IOTA Lighthouse-构建下一代分布式数据传输和分析工具

数据创造的急剧增长需要一个激进的全新的数据导向系统模型，特别是在诸如物流，智能城市，车队管理等领域。 在信息时代的早期，我们将看到向更加分布式的模式的过渡，在这种模式中，边缘设备（edge-devices）成为计算中心，以弥补不断增长的需求，同时也提供本地化分析以最大限度地减少外部工作量。 总的来说，这个巨大的数据池将需要额外的智能来引导用户在边缘设备网络中实时处理问题。

物联网的成功不仅取决于模型的可扩展性，还取决于其确认数据合法性和安全性的能力。 IOTA 协议为此提供了一个解决方案，即通过在 Tangle 中进行的有信息交换的公开证明或者分类账。 分类账是不可变更的，并提供足够的加密，100%的私有，推动无与伦比的 P2P 和 M2M 通信。

在本文中，我们将分享我们对安全与分布式数据传输和分析系统的未来展望，其中包括对我们的 PoC 实现方案的描述： Lighthouse。

变化即将来临

目前的数据传输服务很大程度上依赖基于云的计算，这可能会导致单点故障，并将大量计算负荷集中在服务提供者和客户机上。 通过分布在边缘设备上的计算能力既分散了负载，又避免了单点故障。

与此同时，分布式区块链加密货币比特币和以太坊的流行也证明了信息的未来在于去中心化和不可变的交易账本。 传统上，我们依靠可信的服务来发送和存储数据，但是云对于你的数据所发生的事情并不透明。 另一方面，在一个 trustless-fog 系统中，不需要信任，因为每笔交易都可以通过公共交易分类账来公开证明。

我们可以总结上述两种范式转移：

中心化到去中心化计算

信任 trustless 交易

然而，基于区块链的加密货币需要进行非常耗费资源的挖掘来确认交易。此外，每个区块链交易的所有者须向矿工支付费用以确认其有效性，使区块链变得不可扩展，导致最终无法实现 IoT 的未来。IOTA Tangle 是一种支持分布式和不可变交易的技术，同时还能保持相对最小的计算成本。

这两种新兴的范式转移可以结合成一个强大的信息处理新视野，这就是 Lighthouse 的基础。

穿越迷雾的光

我们需要的是一个可扩展的、不可变的、无交易费的分布式数据传输系统。例如，通过这种方式，连接的车辆可以向车队管理人员实时的反馈发动机磨损情况分析或者燃烧水平等有价值的远程信息，且不用担心云被入侵或者数据丢失。通过仪表盘与由附加的智能层自动提取的关键特征进行交互，车队管理员可以跟踪、通知和监控车队的安全。此外，这将完全免除开发复杂的云基础架构的需求。

未来的智能工厂也有这种愿景，数百个传感器可监控复杂产品供应链中的几十种不同的流程。 一个统一的系统可以在出现问题时动态的学习，当检测到异常情况时向维护人员发出信号，以确保质量控制，甚至在没有人为干预的情况下订购替换部件。 IOTA-MAM 还使“有趣的”传感器数据货币化成为竞争对手或研究人员的目标。

我们的解决方案。Lighthouse 是数据分析的一个边缘设备级别的实现，它使用 Tangle 作为一个不可变的数据库，提供安全的通道通信。

为什么是MAM的 Tangle

默认情况下，交易没有加密，因此仅通过 tangle 发送数据就意味着任何人都可以读取其内容。这对某些应用非常有利，例如，实现透明的民主选举。然而，为了方便从已知身份进行安全数据传输，IOTA 开发了掩码身份验证消息 (MAM) 作为附加层，以确保消息被加密和签名。

我们不会深入到 MAM的理论，这是其他领域的话题 [2，5]。对于第一个 PoC 发布，私有模式的 MAM 将可用。这种模式类似于加密的警用无线电，因为只有预先定义的组可以访问数据。每个消息或数据块都包含了下一个的密钥，因此一旦访问被授予了用户，他们就可以跟随该链并传送连续的数据流。这种模式也意味着你不能及时回顾数据流，这会限制信息在接收访问资产之前的可见性，对于车队管理员想要向一个司机发送通知，他们可能不希望他们的驾驶员在该特定通信频道的历史中查看（潜在敏感）信息。实施受限制的模式 MAM 将使管理员能够控制对数据流的订阅，并在例如更换驱动程序或客户端之后撤销访问权限。

在 IOTA 当前的实现中，每个完整节点都包含整个 Tangle 的快照表述。 也就是说，它是所有交易的分类帐。 实质上，这是数据库。 由此，单个节点可以重新创建完整的 “tangle”。 只要数据流的 seed 没有丢失，并且整个 tangle 没有被破坏，数据将始终可用，不会变化，并且其原始来源已知，由 Merkle 树签名方案成为可能。

IOTA Lighthouse

我们已经描述了这个愿景，现在让我们来看看我们的 PoC 实现。信息的来源始于边缘设备传感器。我们现在正在向公众提供来自柏林的空气污染数据和来自赫尔辛基的公共交通的地理信息。[3，4]。 每次这些传感器产生一个读数，它就会将其存储在一条消息中，并通过 MAM 将其附加到一个交易中，然后将其广播到 tangle 中。这再现了一个真正的边缘设备如何在传感器数据中提供数据，在那里的工作证明将在本地完成(例如在树莓派上)。

通过这个过程，它被合并到 tangle 中，而 Gossip 协议将这个新信息传递给其他所有节点。传感器数据现在已经成为整个 tangle 中不可改变的组成部分。

图1 – 我们解决方案的架构

然后，用户可以通过引用由 trusted channel 提供的 channel-ID 访问这些数据（即亲自或通过电子邮件），只有拥有此信息的用户才能读取数据流。 如果您想亲自访问这些数据，可以在我们的 dashboard 上找到这个 channel-ID （联系我们了解更多详情 info@code-pan.com ）。

图2

从这里，dashboard 可以用于可视化原始数据和曲线(参见图2)。 在左侧 dashboard 上，用户可以选择我们目前正在观看的设备。选择顶部的图形图标，将这些消息解析为它们内部数据的一个图表(参见图3)。

图3

让我们花点时间回顾一下，了解一些背景。如果你想象一个通用的供应链，从生产到部署的数百个传感器，依赖于云服务是有风险的，因为你依赖于一个单一的服务提供商，而且，即使是领域专家也可能难以理解这些复杂的交互和潜在的问题。需要有一个统一的系统，可以安全地发送、存储和集成所有这些信息。利用机器智能，我们可以将数据池简化为关键点和有意义的见解。这就是为什么我们相信一个 IOTA-MAM 框架跟一个分析和异常检测面板相结合会提供这一点。

我们最终将包含向边缘设备提交命令的功能，例如，为故障部件订购替换零件，在异常探测工具中识别，并向用户发送警报。目前，我们实现了一个简单的永久性预测异常探测器，并计划在时间限制允许的情况下引入更复杂的机器学习方法。

我们目前正努力在我们的设置中实施限制模式。 这对于那些产品仍然在生产中的涉及质量控制的客户是非常有益的。 生产相关的传感器数据可以在一个专用的受限通道下与客户共享。 然后，一旦产品完成并发货，制造商就可以关闭该客户的访问通道。 受限通道使消费者和生产者能够决定他们想要分享什么信息，何时以及与谁分享。

和 IOTA 一样，我们认为开发安全和透明系统的最好方法是保持项目的开源，特别是那些涉及加密的项目。然后在线社区可以用他们自己的方式仔细审查和贡献，这也是我们将遵循的一条道路。

基本上，我们在这里展示的是一个 PoC，而不是一个完全成熟的 edge-device 雾（fog）分析工具。但是我们提供了一个进入的窗口，我们相信，这将是数据的未来。

还有哪些有趣的挑战？

目前正在执行 “tangle” 的快照，以便将不断增长的 “tangle” 修剪为最基本的形式。零交易，包括我们目前实施的包含交易的数据，在此期间被删除了。IOTA 团队正在解决这个问题，而 permanodes 很可能是解决方案。最终，快照将在本地（即在边缘设备中）进行，以节省内存和 CPU 的使用量。

另一个有待开发的关键问题是“物联身份” （IDoT）。也就是说，确保产生数据的边缘设备的身份和特征是真实的 [6]。

打造中的未来

我们已经提出了一个新的解决方案的基础，即基于海量数据的大规模云数据传输相关的问题的解决方案。IOTA-MAM 融合创建了一个在通信系统中传输所有数据的不可变的和安全的日志。

将分析应用于此基础设施之上创建一个健壮的数据传输平台，将数据池的浩瀚化为关键的见解。我们很高兴能继续创新并打造未来的系统。

感谢您的阅读，如果您对进一步阅读“把智能应用于 tangle 之上”的内容感兴趣，请查看我们致力于异常检测的白皮书。

如果您对演示感兴趣，请发信到我们的电子邮箱 info@code-pan.com。

参考资料

https://www.tangleblog.com/2017/08/22/explaining-series-fog-computing-in-the-internet-of-things/

https://blog.iota.org/introducing-masked-authenticated-messaging-e55c1822d50e

http://aqicn.org/city/germany/berlin/

https://digitransit.fi/en/

https://www.imperialviolet.org/2013/07/18/hashsig.html

https://blog.iota.org/iota-development-roadmap-74741f37ed01

英文链接：

https://medium.com/@Codepan_labs/the-iota-lighthouse-1d48862b700f