工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈的融合發(fā)展研究

朱鵬旭

（汕頭大學(xué)商學(xué)院，廣東 汕頭 515000）

當(dāng)前國家已經(jīng)明確提出要把“中國制造”變成“中國智造”，把制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型歸入重要發(fā)展目標(biāo)，同時(shí)提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)將成為助推此戰(zhàn)略的關(guān)鍵技術(shù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(Industrial Internet)在2012年就已經(jīng)被提出，它把終端、價(jià)值鏈、制造商、產(chǎn)物和消費(fèi)者聯(lián)通整合，使得資源、信息等都被高效共享，從而讓生產(chǎn)制造過程變得智能[1]。在生產(chǎn)制造的過程中，產(chǎn)生的信息流可以基于設(shè)備的相互連接，實(shí)現(xiàn)云端數(shù)據(jù)共享，最終基于大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行分析，最終進(jìn)行高度自動(dòng)化的系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，例如GE Predix、西門子MindSpere都是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的案例。作為物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或成為推動(dòng)我國工業(yè)競爭優(yōu)勢重建的主要推動(dòng)力。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)，區(qū)塊鏈(Blockchain) 作為一種依托加密算法、存儲(chǔ)技術(shù)、對等網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)建的數(shù)字分布式賬本技術(shù)，已經(jīng)被視為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全問題的解決方案而備受關(guān)注[2]。

1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)助推產(chǎn)業(yè)發(fā)展

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一大特點(diǎn)在于大量的設(shè)備和信息處理，和過去簡單的信息化不同，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基于設(shè)備收集和共享的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行決策的同時(shí)形成服務(wù)架構(gòu)，助推企業(yè)運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)更高效的資源調(diào)配。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)中，準(zhǔn)確、有效、及時(shí)非常關(guān)鍵，具備上述三個(gè)特點(diǎn)的信息將上下游和終端客戶鏈接起來，通過信息共享實(shí)現(xiàn)降本提效，助推產(chǎn)業(yè)成長[3]。

1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)核心

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)把數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用等合在一起，利用邊緣層、平臺(tái)層和應(yīng)用層，加上AI、智能物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)迭代而成。不同于傳統(tǒng)的云，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)更加高效、智能，而不是簡單的自動(dòng)化和信息化?；诓粩嗟膶?shí)踐和軟件開發(fā)過程，當(dāng)前的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)可以進(jìn)行相當(dāng)多的業(yè)務(wù)場景。細(xì)分來看平臺(tái)的三大核心層，其中邊緣層主要負(fù)責(zé)采集海量的數(shù)據(jù)，對業(yè)務(wù)中的眾多信息進(jìn)行深挖，在完成初步處理后，構(gòu)建基本的數(shù)據(jù)庫；平臺(tái)層方面，則主要提供含有服務(wù)機(jī)器設(shè)施的基礎(chǔ)云服務(wù)，保證整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)；應(yīng)用層方面，則是依托平臺(tái)層構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)分析的可擴(kuò)展業(yè)務(wù)。這樣一來，三個(gè)核心層就可以形成一個(gè)完整高效的生態(tài)系統(tǒng)。

1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的未來發(fā)展

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在是工業(yè)4.0的關(guān)鍵技術(shù)，與此同時(shí)區(qū)塊鏈技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)互補(bǔ)，可以讓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)克服原本的困難，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的飛躍。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈中，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的安全、可溯源等優(yōu)點(diǎn)，讓工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)節(jié)點(diǎn)中信任度缺乏、隱私泄露等缺陷得到解決，增強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的使用場景，讓最終構(gòu)建資源和信息充分高效的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)體系得以獲得技術(shù)支撐。

2.區(qū)塊鏈技術(shù)或成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的突破方向

2.1 區(qū)塊鏈技術(shù)簡介

區(qū)塊鏈基于透明、可信的規(guī)則構(gòu)建了一個(gè)具有防偽可追溯的模式，可針對數(shù)字化應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)分布式、去中心化、可追溯性、開放透明的處理。共識(shí)機(jī)制、密碼算法、智能合約是區(qū)塊鏈核心技術(shù)的典型運(yùn)用形式，發(fā)展?jié)摿薮骩2]。從本質(zhì)上說，區(qū)塊鏈不是一個(gè)全新的技術(shù)，而是眾多現(xiàn)存技術(shù)和理論的集合。其根本是利用去中心化、多節(jié)點(diǎn)的方式讓信息實(shí)現(xiàn)高信任度的保存?，F(xiàn)在，區(qū)塊鏈已經(jīng)成為眾多產(chǎn)業(yè)和技術(shù)所關(guān)注的對象。

區(qū)塊鏈（Blockchain）之所以被稱為區(qū)塊鏈，是因?yàn)槠浞纻闻c可追蹤溯源的塊鏈狀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。區(qū)塊鏈利用分布式存儲(chǔ)，將數(shù)據(jù)信息可靠地記錄在區(qū)塊鏈中，從而確保數(shù)據(jù)不可篡改。區(qū)塊鏈的六大核心結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 區(qū)塊鏈技術(shù)的影響

2008年11月，中本聰提出關(guān)于不依賴任何第三方的點(diǎn)對點(diǎn)電子交易系統(tǒng)并以“比特幣”的形式提出區(qū)塊鏈[4]。起初，比特幣深刻地引發(fā)了交易理論的學(xué)術(shù)探討。因?yàn)閰^(qū)塊鏈本身非常安全且不能篡改，所以無論是誰，只要雙方同意進(jìn)行交易 ，那么就可以通過區(qū)塊鏈進(jìn)行直接支付，不用通過任何中介（例如銀行等），實(shí)現(xiàn)了“去中心化”。從比特幣開始，區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)得到更多人的關(guān)注。如今，區(qū)塊鏈可以從金融領(lǐng)域拓展到能源、慈善和工業(yè)等。區(qū)塊鏈技術(shù)在眾人看來未來會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，從概念上它將改變原有諸多范式，對傳統(tǒng)行業(yè)也會(huì)帶來革新?？梢钥吹?，區(qū)塊鏈技術(shù)有著廣闊的前景。

3.區(qū)塊鏈+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用體現(xiàn)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)早已不是僅僅簡單用于工廠、制造業(yè)幫助生產(chǎn)的信息系統(tǒng)，而是已經(jīng)開始滲透到成本控制、需求滿足、管理和銷售等方方面面。如今想要增強(qiáng)自身發(fā)展能力的企業(yè)，離不開工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。經(jīng)過多次的迭代和使用場景拓寬，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將在降本提效、生產(chǎn)速率、管理安全等方面扮演基石的角色，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也離不開區(qū)塊鏈的幫助，兩者技術(shù)融合的應(yīng)用將從三個(gè)方面體現(xiàn)出來：

一是網(wǎng)絡(luò)化。由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中海量的設(shè)備入網(wǎng)，目前設(shè)備中涉及的數(shù)據(jù)和身份信息很容易成為被攻擊的對象。然而，設(shè)備中帶有的身份辨別等功能恰恰是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中協(xié)同管理和資源共享的核心基石。如果區(qū)塊鏈提供了技術(shù)支持，那么前述的問題將可以得到充分的解決。信息收集方面，數(shù)據(jù)可以得到安全的處理和儲(chǔ)存，設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化將可以得到保障，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)也可以得到更多數(shù)據(jù)源，便于更好地設(shè)備管理和應(yīng)用。

二是智能化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中一個(gè)重要且亟待拓寬的場景在于多個(gè)企業(yè)在價(jià)值鏈節(jié)點(diǎn)上的協(xié)同合作，而這最需要的就是信息共享和協(xié)作能力，同時(shí)保證協(xié)作過程中的數(shù)據(jù)和信息安全。區(qū)塊鏈技術(shù)可以保證協(xié)作過程中的數(shù)據(jù)和信息安全，并且保證信息共享過程中的信息穩(wěn)定，有助于各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用過程順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)更高水平的智能化。

三是數(shù)字化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的后續(xù)迭代過程中，其每一個(gè)環(huán)節(jié)的滲透和協(xié)作水平必然也會(huì)逐步提升，業(yè)務(wù)越來越標(biāo)準(zhǔn)化、場景越來越多樣是未來的趨勢。區(qū)塊鏈剛好有著共識(shí)的機(jī)制，所以可以幫助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，用數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到整個(gè)流程的精細(xì)管理。

3.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈融合的必要性

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)并不能依靠自身迭代來突破現(xiàn)存瓶頸，在數(shù)據(jù)安全、協(xié)作能力方面，必定需要其他新的技術(shù)來為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)行加持。區(qū)塊鏈不僅可以確保業(yè)務(wù)流程中的數(shù)據(jù)安全，同時(shí)其多節(jié)點(diǎn)、分布式的結(jié)構(gòu)也契合了物聯(lián)網(wǎng)海量設(shè)備的設(shè)施和環(huán)境，從概念和結(jié)構(gòu)角度來看，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前問題最適合的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用過程中，為了讓整個(gè)價(jià)值鏈中的企業(yè)都能確保安全，構(gòu)建良好的信任關(guān)系，因此要以設(shè)備為起點(diǎn)，把設(shè)備入網(wǎng)、數(shù)據(jù)收集、分析生產(chǎn)等一連串工作進(jìn)行流程安全化。總的來說，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)核心層都會(huì)得到互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)加持，工業(yè)融合區(qū)塊鏈的架構(gòu)如圖2所示。

3.2 技術(shù)融合產(chǎn)生的效用

3.2.1 增強(qiáng)協(xié)同能力

生產(chǎn)制造過程是由許多重要的部分組成的，每一個(gè)部分往往有許多企業(yè)節(jié)點(diǎn)，需要各個(gè)企業(yè)通力配合來生產(chǎn)最終的終成品，因此過程中的協(xié)同效率非常重要，一旦出現(xiàn)了合作上的問題，其效率就會(huì)降低。在區(qū)塊鏈的加持下，平臺(tái)的數(shù)據(jù)將得到很好的保護(hù)，即使需要進(jìn)行協(xié)作，也可以通過協(xié)議來確定數(shù)據(jù)的所屬，防止數(shù)據(jù)信息泄露出現(xiàn)隱私和機(jī)密流出的情況，既保證了安全，維護(hù)了企業(yè)伙伴間的信任，也能實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)協(xié)作，增強(qiáng)協(xié)同能力[5]。

3.2.2 提升數(shù)據(jù)安全水平

在傳統(tǒng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)作過程中，信息被設(shè)備收集，然后被傳送到云服務(wù)器，之后會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并被儲(chǔ)存在一個(gè)特定的賬本中。這個(gè)流程看似簡單，但實(shí)際上隨時(shí)都可能被篡改（無論是被惡意篡改還是說出現(xiàn)了漏洞），因此應(yīng)當(dāng)有一個(gè)技術(shù)協(xié)議來確保數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在賬本之前是完整、一致、有效的。區(qū)塊鏈毫無疑問是最好的方案提供者，區(qū)塊鏈可以在這個(gè)流程中加入技術(shù)的互信，把中間發(fā)生的數(shù)據(jù)和信息都進(jìn)行記錄，同時(shí)分布式儲(chǔ)存，能保證數(shù)據(jù)完好，提升數(shù)據(jù)安全水平。

3.2.3 實(shí)現(xiàn)信息共享

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，最重要的一點(diǎn)就是數(shù)據(jù)互聯(lián)、信息共享，最終的目標(biāo)也非常統(tǒng)一：資源的有效利用、市場的檢測、設(shè)備的配置優(yōu)化等。為確保信息能夠在各個(gè)企業(yè)之間安全傳輸，那么數(shù)據(jù)安全仍然需要被提起。相比我們熟知的因特網(wǎng)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)并不是那么成熟，所以有許多標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是沒有被明確的，因此安全方面也沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范。恰恰是因?yàn)椴粔虬踩?，如今?shí)際被運(yùn)用的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)并沒有真正做到信息共享。區(qū)塊鏈技術(shù)如果融合了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，作為其數(shù)據(jù)可信傳輸?shù)牡讓?，那么生產(chǎn)價(jià)值鏈的節(jié)點(diǎn)就可以形成聯(lián)盟鏈，這些節(jié)點(diǎn)可以把自己的生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過區(qū)塊鏈進(jìn)行保存，并且限制性地給其他節(jié)點(diǎn)企業(yè)進(jìn)行訪問，拉低信息成本，實(shí)現(xiàn)真正的信息共享。

3.2.4 運(yùn)作成本將被降低

目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)使用的是中央處理器，主要通過統(tǒng)一處理數(shù)據(jù)來進(jìn)行設(shè)備管理。而這種模式下往往會(huì)造成服務(wù)器的過載和運(yùn)行壓力過大。區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式結(jié)構(gòu)讓服務(wù)器的壓力得以減緩[5]。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的傳統(tǒng)平臺(tái)常常因?yàn)榉?wù)器受限，導(dǎo)致許多設(shè)備處于閑置狀態(tài)，得不到充分利用，同時(shí)服務(wù)器的損耗還會(huì)加大[6]。而區(qū)塊鏈的特質(zhì)讓其可以充分地將沒有運(yùn)作的設(shè)備同樣使用起來，同時(shí)還能減少設(shè)備的損耗，提升效率。

在區(qū)塊鏈加持下，因?yàn)樵O(shè)定有加密協(xié)議，所以設(shè)備之間是可以完成自修復(fù)工作的，因此可以節(jié)約維護(hù)成本。

區(qū)塊鏈可以溯源且不可篡改的特點(diǎn)讓許多數(shù)據(jù)可以被快速追蹤，因此在出現(xiàn)了問題的情況下，可以通過區(qū)塊鏈來快速找到問題所在，減少管理的成本。

4.區(qū)塊鏈+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)想和挑戰(zhàn)

工業(yè)區(qū)塊鏈必將深刻影響工業(yè)互聯(lián)的全流程，無論是數(shù)據(jù)的收集、分析、儲(chǔ)存、集成還是應(yīng)用，都將由區(qū)塊鏈技術(shù)支撐和發(fā)展。不只是區(qū)塊鏈技術(shù)，包括人工智能、邊緣計(jì)算等新興技術(shù)未來同樣可能為基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能制造創(chuàng)造更多價(jià)值。但在區(qū)塊鏈技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)業(yè)鏈管理、數(shù)字化交易等多種應(yīng)用深度融合的背景下，其網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)不容小覷[7]。雖然區(qū)塊鏈與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)從理論和技術(shù)層面相互契合，甚至能達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)。但通過分析國內(nèi)外區(qū)塊鏈工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合研究的現(xiàn)狀，可以預(yù)見該領(lǐng)域未來可能呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展自身面臨很多系統(tǒng)性的挑戰(zhàn)，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及傳輸?shù)某杀靖甙骸?shù)據(jù)本地處理效率低下、整體軟硬件解決方案技術(shù)復(fù)雜等[8]。這些問題僅僅通過開展區(qū)塊鏈工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合研究是很難得到妥善解決的，因此區(qū)塊鏈與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)未來可能還要融合如 5G、人工智能等其他技術(shù)來完成進(jìn)一步的演進(jìn)[9]。

區(qū)塊鏈和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合還存在許多基礎(chǔ)理論及核心技術(shù)問題值得研究。如何借用區(qū)塊鏈技術(shù)高效安全地解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的共享與交易、節(jié)點(diǎn)的互信與協(xié)作等實(shí)際問題，如何將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)、協(xié)議、平臺(tái)與區(qū)塊鏈技術(shù)深度融合，以及如何將共識(shí)機(jī)制、智能合約等區(qū)塊鏈技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，這些問題未來將得到更深入的研究和更全面的探索[10]。

隨著區(qū)塊鏈工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合的基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)的不斷成熟，該領(lǐng)域的應(yīng)用研究仍將成為熱點(diǎn)，更多與實(shí)體經(jīng)濟(jì)緊密結(jié)合的區(qū)塊鏈與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目及其平臺(tái)也將紛紛出現(xiàn)，為行業(yè)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展帶來巨大革新。

5.結(jié)語

本文通過區(qū)塊鏈技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行探討，對區(qū)塊鏈技術(shù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合進(jìn)行設(shè)想，指出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈的融合將體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化三個(gè)方面，并提出打造一個(gè)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)塊鏈技術(shù)的高安全、智能化的新型工業(yè)體系，從而實(shí)現(xiàn)提高信息安全性、降低運(yùn)行成本、解決信息孤島這三個(gè)效果，對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信用保障，并綜合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢，通過信息共享實(shí)現(xiàn)降本提效，促進(jìn)我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化轉(zhuǎn)型，推動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。目前區(qū)塊鏈發(fā)展僅為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供了一部分應(yīng)用場景，后續(xù)研究中應(yīng)開發(fā)更多成熟的區(qū)塊鏈應(yīng)用場景，并重點(diǎn)研究區(qū)塊鏈應(yīng)用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的可行實(shí)踐方案。未來，區(qū)塊鏈技術(shù)將會(huì)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮更大的作用。