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产业视点

区块链能否解决工业互联网的这些技术问题?

2018-10-26  作者:

工业互联网面临着互联互通以及安全性等诸多挑战,而区块链技术作为新型的网络安全模式,炙手可热的情况下,区块链应用到工业互联网上会解决这些技术问题吗?这些关键应用的优势?

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。狭义来讲,区块链是一种按照时间顺序将数据区块以链条的方式组合成特定数据结构,并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的去中心化共享总账(Decentralized Shared Ledger),能够安全存储简单的、有先后关系的、能在系统内验证的数据。广义的区块链技术则是利用加密链式区块结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用自动化脚本代码(智能合约)来编程和操作数据的一种全新的去中心化基础架构与分布式计算范式。总的来说,区块链具有去中心化、不可篡改、可溯源等特性,使得区块链技术可以在工业互联网各领域可以大有作为。

(一)区块链的特性

去中心化:在区块链网络中分布着众多节点,节点与节点之间可以自由连接进行数据、资产、信息等的交换,而无需通过第三方中心机构,如图1所示。

图1 中心化与去中心化

不可篡改:区块链使用密码学技术来保证链上信息不被篡改,主要用到的是密码学中的哈希函数以及非对称加密。

可溯源:指区块链保存了从第一个区块开始的历史数据,连接形式是后一个区块拥有前一个区块的哈希值,区块链上任一一条记录都可以通过链式结构追溯本源。

图2 可追溯性

(二)工业互联网遇到的问题

网络互联互通性差:典型高端制造企业数据类型可达300余种,缺乏统一标准,数据访问接口不一,导致数据获取以及流通困难。同时工业网络割裂,能力单一。由此,导致企业内部、企业之间信息传递困难。

数据安全:在传统的生产模式下,设备的操作、生产和维护记录是存储在单一、孤立的系统中,单一节点损坏会带来巨大的损失。同时,传统的信息化模式对于已经形成的数字化文件信息在各个节点的传递过程中,缺乏强大的数据保护措施,会出现数据文件的失窃和篡改的可能性。

网络安全:目前工业防火墙在工厂级到车间级普遍应用,通常对opc协议过滤;在车间级到现场级应用很少,需针对工业私有协议设计,目前主要有西门子S7;在PLC/DCS执行设备层,完全没有防火墙应用,而工业设备自身也没有安全策略,因此,工厂的网络安全问题亟需解决。

区块链的去中心化、不可篡改、可溯源等特性,使得区块链技术可以为工业互联网的网络互联互通、数据安全、网络安全这些方面提供便利。但是目前,区块链存在吞吐量较低、可扩展性较差、共识机制复杂、共识确认时间较长、单条链支撑应用有限等问题。因此,还需要进行进一步的关于更适用于工业场景下的共识算法、layer 2扩容算法等问题的研究。

(三)区块链技术在工业互联网中的应用

物流系统:目前全球物流,各方采用单独数据库,每一方运行的系统都不一样,因此需要两两接口,如果引入区块链作为分布式的全球数据库,则可带来以下优势:一是共识,网络中的所有分布式账保持同步,并且都同意交易的时间和内容;二是溯源,每笔资产的归属都有记录;三是不可篡改,分布式账本上写的任何记录都不可以删除或者更改。这意味着用户不能删除记录,也不能在区块链中插入记录。在区块链中写的任何东西都是无可争议的。因此,区块链系统可以用于工业网络的物流系统,适用于整个产业中的上下游企业的互联互通,打破了企业间数据不互信的壁垒以及依赖第三方机构提供可信服务的问题。图3为基于联盟链的生产及物流贸易系统。

图3 基于联盟链的生产及物流贸易系统

过程、资金流系统:工业企业的基本运作流程包括市场需求、技术设计、客户认可、项目采购、制造生产、技术检验以及发货。所有的环节都存在交易,将这些环节用区块链技术串联起来,可以使得任何一步操作可信,不可抵赖以及不可篡改。基于这些,区块链技术对质量的管控、交易资金流和物流的可靠性都是非常有用的。

企业监管:传统的信息化模式对于已经形成的数字化文件信息在各个节点的传递过程中,缺乏强大的数据保护措施,会出现数据文件的失窃和篡改的可能性。目前,环保总局采用的是类似ERP或SFCS统计系统,这样的系统都有一个中心服务器,由开发者控制,但企业为了减少自身的负担,可能会想方设法在数据上做手脚,以此来减少排污费用的缴纳。因此,引入基于区块链的数据监测方法,可以保证记录数据的完整性来减少社会损失,同时这也是巨大的市场机遇。

安全系统:工业互联网有可能将企业的生产线暴露到外网,即便无需连到公众互联网,避免了遭遇外部的攻击,但物理隔离也可能因管理疏忽而感染外网病毒。因此,工业互联网需要基于区块链网络的实时网络性能监视预警技术,分布式管理工业数据,避免单一节点遭到攻击对网络带来的巨大影响;同时,阻止非授权实体的识别、跟踪和访问等更严的安全防护技术,以此保护工业网络的数据和网络安全。

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