nóng)業(yè)展望
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