區(qū)塊鏈及其在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用

■ 尚 勇 付 玉/中國航發(fā)研究院

區(qū)塊鏈?zhǔn)钱?dāng)下被談?wù)摰米疃嘁彩亲顭衢T的話題之一。區(qū)塊鏈的優(yōu)勢在于提升協(xié)同效率、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、降低運(yùn)營成本，有著較為廣闊的應(yīng)用前景。區(qū)塊鏈技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)的制造過程、供應(yīng)鏈管理及售后服務(wù)中的應(yīng)用值得期待。

斯圖爾特·哈伯（Stuart Haber）與W.斯科特·斯托尼塔（W.Scott Stornetta）于1997年提出用時間戳確保數(shù)字文件安全的協(xié)議，成為公認(rèn)的區(qū)塊鏈技術(shù)的最早應(yīng)用。從2009年起，隨著比特幣的大熱，區(qū)塊鏈作為比特幣的底層技術(shù)，逐漸引起了人們的重視。

什么是區(qū)塊鏈？

區(qū)塊鏈的底層算法和具體實現(xiàn)方案很復(fù)雜，但其思想相對簡單。也就是說，區(qū)塊鏈?zhǔn)侵竿ㄟ^去中心化和去信任化的方式來集體維護(hù)一個可靠數(shù)據(jù)庫的技術(shù)方案。區(qū)塊鏈中的區(qū)塊，是指使用密碼學(xué)方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊，每個數(shù)據(jù)塊中包含了一段時間內(nèi)系統(tǒng)信息交流的全部數(shù)據(jù)及其有效性的確認(rèn)信息；多個區(qū)塊按照時間順序疊加成鏈，形成永久的、不可篡改的記錄。簡單地說，當(dāng)一筆交易產(chǎn)生時，會先被廣播到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點，各節(jié)點將該筆交易的哈希（Hash）值收到自己的區(qū)塊中進(jìn)行工作量證明（PoW）的計算，并由最快算出結(jié)果的節(jié)點來驗證交易；驗證交易的節(jié)點將自己的區(qū)塊廣播給其他節(jié)點，其他節(jié)點會確認(rèn)這個區(qū)塊所包含的交易是否有效，驗證成功后，該區(qū)塊被區(qū)塊鏈所接受，蓋上時間戳后將無法再進(jìn)行更改。區(qū)塊鏈技術(shù)通過全民參與，共同維護(hù)的方法，保證了數(shù)據(jù)存儲的一致性、安全性和實時性。

具有分布式去中心化特點

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫需要建立在一個中心服務(wù)器上，數(shù)據(jù)庫的讀寫權(quán)限集中在一個公司或一個控制中心上。而在區(qū)塊鏈中，任何有能力架設(shè)服務(wù)器的人都可以參與其中，成為這個分布式數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)中的一個節(jié)點；一旦加入，該節(jié)點享有同其他所有節(jié)點完全一樣的權(quán)利與義務(wù)，分布式存儲機(jī)制使網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都擁有整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。去中心化的處理方式會節(jié)約很多資源，使得整個交易自主化、簡單化，并且排除了被中心化代理控制的風(fēng)險，防止單點故障，降低了系統(tǒng)性風(fēng)險和監(jiān)管成本。

解決了中介信用問題

通常情況下，兩個互不認(rèn)識和缺乏信任的人要達(dá)成合作是很難的，必須要依靠第三方。比如支付行為，任何一種轉(zhuǎn)賬必須要有銀行或者支付寶這樣的機(jī)構(gòu)存在，但有了區(qū)塊鏈技術(shù)后，網(wǎng)絡(luò)上的交易行為對所有節(jié)點公開透明，并形成對所有人可見的不可更改的共享記錄。原來由權(quán)威中心構(gòu)建的信用機(jī)制被無數(shù)個平等個體組成的新的信用體系所代替。比特幣是人類第一次實現(xiàn)在沒有任何中介機(jī)構(gòu)參與的情況下，完成雙方可以互信的轉(zhuǎn)賬行為，并從運(yùn)行之初起從未出現(xiàn)過大的漏洞。它打破了傳統(tǒng)紙幣的“暗黑”盒子，讓每一筆交易的動向都清清楚楚有“鏈”可查，同時還可以保護(hù)參與者的隱私，這是區(qū)塊鏈所帶來的重大突破。

三種不同形式的區(qū)塊鏈對比分析

保證了數(shù)據(jù)不可篡改

區(qū)塊鏈采取單向哈希算法，每個經(jīng)過共識的新產(chǎn)生的區(qū)塊都被蓋上時間戳，并嚴(yán)格按照時間順序推進(jìn)，時間的不可逆性導(dǎo)致任何試圖入侵篡改區(qū)塊鏈內(nèi)數(shù)據(jù)的行為都很容易被追溯，導(dǎo)致被其他節(jié)點所排斥，從而可以限制不法行為。

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)在各個行業(yè)應(yīng)用的探索，區(qū)塊鏈的部署方式也出現(xiàn)了創(chuàng)新。除了向所有人開放的共有鏈（比如比特幣）外，按照去中心化程度和開放權(quán)限的不同，還衍生出聯(lián)盟鏈和私有鏈。聯(lián)盟鏈采取多中心式，參與成員是預(yù)先根據(jù)一定特征所設(shè)定的。聯(lián)盟鏈更容易進(jìn)行控制權(quán)限設(shè)定，擁有更高的應(yīng)用可擴(kuò)展性；私有鏈沒有去中心，但具有分布式特點，由中心控制者制定可以嚴(yán)格控制每個節(jié)點的訪問權(quán)限。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展，每個節(jié)點的讀寫權(quán)限將會更加復(fù)雜，將會出現(xiàn)更多類型的區(qū)塊鏈，以適應(yīng)區(qū)塊鏈技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。

區(qū)塊鏈技術(shù)的一些應(yīng)用

簡化流程，降低交易成本及制度性成本，提升協(xié)同效率

區(qū)塊鏈技術(shù)以極低的成本解決了信任與價值的可靠性傳遞難題，具有去中心化、開放性、自治性的特點，可以構(gòu)建一個更加共享開放、更透明可信并可核查追溯的可靠系統(tǒng)。區(qū)塊鏈技術(shù)依靠強(qiáng)大的密碼學(xué)原理建立了一套可信的身份驗證的工具和身份識別系統(tǒng)，方便鏈上的各個節(jié)點進(jìn)行交互，各種認(rèn)證手續(xù)、審核登記等都可以通過區(qū)塊鏈技術(shù)自動完成，削減了中介化和制度性成本；共有鏈的開放性使所有參與者都能及時得到最新數(shù)據(jù)，能夠促進(jìn)不同開發(fā)人員、研究人員以及機(jī)構(gòu)間的協(xié)作，相互取長補(bǔ)短，從而實現(xiàn)更高效、更安全的解決方案。利用區(qū)塊鏈技術(shù)，將各環(huán)節(jié)加以整合，加速流通，有效縮短價值創(chuàng)造周期。

例如，2015年10月，VISA與數(shù)字交易管理公司DocuSign聯(lián)合推出概念證明項目，使用區(qū)塊鏈技術(shù)記錄、保管租車數(shù)據(jù)，推動汽車租賃過程的數(shù)字化。該項目在區(qū)塊鏈上為客戶創(chuàng)建數(shù)字指紋，在鏈上進(jìn)行登記，通過分布式賬本記錄交易，使租車協(xié)議、保險項目等內(nèi)容實時更新，簡化傳統(tǒng)汽車租賃過程中的繁瑣步驟；被研究者廣泛采用的Wolfram Mathematica計算機(jī)代數(shù)系統(tǒng)也正在支持一個叫做Multichain的開源區(qū)塊鏈平臺的建設(shè)。在Multichain平臺上，科學(xué)家可以上傳數(shù)據(jù)到一個共享的開放工作區(qū)里，而這個工作區(qū)不被任何具體的用戶控制，能夠可靠地收集和保存與研究活動有關(guān)的數(shù)據(jù)。

組建和管理工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，打造低成本可信環(huán)境，實現(xiàn)信息點對點的安全傳輸和存儲

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用，數(shù)以千億計的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的管理和維護(hù)將會給生產(chǎn)商、運(yùn)營商和用戶帶來巨大的成本壓力。目前的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基本上都是采用中心化的體系結(jié)構(gòu)，所有的數(shù)據(jù)流都匯總到單一的中心控制系統(tǒng)，中心化服務(wù)器需要付出的計算、存儲和帶寬成本也會達(dá)到無法負(fù)擔(dān)的程度。在去中心化的物聯(lián)網(wǎng)愿景中，區(qū)塊鏈?zhǔn)前l(fā)生互動的設(shè)備之間促進(jìn)交易處理和協(xié)作的框架，網(wǎng)絡(luò)上的每個設(shè)備都是可以作為一個獨(dú)立、微型的商業(yè)主體運(yùn)行，并通過設(shè)備間的彼此交流，構(gòu)建一個權(quán)力分散且完全自治的系統(tǒng)。IBM研究團(tuán)隊開發(fā)了一個使用區(qū)塊鏈技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)分布式平臺 “去中心化P2P自動遙測 ”（Automous Decentralized Peer-to-Peer Telemetry ，ADEPT）系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以讓物聯(lián)網(wǎng)里的各種設(shè)備自動運(yùn)轉(zhuǎn)，并在需要的時候?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享，互聯(lián)互通。當(dāng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)出故障時可以自動發(fā)送信號，并可以自動更新軟件，甚至設(shè)備本身可以通過ADEPT來與周邊的設(shè)備“溝通”，從而提高能源的利用效率。在ADEPT系統(tǒng)中，當(dāng)數(shù)十億個設(shè)備自動交互信息時，區(qū)塊鏈將發(fā)揮分布式賬本的作用，通過在系統(tǒng)中植入?yún)f(xié)議還可以大大降低?ADEPT系統(tǒng)作為設(shè)備間的溝通橋梁時的成本。

區(qū)塊鏈技術(shù)在供應(yīng)鏈管理中可能的應(yīng)用范圍（來源：IFS實驗室）

提升供應(yīng)鏈的管理效率，避免供應(yīng)鏈糾紛，解決假冒偽劣問題

現(xiàn)代企業(yè)的供應(yīng)鏈不斷延長，出現(xiàn)零碎化、復(fù)雜化、地理分散化等特點，給供應(yīng)鏈管理帶來了很大的挑戰(zhàn)。核心企業(yè)對于供應(yīng)鏈的掌控能力有限，同時對假冒商品的追溯和防范也存在很大的難度。作為一種分布式賬本技術(shù)，區(qū)塊鏈能夠確保透明度和安全性，也顯示出了解決當(dāng)前供應(yīng)鏈所存在問題的潛力。由于數(shù)據(jù)在交易各方之間公開透明，從而在整個供應(yīng)鏈條上形成一個完整且流暢的信息流，確保參與各方及時發(fā)現(xiàn)供應(yīng)鏈系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題，并有針對性地提出解決問題的方法，進(jìn)而提升供應(yīng)鏈管理的整體效率。區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的數(shù)據(jù)不可篡改性和時間戳的存在性證明的特質(zhì)，能很好地應(yīng)用于解決供應(yīng)鏈體系內(nèi)各參與主體之間的糾紛，實現(xiàn)輕松舉證與追債。

區(qū)塊鏈技術(shù)還可以用于產(chǎn)品防偽，數(shù)據(jù)不可篡改與交易可追溯兩大特性相結(jié)合，可根除供應(yīng)鏈內(nèi)產(chǎn)品流轉(zhuǎn)過程中的假冒偽劣問題。倫敦的區(qū)塊鏈初創(chuàng)企業(yè)Provenance為企業(yè)提供供應(yīng)鏈溯源服務(wù)，通過區(qū)塊鏈上記錄零售用楹聯(lián)上的全流程信息，實現(xiàn)產(chǎn)品材料、原料和產(chǎn)品的起源和歷史等信息的檢索和追蹤，提升供應(yīng)鏈上信息的透明度和真實性。通過Provenance的區(qū)塊鏈平臺，整合產(chǎn)品制造、運(yùn)輸、交易環(huán)節(jié)過程中的全部信息，重建供應(yīng)鏈條中的信用體系，促進(jìn)體系的良性發(fā)展。

區(qū)塊鏈在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用的一些設(shè)想

雖然近期關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)的探討如日中天，但是距離實際的應(yīng)用尚需時日。同時，該技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于探索階段。

在航空發(fā)動機(jī)制造過程中實現(xiàn)智能化管理，降低運(yùn)營成本

面對日益增長的人工成本和生產(chǎn)壓力，越來越多的制造領(lǐng)域開始推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。航空發(fā)動機(jī)生產(chǎn)巨頭GE公司推出全球第一個工業(yè)數(shù)據(jù)收集與分析平臺Predix，并將其打造成為綜合性工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺；2017年年底，羅羅公司也宣布與印度塔塔咨詢服務(wù)公司合作，搭建自己的物聯(lián)網(wǎng)平臺。

隨著智能設(shè)備呈指數(shù)級增長，如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速可靠傳輸及存儲成為制約物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一大因素。目前的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)使用“云管端”網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)，所有的設(shè)備都是通過云服務(wù)器連接。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，中心化云服務(wù)器、大型服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施和維護(hù)將占用高昂成本；不同信任域下的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點由于安全問題和系統(tǒng)可靠性的束縛，依然采用集中服務(wù)器的間接訪問方式，無法實現(xiàn)有價值的直接互聯(lián)互通。

而區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式架構(gòu)使鏈上的每個生產(chǎn)設(shè)備都作為一個獨(dú)立的主體運(yùn)行，整個解決方案不需要引入大型數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)同步和管理控制，降低物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營成本；不同所有者的生產(chǎn)設(shè)備可以通過加密協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，連入其中的設(shè)備安全高效地點對點直接通信，并通過智能合約，使設(shè)備在給定的規(guī)則邏輯下進(jìn)行自主協(xié)作：每個設(shè)備可以自主地根據(jù)區(qū)塊鏈上的最新數(shù)據(jù)和自身工況決定自己下一步的動作；多個設(shè)備彼此協(xié)同，減少中間環(huán)節(jié)提高能源利用率等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程智能化管理。

航空發(fā)動機(jī)供應(yīng)鏈管理及售后服務(wù)，保證零部件生產(chǎn)維修記錄可追溯

區(qū)塊鏈在航空發(fā)動機(jī)全生命周期管理中的應(yīng)用（來源：IFS實驗室）

當(dāng)飛機(jī)從一個運(yùn)營商轉(zhuǎn)手給另一個運(yùn)營商時，很大一部分工作是創(chuàng)建、存儲、管理、運(yùn)輸和驗證飛機(jī)及其部件的記錄，使之符合安全、飛機(jī)價值和適航標(biāo)準(zhǔn)。航空發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)交付也是如此，而且文檔驗證所用的時間可能會拖延產(chǎn)品的轉(zhuǎn)手，同時也會影響收益，一些無法驗證的記錄需要返工。區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用，可以構(gòu)建起可靠的信任協(xié)議，在保證最終驗證結(jié)果的前提下減少中間環(huán)節(jié)，降低交易成本，使供應(yīng)商、集成商、航空公司及維修人員均從中獲益。

區(qū)塊鏈技術(shù)可以建立起完整而流暢的信息流，存儲發(fā)動機(jī)及其零部件的所有生產(chǎn)及維修信息：產(chǎn)品的產(chǎn)地，哪家航空公司用了多少小時，何時發(fā)生失效，誰修理了它，什么時候等。這些數(shù)據(jù)可以通過授權(quán)的人員手動輸入，也可通過ERP系統(tǒng)或維修管理系統(tǒng)導(dǎo)入；信息一旦輸入，便發(fā)布給區(qū)塊鏈的所有參與者，可以有效避免由于潛在失效或網(wǎng)絡(luò)攻擊造成的數(shù)據(jù)丟失或篡改。零部件安裝和修理的數(shù)據(jù)可以建立起一個完整的維修歷史，可以對部件從“生”至“死”進(jìn)行跟蹤，給售后服務(wù)市場帶來巨大的變化：一個部件進(jìn)入供應(yīng)鏈，就可以追蹤其原產(chǎn)地，以確保它不是仿制的產(chǎn)品；一個部件發(fā)生了故障，技術(shù)人員可以用歷史記錄和飛行小時數(shù)決定是對零件進(jìn)行更換還是修理。目前，IFS，Accenture, SITA 和微軟等公司都在積極探索區(qū)塊鏈技術(shù)在維修業(yè)的應(yīng)用，其中微軟公司與VISEO咨詢公司合作開發(fā)出基于區(qū)塊鏈的數(shù)字維修日志，法國汽車制造商雷諾公司已經(jīng)宣布使用該平臺并從中受益。

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的局限性

對共識機(jī)制的挑戰(zhàn)

區(qū)塊鏈技術(shù)中已經(jīng)提出了多種共識機(jī)制，最常見的是工作量（PoW）證明，即通過計算哈希值來爭取記錄權(quán)。但隨著數(shù)學(xué)、密碼學(xué)和計算技術(shù)的發(fā)展，這些共識機(jī)制對安全的保障性越來越脆弱。2017年，美國谷歌公司安全研究團(tuán)隊宣布通過哈希碰撞，在國際上首次利用非窮舉方案成功破解安全哈希算法-1（SHA-1），終結(jié)了哈希算法的安全神話。此次破解對政府、銀行及軍事部門等機(jī)構(gòu)內(nèi)眾多采用SHA-1加密機(jī)制的計算機(jī)系統(tǒng)造成重要影響。而量子計算機(jī)等新的計算技術(shù)的發(fā)展，對區(qū)塊鏈中的非對稱加密算法也有一定的威脅。

數(shù)據(jù)真實性有待檢驗

在供應(yīng)鏈管理中，很多企業(yè)嘗試用區(qū)塊鏈技術(shù)做產(chǎn)品的溯源系統(tǒng)，并且認(rèn)為區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)都是真實可信的。在這種應(yīng)用中，區(qū)塊鏈實際上是被當(dāng)做一個底層的存儲系統(tǒng)來使用，它的時間戳和共識機(jī)制可以保證傳到鏈上的數(shù)據(jù)不被篡改，保證所有節(jié)點上數(shù)據(jù)的一致性，但是無法保證一開始傳到鏈上的數(shù)據(jù)是真實的。而在這種類型的應(yīng)用中，輸入數(shù)據(jù)的真實性才是關(guān)鍵。一旦錯誤的信息被加入鏈中，后續(xù)修改的過程會付出很大代價，甚至?xí)拐麠l記錄失效。

數(shù)據(jù)的所有權(quán)有待探討

每架A350上有超過6000個傳感器，每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量多達(dá)2.5TB。預(yù)計到2020年，這個數(shù)字還會再擴(kuò)大3倍。再加上其零部件的生產(chǎn)流通等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，即使是航空發(fā)動機(jī)這一單一部件，也會產(chǎn)生驚人的數(shù)據(jù)量。而區(qū)塊鏈技術(shù)如果應(yīng)用到發(fā)動機(jī)的全生命周期管理中，必然會要求大多數(shù)環(huán)節(jié)都能知悉整條鏈上的數(shù)據(jù)，這就對區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的所有權(quán)，特別是數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)藏的信息的所有權(quán)，提出了疑問。

結(jié)束語

一種樂觀的預(yù)測認(rèn)為，到2025年之前，全球GDP總量的10%將利用區(qū)塊鏈技術(shù)儲存?，F(xiàn)在，區(qū)塊鏈經(jīng)濟(jì)已處于爆發(fā)的前夜，金融行業(yè)的探索領(lǐng)先一步，而其他行業(yè)的應(yīng)用正在快速展開。隨著央行對區(qū)塊鏈的重視加深、來自國外最新科技進(jìn)展的溢出效應(yīng)、海外以太坊作為區(qū)塊鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸確認(rèn)、伴以區(qū)塊鏈應(yīng)用的更加成熟，區(qū)塊鏈有望成為“互聯(lián)網(wǎng)+”后的下一個熱捧對象，其發(fā)展動態(tài)值得關(guān)注。