新算法将区块链延迟削半 物联网实时应用更近一步

在物联网快速发展的今天，传感器、自动驾驶车辆和工业设备等大量智能终端正源源不断地向网络上传数据，如何在保障数据不可篡改的前提下实现快速处理，成为工程界面临的关键难题。区块链因其去中心化账本的安全特性，被视为重要解决方案，但在现实物联网场景中，区块链系统的响应速度往往难以满足“几乎实时”的需求。

来自日本千叶大学的信息学研究团队指出，制约速度的根本瓶颈并非区块链协议本身，而是节点之间点对点通信方式以及网络拓扑结构设计不当导致的数据传输低效。他们发现，以往研究很少系统性考察覆盖拓扑（overlay topology）与节点选取策略对物联网区块链延迟的影响，这使得网络在扩展时容易出现拥塞和排队现象。

为找出延迟的真正来源，课题组通过仿真搭建了多种区块链客户端连接结构，对不同网络拓扑下的性能进行了对比分析。结果显示，在去中心化物联网环境中，同一笔交易或区块被在多个链路中重复转发，数据副本数量快速膨胀，是造成网络拥堵的关键因素之一。当通信路径大量重叠时，交易和区块在节点间排队等待转发，整体确认时间显著拉长。

针对这一问题，团队提出了一种去中心化、轻量级的新算法“Dual Perigee”，用于优化区块链节点在物联网网络中的连接关系。不同于传统依赖随机连接的做法，采用 Dual Perigee 的设备会根据相邻节点转发交易和完整区块的速度，对现有连接进行评估。如果某一连接长期表现不佳，设备就会主动断开并寻找更高效的邻居，从而在无需中心控制的前提下，让整个网络自发演化为更有利于高速传输的拓扑结构。

研究团队在包含 50 个节点的物联网区块链仿真网络中对 Dual Perigee 进行了测试。结果表明，相比以太坊区块链中采用的标准方法，该算法将与区块相关的延迟降低了 48.54%，同时相较此前提出的 Perigee 等先进技术，性能提升也超过 23%。值得注意的是，这些改进是在几乎不增加物联网终端计算负担的前提下实现的，因为 Dual Perigee 只依赖节点接收数据时顺带产生的被动测量，算法本身的处理量极小。

千叶大学高级学术研究院/信息学研究生院副教授阮健（Kien Nguyen）表示，本研究试图在物联网区块链的理论设计与实际部署之间搭起桥梁，通过厘清高延迟的根本成因，提出一种既简单又可落地的去中心化解决方案。论文由千叶大学的越谷康基（Koki Koshikawa）、苏越（Yue Su）、关谷浩雄（Hiroo Sekiya）等人共同参与完成，并于 2025 年 12 月 17 日发表在《IEEE 网络与服务管理汇刊》（IEEE Transactions on Network and Service Management）。

研究人员认为，这一延迟感知的去中心化节点选取机制，为未来支持实时、任务关键型物联网服务的新一代区块链平台奠定了基础。随着区块链数据确认和分发时间的大幅缩短，系统有望满足对时间敏感度极高的应用需求。阮健指出，Dual Perigee 可以支撑更多安全、响应迅速且可信赖的数字基础设施。

随着物联网规模的持续扩张和系统复杂度的提高，可靠而去中心化的通信机制将愈发重要。课题组认为，Dual Perigee 有望应用于一系列需要快速、可靠数据共享的新兴物联网服务，包括智慧城市、智能家居、工业监测、医疗健康系统以及供应链追踪等领域。该研究获得日本学术振兴会（JSPS）和日本科学技术振兴机构（JST）项目资助，进一步体现了相关机构对物联网与区块链融合技术的重视。

编译自/ScitechDaily