تاثیرات اینترنت ۵G بر بلاک چین و اینترنت اشیاء

تحلیلگران چندین سال است که دستاوردهای اینترنت اشیا (IoT) را پیش‌بینی کرده‌اند. با این حال، در سر راه موفقیت این امر، دو مانع اصلی وجود دارد: ظرفیت و امنیت

اما اکنون، اپراتورهای شبکه تلفن همراه بزرگی مانند AT&T و ورایزن (Verizon)، نسل ۵ام اینترنت یعنی فایوجی (۵G)، آخرین نسل از ارتباطات همراه سلولی را ارائه خواهند کرد. بنا بر گفته‌های تحلیلگران، پلتفرم ۵G، سرعت بالا در انتقال داده، زمان تأخیر کمتر، کاهش مصرف انرژی، کاهش هزینه، ظرفیت سیستمی بیشتر و اتصال وسیعی از دستگاه‌ها را به همراه خواهد داشت.

ترکیب ۵G و فناوری بلاک چین می‌تواند موجی از ارزش اقتصادی را به وجود آورد. برای درک ارتباط میان ۵G و بلاک چین، باید رابطه‌ی میان آن‌ها را به صورت چندگانه در نظر گرفت.

قدرت پوشش ۵G، از طریق تأخیر کمتر، سرعت و ظرفیت بالا، به دستگاه‌های اینترنت اشیا این اجازه را می‌دهد تا به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار بگیرند. به طور هم‌زمان، این دستگاه‌ها می‌توانند از امنیت، تمرکززدایی، غیرقابل تغییر بودن و نظارت اجماع بلاک چین به عنوان لایه‌های بنیادین، نهایت استفاده را ببرند.

این بدان معناست که شهرهای هوشمند، وسایل نقلیه‌ی بدون راننده، خانه‌های هوشمند و دیگر پیشرفت‌های سنسور محور، در نهایت به یک فناوری خواهند رسید که می‌توانند به واسطه‌ی آن، نیازهای خود را رفع کنند.

بلاک چین‌ها به عنوان لایه‌های بنیادین می‌توانند اجماع و امنیت را به ارمغان بیاورند، در حالی که بسیاری از تراکنش‌های IoT و قراردادها، در لایه‌ی دوم شبکه‌ها اتفاق می افتند و همچنین، می‌توان اختلافات کانال‌های پرداختی و تراکنش‌ها را به صورت درون زنجیره‌ای حل کرد. با این حال، ظرفیت شبکه‌ی IoT، به وسیله‌ی قدرت پوشش ۵G فعال خواهد شد.

علاوه بر این، ۵G با افزایش مشارکت نود و غیرمتمرکزسازی، به طور مستقیم به بلاک چین کمک خواهد کرد، زمان بلاک را کاهش خواهد داد و این فناوری را به سوی مقیاس‌پذیری درون زنجیره‌ای پیش خواهد برد. تمامی این امکانات به‌نوبه‌ی خود از اقتصاد IoT حمایت خواهند کرد.

اکنون نگاهی اجمالی به چگونگی فعالیت ۵G و زمانی که استفاده‌ی واقعی از آن دیده خواهد شد، می‌اندازیم.

ارائه‌دهندگان شبکه‌ی مخابراتی، در ابتدا، ۵G را در شهرهای ایالات متحده آمریکا راه‌اندازی کردند، در حالی که انتظار می‌رود در سال ۲۰۲۰ پوشش جهانی اجرا شود. ورایزن نیز از ۱۱ آوریل (۲۲ فروردین) ۲۰۱۹، شهرهای شیکاگو و مینیاپولیس را تحت پوشش قرار می‌دهد و تا پایان سال جاری، به ۳۰ شهر دیگر خدمات ارائه خواهد داد. از سوی دیگر، در خصوص تأمین‌کننده‌ها، انتظار می‌رود که سامسونگ، ماه آینده، تلفن همراه گلکسی اس ۱۰ سازگار با ۵G خود را روانه‌ی بازار کند. دیگر شرکت‌ها مانند هواوی (Huawei) و ال جی (LG) نیز از مدل‌های جدید تلفن‌های همراه جدید خود خبر دادند که انتظار می‌رود به زودی در دسترس عموم قرار گیرند.

در ارتباط با مودم‌ها، همچنان منتظر نمونه‌ای هستیم که از ۵G و فناوری تکامل بلندمدت (LTE) پشتیبانی کند. شرکت کوالکام (Qualcomm) احتمال دارد از چنین محصولی که X55 نام دارد در سه ماهه‌ی سوم و یا چهارم سال جاری رونمایی کند. کاربران محصولات اپل باید برای دیدن آیفون سازگار با ۵G، تا سال ۲۰۲۰ منتظر بمانند، اگرچه این شرکت همچنان در حال ارزیابی وضعیت بازار است.

از مزایای ۵G می‌توان به سرعت و ظرفیت بالا، تأخیر کم و توانایی آن در اتصال به تعداد بسیار زیادی دستگاه اشاره کرد.

تأخیر، به زمانی که طول می‌کشد تا یک سیگنال فرستاده و دریافت شود، گفته می‌شود. در خصوص بلاک چین، تأخیر، اختلاف زمان انتشار یک تراکنش و دریافت آن توسط نودهاست. با این حال، در خصوص اینترنت اشیا (IoT)، چه در خانه‌های هوشمند و چه در وسایل نقلیه‌ی خودکار به کار رفته باشد، اگر قرار است دستگاه‌ها بدون مواجه با تأخیری طولانی با یکدیگر در ارتباط باشند، دستیابی به زمان تأخیر کمتر، امری حیاتی خواهد بود. این موضوع سبب روی کار آمدن مفهوم دیگری به نام اینترنت مهارت‌ها (IoS) خواهد شد.

در این فناوری، متخصصان، کارهایشان را از طریق هدست‌های واقعیت مجازی و از راه دور انجام می‌دهند. برای مثال، یک دندان‌پزشک قادر خواهد بود تا روندهای درمانی را از راه دور انجام دهد. اگر این تأخیر کاهش نیابد، آنگاه، متخصصان نمی‌توانند به طور کافی پاسخگو باشند، جان بیمار را به خطر خواهند انداخت و عملکردشان رفته رفته تضعیف خواهد شد.

این کاربردهای جدید هستند که پیش برد پیش‌بینی‌های مربوط به تأثیر اقتصادی ۵G را بر عهده دارند. طبق مطالعات انجام‌شده از سوی کوالکام، ۵G می‌تواند تا سال ۲۰۳۵، ۱۲.۳ تریلیون دلار به تولید ناخالص داخلی (GDP) جهانی اضافه کند. مهم‌تر از همه، ۵G با داشتن سرعتی بیش از ۱۰ گیگابایت در ثانیه، پیشرفتی در خدمات پهن باند خانگی فعلی و همچنین شبکه‌های سلولی به شمار می‌آید.

اگر واقع‌ بینانه به این موضوع بنگریم، متوسط جهانی سرعت اینترنت غیرهمراه، تنها ۷.۲ مگابیت در ثانیه است. از این رو، ۵G می‌تواند به شبکه اینترنت بالفعل (de facto) در سراسر جهان تبدیل شود. اثرات ۵G روی IoT و مفاهیم مرتبط، توسط رایانش لبه‌ای با دسترسی چندگانه، بیشتر افزایش خواهد یافت. شبکه اینترنت بالفعل، شکلی از شبکه‌بندی است که در آن، سرویس، از نودهای متمرکز به سوی نودهای خارجی منتشر خواهد شد که سبب افزایش سرعت و کاهش تأخیر خواهد شد.

IoT برای اتصال تعداد بسیار زیادی دستگاه به یکدیگر، به این ظرفیت و توانایی تکیه می‌کند. طبق تحقیقات انجام‌شده توسط هواوی، تخمین زده شده است که تا سال ۲۰۲۵، ۱۰۰ میلیارد اتصال IoT ایجاد خواهد شد و پس از آن، این مقدار به طور نمایی رشد پیدا خواهد کرد.

هنگامی که از خودکارسازی صحبت می‌کنیم، معمولاً به جایگزین کردن روبات‌ها در مشاغلی که در حال حاضر انسان‌ها برای انجام آن‌ها حقوق دریافت می‌کنند، می‌اندیشیم. با این حال، در حقیقت، ممکن است حوزه‌ی خودکارسازی فراتر رفته و جایگزین کردن وظایف و کارهای پیش پا افتاده و مجانی را نیز شامل شود. این موضوع را می‌توان هم اکنون نیز با ظهور خانه‌های هوشمند که در آن‌ها لوازم خانگی با یکدیگر در ارتباط هستند، موجودی کالا را مدیریت و حفظ می‌کنند، مشاهده کرد.

ماشین‌ها و کامیون‌های خودگردان در حال گذراندن آزمایش‌های گذشته هستند و قانون، مانع اصلی پیش روی آن‌هاست. پیش‌بینی می‌شود که صنایع سنتی مانند کشاورزی، استخراج و حفاری، در طی یک دهه‌ی آینده، از طریق IoT پرسرعتی که توسط میلیاردها حس‌گر و دستگاه‌هایی که به‌واسطه‌ی ۵G با یکدیگر در ارتباط هستند، خودکارسازی شوند.

این اپلیکیشن‌ها به منظور ارائه‌ی ظرفیت، سرعت و تأخیر مورد نیاز برای اجرای این سیستم‌ها در مقیاس جهانی، به پوشش گسترده‌ی ۵G وابسته هستند. اما دو مانع بالقوه‌ی دیگری که بر سر راه ۵G قرار گرفته‌اند نیز، ممکن است خودشان را نشان دهند. اولاً، دستگاه‌های مخرب می‌توانند از طریق قابلیت اتصال درونی خود، در شبکه، هرج و مرج ایجاد کنند. دوما، گسترش ۵G سبب ایجاد انفجار در تراکنش‌ها و پرداخت‌ها میان دستگاه‌ها خواهد شد. این میزان حجم، احتمالاً ظرفیت کنونی زیرساخت‌های مالی متمرکز و غیرمتمرکز را تحت الشعاع قرار خواهد داد.

نوآوری‌های بلاک چین احتمالاً می‌توانند مشکل اول را حل کنند. بلاک چین‌های متمرکز عمومی در تضمین غیرقابل تغییر بودن، تحریف ناپذیری و ایجاد اجماع میان موجودیت‌های بی اعتماد مهارت دارند. بنابراین، می‌توانند به عنوان لایه‌ای اساسی برای حل اختلافات میان دستگاه‌های IoT که نمی‌توانند شرایط قرارداد هوشمند و یا تراکنش‌ها را حل کنند، مورد استفاده قرار گیرند.

از آن جا که این دستگاه‌ها می‌توانند با پول در تعامل باشند و ابزارها را اداره کنند، ایجاد یک لایه‌ی پروتکل با ایمنی بالا، بیش‌ترین اهمیت را دارد. بلاک چین در این خصوص می‌تواند سرآمد باشد. بلاک چین‌های غیرمتمرکز، مزایای بیشتری را نسبت به مدل سرویس دهنده-سرویس گیرنده مورد استفاده در IoT ارائه می‌دهند.

معماری غیرمتمرکز آن‌ها بدین معناست که هویت را می‌توان محافظت و تضمین کرد. در حال حاضر، دستگاه‌های IoT از طریق سرورهای ابری، با استفاده از اطلاعات هویتشان که در پایگاه داده‌ها نگهداری می‌شوند، خودشان را شناسایی می‌کنند. به این ترتیب، این اطلاعات می‌توانند به خطر افتاده، دزدیده و یا کپی شوند و برای هر برنامه‌ای که در چنین شبکه‌ای اجرا می‌شود، تهدید امنیتی جدی ایجاد کنند.

از طریق یک بلاک چین غیرمتمرکز، می‌توانیم با استفاده از رمزنگاری نامتقارن و الگوریتم‌های هش امن، از این هویت‌ها محافظت کنیم. دستگاه‌ها با توجه به آدرس‌های مرتبط به بلاک چین خودشان ثبت شده و هویتشان تضمین خواهد شد. این لایه‌ی بلاک چین می‌تواند یک سطح امنیتی و تعیین هویت آسیب‌ناپذیری که با زیرساخت متمرکز موجود مطابقت ندارد را ایجاد کند.

متأسفانه، دومین مشکل مقیاس را نمی‌توان مستقیماً با بلاک چین‌ها حل کرد. دامنه‌ی گسترده‌ی IoT بدین معناست که معماری‌های بلاک چین غیرمتمرکز، توانایی مدیریت توان لازم را ندارند. این موضوع، حداقل برای لایه‌ی اول، یعنی خود بلاک چین‌ها، صحت دارد. این امکان و ارجحیت وجود دارد که اکثر تراکنش‌ها را با استفاده از کانال‌های پرداختی و یا سایدچین‌ها (زنجیره‌های جانبی) به پروتکل‌های لایه‌ی دو مانند شبکه‌ی لایتنینگ که در بالای بلاک چین‌های اجرا می‌شود، محول کرد. با این حال، اگر هر دستگاه به آدرس خودش و تراکنش‌های درون زنجیره‌ای نیاز داشته باشد، ظرفیت درون زنجیره‌ای، باید ده‌ها هزار تراکنش در ثانیه باشد.

به طور خلاصه، مقیاس‌پذیری باید در هر دو لایه به طور چشمگیری بهبود پیدا کند. رشد بلاک چین‌هایی مانند بیت کوین کش با بلاکی بزرگ‌تر، و اتریوم از طریق شاردینگ، از ظرفیت درون زنجیره‌ای فراتر می‌رود. به طور هم‌زمان، با توجه به گسترده‌تر شدن شبکه‌ی لایتنینگ، شاهد پیشرفت ثابت آن، همپای سایدچین‌هایی مانند سایدچین Liquid در بلاک استریم (Blockstream) هستیم. این در حالی است که شبکه‌ی پلاسمای اتریوم همچنان به پیشرفت ادامه می‌دهد.

توسعه‌ی ۵G و ساختار بلاک چین لایه‌ی دو به‌طور اتفاقی هم‌زمان در حال روی دادن هستند و سبب ایجاد مقیاس‌پذیری و پوشش لازم برای اقتصاد IoT محور می‌شوند.

یک روش دیگر برای معماران سیستم آن است که ساختارهای دیگری مانند گراف‌های میانِ لایه‌ی بلاک چین اصلی و دستگاه‌های IoT را به سیستم خودشان اضافه کنند. طراحی‌هایی مانند گراف جهت‌دار غیر مدور (DAGs) می‌توانند برای دست‌یابی به توان بالاتر مورد استفاده قرار گیرند. با این حال، این موضوع به تضعیف امنیت و غیرمتمرکزسازی منجر می‌شود.

هدایت سه راهی مقیاس‌پذیری، امنیت و غیرمتمرکزسازی برای هر شبکه‌ی IoT مبتنی بر بلاک چین، یک پیش نیاز محسوب شده و کمبود در هر کدام از این زمینه‌ها می‌تواند برای کاربران، دگرگونی عظیمی به شمار بیاید و در وهله‌ی اول، هدف استفاده از چنین پروتکلی را تضعیف می‌کند. تا زمانی که توسعه‌دهندگان بتوانند طراحی‌های جایگزینی را ایجاد کنند که بتوان با استفاده از آن‌ها بدون کاهش امنیت و یا غیرمتمرکزسازی، به توان بالا رسید، شبکه‌های IoT باید از ساختار بلاک چین همچنان ایمن اما محدودتر، استفاده کنند.

هدف دستگاه‌های IoT مجهز به نسل پنجم شبکه تلفن همراه، ایجاد افزایشی عظیم در سرعت انتقال داده‌ها در نظر گرفته شده است. سیسکو پیش‌بینی می‌کند که دستگاه‌های IoT تا سال ۲۰۲۱، ۸۴۷ زتابایت (zettabyte) داده ایجاد خواهند کرد. اگرچه بلاک چین‌ها، در اصل، سیستم ذخیره‌سازی داده‌ی توزیع‌شده هستند، اما نمی‌توان مقدار قابل‌توجهی از اطلاعات را به صورت درون زنجیره‌ای ذخیره کرد. اگر داده‌های IoT درون زنجیره‌ای ذخیره نشوند، همچنان می‌توانند مورد حمله قرار گیرند.

با این حال، این احتمال وجود دارد که بتوان هش‌ داده‌ها را به صورت درون زنجیره‌ای ذخیره کرد، به طوری که لینک‌هایی وجود داشته باشد که برای کل پایگاه داده، به سایت‌های ذخیره‌سازی داده‌ی خارجی اشاره کنند. در واقع، چنین ذخیره‌سازی خارجی می‌تواند روی پروتکل‌های غیرمتمرکز دیگری مانند فایل سیستم بین سیاره‌ای (InterPlanetary File System) و یا OrbitDB اجرا شود.

با اینکه این روش سطح مشابهی از غیر قابل تحریف بودن را تضمین نمی‌کند، نسبت به گزینه‌های متمرکز دیگر، امنیت بالاتری را ارائه می‌دهد. مهم آن است که با ذخیره‌سازی هش‌ها به صورت درون زنجیره‌ای، هرگونه سو استفاده از داده‌ها باعث ایجاد تغییر در هش شده و بنابراین، با استفاده از زمان ثبت‌شده به صورت برچسب زمان (Timestamp)، توجهات را به خود جلب می‌کند.

بلاک چین‌ها نیز می‌توانند در خصوص کارآمدی و عملکرد، به طور مستقیم از ۵G بهره ببرند. یکی از این موارد، قراردادهای هوشمند هستند. قراردادهای هوشمند بلاک چین اغلب به اوراکل‌ها (Oracle) بستگی دارند. این اوراکل‌ها داده‌های خارجی را دریافت و به قراردادها منتقل می‌کنند. البته، این اطلاعات می‌توانند تنها با دسترسی به اینترنت منتقل شوند. برای برنامه‌هایی مانند زنجیره‌های تأمین، ۵G می‌تواند این اوراکل‌ها را در نواحی دورافتاده تسهیل کند و در غیر این صورت فعالیت آن‌ها غیرممکن خواهد بود.

۵G می‌تواند در شبکه‌ی بلاک چین‌ها بهبود ایجاد کند. افزایش گسترده در محدوده و پهنای باند، به موازات آن، کاهش تأخیر با بهره‌گیری از رایانش مرزی، می‌تواند سبب افزایش تعداد گره‌های اضافی که به بلاک چین‌های عمومی می‌پیوندند، شود. با گسترش پوشش مناطق دورافتاده و همچنین افزایش اتصال به دستگاه‌های غیر ایستا، مانند موبایل‌ها و تبلت‌ها، در مشارکت شبکه افزایش چشمگیری ایجاد خواهد شد و در نتیجه، امنیت و غیرمتمرکزسازی بهبود خواهد یافت.

علاوه بر آن، به دلیل کاهش میزان تأخیر، از آن جا که زمان ساخت بلاک کاهش می‌یابد، توسعه‌دهندگان، آزادی عمل بیشتری برای کسب تجربه خواهند داشت و درنتیجه، توان درون زنجیره‌ای افزایش خواهد یافت. این جهان، به ‌نوبه‌ی خود، با استفاده از بلاک چین‌ها برای ایجاد توافق، اجماع و امنیت، به دستگاه‌های IoT پشتیبانی بسیار بهتری را ارائه می‌دهد.

برای درک واقعی ارزش‌های ۵G ،IoT و بلاک چین، باید آن‌ها را به چشم یک هم‌افزایی و نه یک ارائه‌دهنده‌ی پیشنهاد‌هایی با ارزش‌های کاملاً جداگانه، دید. با معماری مناسب، این فناوری در کنار راه‌حل‌های لایه‌ی دوم، رایانش مرزی، واقعیت مجازی، واقعیت افزوده و اینترنت مهارت‌ها، سبب ایجاد میزان بی سابقه‌ای ارزش خواهد شد و به طور هم‌زمان، شرایط کاری، بیکاری و تفریح را تغییر خواهد داد.