区块链技术在智能家居领域应用的设想
第一章 国内智能家居市场的现状
- 现状
智能家居的定义和涵盖范围
说起“智能家居”，大概是目前市场热度很高，但是又被很多人诟病的一个概念。说它热度高，是因为很多人都认为这是一个巨大的市场，包括很多国际性公司巨头，例如苹果、谷歌等都积极的投入和进入这个市场。说它被诟病，是因为经过很多年的宣传和培育，智能家居市场似乎还是处于一种无法大规模推广应用的状态，智能家居在大多数用户眼里还是属于一种很有距离感的产品。
造成这样的局面，我认为与“智能家居”本身的定义有着密切的关系。如果我们仔细体会“智能”两个字，其本身就包含有一种比较的含义在里面，所谓的“智能”，一定是比当前市场上大多数流行使用的产品更为先进的一种产品，能够给消费者带来当前市场上大多数产品不能带来的某种便利性。比如如果我们退回到电灯刚刚发明的时期，那么相比起煤油灯、蜡烛等当时普遍被采用的产品，电灯就是一种“智能”的照明工具，但是当电灯成为市场上的主流产品大面积普及的时候，就没有人再会给它冠以“智能”的前缀了。我们再来回想一下大约十年前，那时候能够通过打电话来远程控制家里的电气设备就可以被称之为“智能”，但是在今天，远程控制必须是经过互联网，而且是有图文并茂的控制界面，才可能被认为是“智能”。因此，我们可以得出这样几个结论：
首先，“智能”是一个相对的概念，一定是比当前市场上的主流产品更为先进的产品才会被称为“智能”。所以，智能家居一直属于一种相对小众的产品是正常的。
其次，也因此很容易推导出，“智能”是一个不断变化和迭代的概念，昨天的“智能”在今天很可能已经成为普通的产品，而且这种迭代的过程会与技术发展的速度成正比。
因此我们看到，“智能”的发展方向会受到周边相关技术的发展的巨大影响。比如我们前文所举的关于远程控制的应用，之所以控制方式发生了巨大的变化，完全得益于互联网技术和移动终端（智能手机、iPad等）的高速发展。
所以，我认为，智能家居实际上不是一个孤立的概念，它应该是目前市场上相对先进的技术在家居领域的一种体现，是最新技术在家居领域的一种实际应用。再进一步讲，随着技术的发展，尤其是物联网的发展，“家居生活”的边界将会越来越模糊，“智能家居”的概念也最终会被其他更为准确的描述所代替。关于这一点，本文后面还会有进一步的论述。目前市场常见智能家居系统的功能与组成
下图是国内智能家居市场在当前阶段的一个典型系统构成，可以看出，如果从控制对象的角度来对目前的智能家居系统进行划分，大体上可以分为两大部分：户内的设备控制和户内与户外的沟通联系。 户内设备的控制与管理，包括：
灯光与窗帘的控制
空调与采暖的控制
新风设备的控制
影音设备的控制 门禁与安防，包括：
入户门禁的控制
访客对讲与控制
户内安防的控制
小区的门禁与安防管理
除此以外，市场上还有很多智能家电，例如智能冰箱，智能电饭煲等等，都被纳入了“智能家居”的概念范畴之中。但是由于目前的智能家电大多属于个体单品，没有形成完整的系统，故此，如果需要把这些智能单品集成进“智能家居系统”进行统一的控制和管理的话，目前市场的主流做法依然是通过网关来解决。
- 目前主流智能家居系统存在的问题
内部难以互通
可以看出，由于当前市场的智能家居系统缺乏一个统一的标准协议，造成各个子系统功能之间是不能直接互通互联的，必须通过特定的网关进行协议的转换。这样各个子系统之间的数据和信息交换效率不高，能够实现的功能也就受到了很大的限制。
同时，由于各个子系统之间的数据交流完全依赖于网关的处理，因此一旦网关出现故障，则会导致整个系统的瘫痪。系统的稳定性受到了很大的影响。外部难以互联
由于智能家居在户内各个子系统的存在，并且不能直接互通互联，导致其在与外界广域互联网进行连接的时候，同样需要一个中心化的网关。这个网关负责把户内各个子系统进行集成连接，收集各个子系统的数据信息，然后负责与互联网进行通讯，向互联网发送和收集信息，并传递给需要的相关子系统。这样的一种机制，其数据交换的稳定性和功能性，都取决于网关的性能，不管从稳定性和数据安全性角度，都有极大的隐患，因而也影响了很多用户在使用智能家居这方面功能的信心。
第二章 区块链的技术原理和典型应用
- 技术原理
区块链是由不同节点共同参与的分布式数据库，是一个开放式的公共帐簿。从数据包形成区块，中间有一个加密的哈希值计算，把不同时间段的交易信息链接起来，就形成了区块链。
具体来说，区块链具有以下几个特性：
- 区块链是一个分布式，去中心化的数据库结构。它的数据库文件不是存储在某一个中心化的服务器中，而是分布在所有参与网络的各个节点中。这样的结构，一方面的原因是由于区块链的每一笔交易都需要网络中大多数参与节点的确认才能完成，一方面也确保了其数据的可靠性和不易篡改性。
- 区块链是一个开放式的公共帐簿，其数据库的信息是对网络中所有参与者公开透明的。
- 区块链通过在每一个区块上都加入了一个加密的哈希指针，指向上一个区块。因此，每个区块不仅能告诉我们上一个区块的值在哪里，还包含了该值的摘要，是我们能够验证那个值没有改变。这样的结构确保了区块链具有“防篡改性”，因为如果想要篡改某一条记录，意味着必须修改整个链条，而这几乎是无法做到的。
- 区块链技术包含一个“智能合约”的概念，是一段能够自动执行约定条件的计算机程序。由于区块链具备的数据不可篡改性，合约双方都可以放心的任其自动执行，并随时可查。依靠智能合约技术，理想中的世界就好像一台精密运行的计算机，一切都可以事先约定，编成代码，依程序行事。
总之，区块链技术是一个去中心化的，公开透明的数据库账本，具有不可篡改性，能够依赖智能合约自动运行。有了区块链技术，网络中的人们可以不借助任何第三方的信任背书，点对点，端到端，P2P的来传递、交易、支付、汇兑价值物。
- 典型应用
区块链的兴起，是从比特币开始的。事实上，比特币也是区块链的第一个应用。与大多数货币不同，比特币不依靠特定货币机构发行，它依据特定算法，通过大量的计算产生，比特币经济使用整个P2P网络中众多节点构成的分布式数据库来确认并记录所有的交易行为，并使用密码学的设计来确保货币流通各个环节安全性。因此，比特币是一个非常典型的区块链技术的应用。区块链的概念也从比特币开始为人们所认知和关注，并逐渐成为了现代互联网中一项重要的技术。
区块链的特点使其在金融领域有着明显的应用优势。除此之外，区块链在很多其他领域也有着非常好的应用。澳大利亚某个电力公司，把其公司属下位于偏远内陆地区的每一个电线杆变成了具有区块链功能的节点。一方面，电力公司可以随时了解每个电线杆的工作情况，如果一旦有某一根电线杆发生倾倒，就会向附近的电线杆发出信息，电力公司可以准确的派出维修人员及时到达现场；另一个很重要的应用，电力公司利用其遍布各个角落的电线杆，为快递公司提供其每个送货卡车的遥感数据，而根据智能合约，快递公司将自动为每一个使用过的电线杆自动付费。
区块链技术因为其数据的不可篡改性，还将在保险和医疗等行业发挥越来越多的作用。想象一下，未来每个人从出生开始的每一段病历都被记录在区块链上，所有医疗机构都可以轻松了解到你的所有病史，并对症下药。保险公司也将可以根据每个人的病历情况自动确定保费的多少，而且这些都不需要第三方的认证机构来审核，一切都是根据智能合约自动执行的。
还有很多领域，都可以通过区块链的技术来解决实际当中遇到的问题，比如出版业，农业、贸易等等等等，下面，笔者就区块链在智能家居领域的一些应用设想谈谈自己的想法。
第三章 以区块链技术为基础的智能家居系统构想
- 智能家居系统的理想架构
根据本文第一章的论述，目前的主流智能家居市场，由于产品技术发展的历史原因，存在着几种子系统，还有一些实现局部功能的所谓“智能单品”，这些子系统和智能单品，彼此之间由于通讯协议不同，无法直接互相通讯和控制，目前的常规解决方案就是通过网关来实现子系统的集成。因此，网关在这样的系统架构中扮演着极其重要的角色，所有子系统之间的数据交换都依赖于网关的处理。这给系统带来了几方面的隐患：第一是稳定性隐患，一旦网关出现故障，整个系统将无法正常工作；第二是安全性隐患，一旦网关被恶意攻破，系统内的数据将会被随意的读取和修改。
因此，为了解决第一个稳定性的隐患，智能家居系统的理想架构应该是一种真正分布式的总线结构，所有系统中的设备都是基于同一种协议，可以直接互通互联的。所有设备在系统中都是平等的，不必依赖于某一个中心化的设备就可以独立的运行，某一个设备的故障也不会影响其他设备的正常工作。显然，物联网就可以解决这个问题。目前基于TCP/IP协议的互联网是直接上应用最为广泛的分布式总线，随着技术的发展，IPv6技术的全面使用，给地球上每一个物体，甚至每一粒沙子都分配一个IP地址已经具备了物理上的理论基础。目前也越来越多的厂家在研发和生产可以直接连入网络的智能家电设备，例如智能灯泡、智能电饭煲等等。
但是，对于智能家居这个具体应用领域来讲，仅仅是实现了所有设备的物联还是不够的。这只是在物理上实现了所有设备的互联，但关键的问题是，当所有的设备都连接在一起之后，我们能做些什么？我们应该基于怎样的技术来让这个“物联网”发挥出最大的效能？
- 区块链技术在智能家居系统中发挥的作用
前文我们论述过，网络安全性是阻碍智能家居与互联网连接的一个重要因素。大多数用户不愿意承担自身家居生活中隐私数据泄露的风险。但是，如果我们把家居系统的各个节点，转换成区块链的参与节点，所有数据并非存储在一个中心化的网关或者服务器中，而是分散存储在各个节点当中，同时所有数据的读取和修改都需要经过大多数参与节点的确认，这样，就会大大提高数据的安全性，从而消除用户把自身数据与互联网共享的顾虑。
基于区块链技术的智能家居，其提高的不仅仅是网络方面的安全性，同时在实体的安全性方面也可以有所提高。比如一次未经预先授权的对于一把智能锁的开启指令，需要经过屋内所有家用电器的集体确认，其被恶意攻破的难度将大大提高。
区块链技术的高安全性，还可以被用于对外来访客的确认等方面。比如通过基于区块链技术的人脸识别传感器，自动确认访客身份，自动判断是否开门。我们所说的“外来访客”还可以包括无人机、宠物等多种对象。比如通过系统对无人机的身份识别，就可以实现即使主人不在家，无人机也可以进入屋内，把快递放到主人的客厅里了。
由于区块链数据是不可篡改的，因此基于区块链技术的智能家居系统理论上收集了用户最为真实可靠的日常起居数据，这些数据可以被发挥到各个领域。比如前文我们提到区块链技术对于保险和医疗的应用，每个人的病历记录可以作为保险费用和医疗方案的参考。如果有了一个人的生活起居数据，例如是否有良好的生活习惯，是否有良好的饮食习惯等等，保险公司可以做出更为准确的判断。
采用了区块链技术的智能家居，事实上可以拓展到更多的应用方向。比如上文提到的用户生活起居的真实数据，用户可以给这些数据制定一个智能合约，每个被授权的外界终端的每一次数据读取，都需要根据合约向用户付费，则可以有效的改善用户权益，防止数据被滥用的可能。
- 区块链技术在智能家居系统中的实现路径
根据前文所述，目前国内智能家居市场的主要架构，是以各个子系统为主，通过一个或多个网关把子系统进行整合。而要想实现区块链式的去中心化结构，首先应该做到的就是利用分布式的总线，统一的标准协议，把各个子系统打通，连成一个去中心化的分散系统。准确来说，就是把所有相关设备全部通过互联网直接相连。
当所有设备连接到互联网，子系统的概念不复存在，我们就可以从设备功能角度重新观察系统。按照功能分类，可以把系统里的所有设备分为4大类：传感器、输入单元、执行器、显示单元。
在整个系统中，传感器是大部分数据的来源，因此也是最重要的一环。输入单元是用来接收用户的手动指令。在系统运行的初期，需要接收大量的用户手动指令和即时反馈。随着数据采集的丰富，系统越来越了解用户的习惯，手动输入单元的使用频率会逐渐减少。执行器负责把用户的意愿落实，显示单元负责系统信息的输出。输入单元和显示单元有可能同时存在于同一个设备上，也有可能分开相互独立存在。但是所有这些设备在系统中都是平等的，可以任意互相驱动和传递信息的。
在基于区块链技术的系统中，智能家居系统与外界互联的出口不再是单一的某一个设备，而是每一个设备都可以成为出口或入口，每个设备都可以与外界互联网进行数据交换，或者是指令的发送和接收。因此，所谓“智能家居”与外界的边沿将变得越来越模糊，越来越难以界定，人们将生活中在一个没有边界的，无处不在的互联网世界中。而那个世界的底层逻辑是去中心化的，基于可信任的运算方法组成的一个巨大的区块链中。