[论文解读] When Money Learns to Fly: Towards Sensing as a Service Applications Using Bitcoin

Kay Noyen, Dirk Volland+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2014

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 15被引用 16

一句话总结

本文提出使用比特币作为去中心化、低成本的微支付与身份认证协议，以在物联网生态系统中实现传感即服务（S2aaS）。通过利用比特币的去中心化、脚本可编程性以及密码学可验证性，作者展示了传感器数据提供方可如何通过无信任、点对点的交易获得公平补偿，从而克服全球传感器市场在数据 monetization（数据货币化）与身份管理方面面临的关键系统性障碍。

ABSTRACT

Sensing-as-a-Service (S2aaS) is an emerging Internet of Things (IOT) business model pattern. To be technically feasible and to effectively allow for broad adoption, S2aaS implementations have to overcome manifold systemic hurdles, specifically regarding payment and sensor identification. In an effort to overcome these hurdles, we propose Bitcoin as protocol for S2aaS networks. To lay the groundwork and start the conversation about disruptive changes that Bitcoin technology could bring to S2aaS concepts and IOT in general, we identify and discuss the core characteristics that could drive those changes. We present a conceptual example and describe the basic process of exchanging data for cash using Bitcoin.

研究动机与目标

• 解决传感即服务（S2aaS）采用过程中面临的关键系统性挑战，包括微支付、传感器身份识别与数据完整性。
• 研究比特币的核心特性如何在基于物联网的传感器市场中实现公平、无信任且可扩展的数据交换。
• 提出一个概念性框架，将比特币集成到S2aaS架构中，以支持全球性、去中心化的传感器数据市场。
• 探索利用比特币的脚本与区块链特性实现物联网中数据货币化与访问控制的可行性。
• 启动关于区块链技术（特别是比特币）与新兴物联网商业模式整合的学术对话。

提出的方法

• 使用比特币区块链作为无信任账本，记录传感器数据所有权、支付与访问权限。
• 利用比特币的数字签名与公私钥对，实现安全、伪名化的传感器身份识别与认证。
• 实施多重签名交易，以实现类似托管的机制，确保在支付完成后释放数据。
• 利用时间锁与微支付通道协议，实现在传感器提供方与数据消费者之间快速、低费用的交易。
• 应用比特币的脚本系统，创建条件性合约（例如保证合约），仅在支付阈值达成时才释放数据。
• 将数据哈希存储于区块链中，以提供数据的密码学可验证性与不可篡改性。

实验结果

研究问题

• RQ1 比特币的去中心化架构在多大程度上能够克服全球多边传感器数据市场中信任与基础设施的障碍？
• RQ2 比特币的微支付能力在S2aaS中如何实现对传感器数据提供方的公平且可扩展的补偿？
• RQ3 比特币的脚本与密码学特性如何支持物联网系统中安全、可验证且防篡改的传感器数据交换？
• RQ4 比特币在解决新兴S2aaS商业模式中网络效应的‘先有鸡还是先有蛋’问题方面可能扮演何种角色？
• RQ5 比特币的特性如何促成新型去中心化且经济可持续的数据市场形式？

主要发现

• 比特币的去中心化与开放特性使得无需依赖中心化中介即可实现无信任、点对点的传感器数据交换。
• 通过使用比特币的脚本系统，可创建条件性合约（如保证合约），仅在达到资金门槛时才释放数据。
• 基于时间锁与多重签名交易的微支付通道，可实现低成本、高频次的支付，满足持续传感器数据订阅的需求。
• 通过数字签名与区块链哈希实现的密码学可验证性，确保了数据完整性，并可提供数据来源与防篡改的证明。
• 通过公钥密码学实现的伪名身份识别，可在不暴露个人身份的前提下实现安全的传感器与用户身份认证。
• 通过将比特币的核心特性整合到协议层，可推动S2aaS中公平的市场动态，直接在协议层嵌入经济激励机制。