考慮工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全的制造企業(yè)平臺(tái)參與策略研究

張紅葉，吳 橋（浙江萬(wàn)里學(xué)院，浙江 寧波 315100）

0 引言

制造企業(yè)向數(shù)字化、智能化、服務(wù)化轉(zhuǎn)型已經(jīng)是未來(lái)行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。當(dāng)前，制造企業(yè)在轉(zhuǎn)型過(guò)程中受到自身發(fā)展能力不足、資金投入不足等因素制約，制造企業(yè)可利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)解決轉(zhuǎn)型中存在的困難[1]。然而，制造企業(yè)在利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)賦能時(shí)面臨著安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。中國(guó)信通院和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在《2020 年上半年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的安全態(tài)勢(shì)研究報(bào)告》中指出：對(duì)全國(guó)136 個(gè)主要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、10 萬(wàn)多家工業(yè)企業(yè)、900 多臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行安全檢測(cè)，累計(jì)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)惡意網(wǎng)絡(luò)行為1 356.3 萬(wàn)次[2]。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)存在的安全隱患對(duì)制造企業(yè)參與平臺(tái)產(chǎn)生負(fù)面影響[3]。為了促進(jìn)制造企業(yè)參與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，安全保護(hù)是平臺(tái)管理中必不可少的一項(xiàng)措施。因此，本文從平臺(tái)安全視角探討制造企業(yè)參與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的策略與影響因素。

1 文獻(xiàn)綜述

目前，已有學(xué)者關(guān)注到了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的安全問(wèn)題。李燕[4]認(rèn)為安全隱患會(huì)制約工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的發(fā)展。Francisco Fraile等[5]認(rèn)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)受到網(wǎng)絡(luò)攻擊時(shí)會(huì)給制造企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。王沖華等[6]認(rèn)為需進(jìn)一步健全中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的安全管理體系。李君等[7]將安全技術(shù)、安全機(jī)制納入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)成熟度評(píng)估指標(biāo)體系，以此來(lái)評(píng)價(jià)平臺(tái)的安全保障能力。Ali Vatankhah Barenji 等[8]、Parminder Singh 等[9]指出區(qū)塊鏈技術(shù)可以改善平臺(tái)中的數(shù)據(jù)完整性和安全性問(wèn)題，維護(hù)平臺(tái)用戶的信任。

制造企業(yè)參與平臺(tái)的影響因素方面，Zhang 等[10]認(rèn)為不信任、不安全會(huì)阻礙制造企業(yè)參與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。郝家芹等[11]分析了接入平臺(tái)的成本、信息化收益對(duì)產(chǎn)能共享企業(yè)策略選擇的影響。周曉陽(yáng)等[12]研究表明合理的政府補(bǔ)貼度、成本分擔(dān)比例可以推動(dòng)企業(yè)加入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，而加入平臺(tái)所需的成本、造成的損失等因素起到反向作用。鄒小紅等[13]運(yùn)用演化博弈分析網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)、機(jī)會(huì)主義行為、價(jià)值分配系數(shù)等因素對(duì)制造企業(yè)參與共享供應(yīng)鏈平臺(tái)的價(jià)值共創(chuàng)行為的影響。Li 等[14]研究表明成本和行業(yè)損失風(fēng)險(xiǎn)會(huì)負(fù)面影響企業(yè)加入平臺(tái)的意愿。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，以往學(xué)者對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)安全的研究側(cè)重于安全風(fēng)險(xiǎn)的負(fù)面影響以及如何提升安全保障，對(duì)制造企業(yè)參與平臺(tái)影響因素的研究從加入平臺(tái)的成本、信息化收益、風(fēng)險(xiǎn)損失等方面進(jìn)行了探討，但是將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的安全保護(hù)與制造企業(yè)參與平臺(tái)的影響因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)的研究較少。平臺(tái)作為主體企業(yè)應(yīng)主動(dòng)承擔(dān)安全保護(hù)責(zé)任，但由于安全投入意愿與投入成本有關(guān)，平臺(tái)運(yùn)營(yíng)者不一定會(huì)采取統(tǒng)一的安全保護(hù)程度[15]。因此，本文考慮了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)采取不同程度的安全保護(hù)，構(gòu)建平臺(tái)與制造企業(yè)之間的演化博弈模型，分析各博弈主體的策略選擇。并探討不同程度的安全保護(hù)下，相關(guān)因素對(duì)制造企業(yè)平臺(tái)參與策略的影響，從而提出促進(jìn)制造企業(yè)參與平臺(tái)的建議。

2 模型構(gòu)建與分析

2.1 問(wèn)題描述和模型假設(shè)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)匯聚了生產(chǎn)要素和各方資源，制造企業(yè)通過(guò)參與平臺(tái)可以獲得平臺(tái)上的各類資源。當(dāng)制造企業(yè)不參與平臺(tái)，企業(yè)無(wú)法利用平臺(tái)上的資源；當(dāng)制造企業(yè)參與平臺(tái)時(shí)，企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)降本增效。但制造企業(yè)參與平臺(tái)，平臺(tái)會(huì)向制造企業(yè)收取一定的傭金，而且會(huì)面臨數(shù)據(jù)泄露等因素造成的風(fēng)險(xiǎn)損失。平臺(tái)也會(huì)采用不同程度的安全保護(hù)措施，減少企業(yè)所受到的風(fēng)險(xiǎn)損失，當(dāng)平臺(tái)選擇高程度安全措施時(shí)，企業(yè)面臨風(fēng)險(xiǎn)損失較小。平臺(tái)在進(jìn)行安全保護(hù)時(shí)需要支出技術(shù)、設(shè)備、人員等成本，安全保護(hù)的程度越高，平臺(tái)支出的成本越大，向企業(yè)收取的傭金越高。

基于上述內(nèi)容，本文做出如下假設(shè)：

（1）博弈雙方均為有限理性。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的策略為 ｛高程度安全保護(hù)，低程度安全保護(hù)｝，平臺(tái)選擇“高程度安全保護(hù)”策略的概率為x（0≤x≤ 1），選擇“低程度安全保護(hù)”策略的概率為1-x；制造企業(yè)的策略為 ｛參與平臺(tái)，不參與平臺(tái)｝，企業(yè)選擇“參與平臺(tái)”策略的概率為y（0≤y≤1），選擇“不參與平臺(tái)”策略的概率為1-y。

（2）若制造企業(yè)選擇“參與平臺(tái)”，平臺(tái)選擇“高程度安全保護(hù)”，則企業(yè)的收益為E，同時(shí)需要支出生產(chǎn)成本C3、平臺(tái)傭金λ1E 和承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)損失k1L。此時(shí)，平臺(tái)的基礎(chǔ)收益為R1，基礎(chǔ)收益包括平臺(tái)銷售已有數(shù)據(jù)或模型資源、企業(yè)使用過(guò)程中產(chǎn)生的其他功能類服務(wù)的費(fèi)用等。同時(shí)會(huì)得到企業(yè)參與平臺(tái)的傭金收入λ1E，支出平臺(tái)高程度安全保護(hù)的建設(shè)成本C1。

（3）若制造企業(yè)選擇“參與平臺(tái)”，平臺(tái)選擇“低程度安全保護(hù)”，則企業(yè)的收益為E，同時(shí)需要支出生產(chǎn)成本C3、平臺(tái)傭金λ2E 和承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)損失k2L。此時(shí)，平臺(tái)的基礎(chǔ)收益為R1，同時(shí)會(huì)得到企業(yè)參與平臺(tái)的傭金收入λ2E，支出平臺(tái)低程度安全保護(hù)的建設(shè)成本C2。

（4）若制造企業(yè)選擇“不參與平臺(tái)”，平臺(tái)選擇“高程度安全保護(hù)”，則企業(yè)的收益為E，只需支出生產(chǎn)成本C4。此時(shí)，平臺(tái)的收益為R2，平臺(tái)可以通過(guò)銷售已有數(shù)據(jù)或模型資源來(lái)獲得基礎(chǔ)收益。平臺(tái)需投入建設(shè)成本為C1，無(wú)傭金收入。

（5）若制造企業(yè)選擇“不參與平臺(tái)”，平臺(tái)選擇“低程度安全保護(hù)”，則企業(yè)的收益為E，只需支出生產(chǎn)成本C4。此時(shí)，平臺(tái)的收益為R2，建設(shè)平臺(tái)的成本為C2，無(wú)傭金收入。

2.2 支付矩陣構(gòu)建

基于表1 的支付矩陣，可得：

表1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與制造企業(yè)的支付矩陣

平臺(tái)選擇“高程度安全保護(hù)”策略時(shí)的收益為：

平臺(tái)選擇“低程度安全保護(hù)”策略時(shí)的收益為：

平臺(tái)的平均期望收益為：

平臺(tái)方的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為：

制造企業(yè)選擇“參與平臺(tái)”策略時(shí)的收益為：

制造企業(yè)選擇“不參與平臺(tái)”策略時(shí)的收益為：

制造企業(yè)的平均期望收益為：

制造企業(yè)方的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程為：

3 演化穩(wěn)定策略分析

為了進(jìn)一步對(duì)均衡點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，本文采用雅可比矩陣來(lái)判定。系統(tǒng)的雅可比矩陣如下：

當(dāng)均衡點(diǎn)同時(shí)滿足雅可比矩陣的行列式detJ＞0，跡trJ＜0 時(shí)，則為系統(tǒng)的演化穩(wěn)定策略（ESS）。由雅可比矩陣可得：

將均衡點(diǎn)P5（a,b）代入跡的表達(dá)式可得trJ=0，因此P5不是系統(tǒng)的演化穩(wěn)定策略。下面對(duì)P1（0,0）、P2（0,1）、P3（1,0）、P4（1,1）四點(diǎn)進(jìn)行分析，如表2 所示。

表2 各均衡點(diǎn)行列式和跡的表達(dá)式

為了便于分析，將-λ2E-k2L-C3+C4記為A，將-λ1E-k1L-C3+C4記為B，將λ1E-λ2E-C1+C2記為C，得到結(jié)果如表3 所示。

表3 平臺(tái)與企業(yè)的演化穩(wěn)定性結(jié)果分析

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與制造企業(yè)之間博弈的演化穩(wěn)定性結(jié)果共有8 種不同的情形（見(jiàn)表3），（1,1）、（0,1）、（0,0）都有可能成為系統(tǒng)的演化穩(wěn)定策略。本研究主要是促進(jìn)制造企業(yè)參與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，情形1、情形2、情形4 與情形5 符合理想均衡策略。其中，情形1 的演化穩(wěn)定策略為（1,1），情形2 與情形4 的演化穩(wěn)定策略為（0,1），情形5 的演化穩(wěn)定策略為（0,0）或（1,1）。

在情形1、情形2 中，A＞0、B＞0，即λ2E+k2L+C3＜C4、λ1E+k1L+C3＜C4。這表明制造企業(yè)無(wú)論參與高程度安全保護(hù)的平臺(tái)還是參與低程度安全保護(hù)的平臺(tái)，其費(fèi)用支出始終小于不參與平臺(tái)時(shí)的費(fèi)用支出。此時(shí)，企業(yè)選擇參與平臺(tái)為最佳選擇。換言之無(wú)論平臺(tái)選擇什么策略，制造企業(yè)最終都會(huì)參與平臺(tái)。當(dāng)C＞0，也就是λ1E-C1＞λ2E-C2時(shí)，高程度安全保護(hù)時(shí)帶來(lái)的收益高于低程度安全保護(hù)時(shí)的收益，平臺(tái)選擇高程度安全保護(hù)策略；反之，平臺(tái)將選擇低程度安全保護(hù)策略。

在情形4 中，A＞0、B＜0，即λ2E+k2L+C3＜C4、λ1E+k1L+C3＞C4。企業(yè)參與低程度安全保護(hù)平臺(tái)的費(fèi)用支出小于不參與平臺(tái)時(shí)的費(fèi)用支出，但是企業(yè)參與高程度安全保護(hù)平臺(tái)的費(fèi)用支出要大于不參與平臺(tái)時(shí)的費(fèi)用支出。企業(yè)為了減少自身的成本投入，只有在平臺(tái)采取低程度安全保護(hù)時(shí)才會(huì)選擇參與平臺(tái)。當(dāng)C＜0，即λ1E-C1＜λ2E-C2情況下，平臺(tái)選擇低程度安全保護(hù)的收益比選擇高程度安全保護(hù)的高。因此，平臺(tái)選擇低程度安全保護(hù)，制造企業(yè)選擇參與平臺(tái)。

在情形5 中，A＜0、B＞0，C＞0 即λ2E+k2L+C3＞C4、λ1E+k1L+C3＜C4、λ1E-C1＞λ2E-C2，平臺(tái)和制造企業(yè)的博弈結(jié)果趨向于（0,0）或（1,1）。根據(jù)圖1 的演化相位圖可得，若平臺(tái)和制造企業(yè)的初始策略選擇落在區(qū)域P4P2P5P3內(nèi)，雙方博弈的演化結(jié)果為（1,1）；若雙方的初始策略落在區(qū)域P2P1P3P5內(nèi)，則博弈結(jié)果為（0,0）。P5的位置決定了各區(qū)域面積的大小。P4P2P5P3面積越大，雙方博弈結(jié)果最終演化為（1,1）的概率越大。由P5點(diǎn)的坐標(biāo)分析可得，平臺(tái)采取安全保護(hù)的成本支出、制造企業(yè)的生產(chǎn)成本、傭金比例、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)等因素會(huì)影響雙方博弈的演化結(jié)果。

圖1 情形5 的相位圖

4 數(shù)值仿真

為了進(jìn)一步說(shuō)明主要因素對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響，運(yùn)用Matlab 軟件進(jìn)行數(shù)值仿真。結(jié)合現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)[11-13]以及實(shí)際情況，設(shè)定初始參數(shù)值為：C1=4，C2=3，C3=4，C4=6，E=16，L=1.5，λ1=0.1，λ2=0.05，k1=0.3，k2=0.7，x=0.5，y=0.5。

4.1 傭金比例λ1和λ2對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響

為研究傭金比例λ1對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響，令其他參數(shù)值不變，λ1的值分別取0.1、0.12、0.14、0.16，仿真結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可知，當(dāng)λ1從0.1 增加到0.12 時(shí)，演化曲線下降并減速收斂于1，但是從0.12 繼續(xù)增加到0.14 和0.16 時(shí)，演化曲線出現(xiàn)波動(dòng)且最終未收斂于1 或0。這表明，當(dāng)λ1增加到某一定比例時(shí)，制造企業(yè)的策略選擇處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖2 λ1 對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響

為研究傭金比例λ2對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響，令其他參數(shù)值不變，λ2的值分別取0.05、0.065、0.08、0.095，仿真結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可知，當(dāng)λ2取0.05 時(shí)，制造企業(yè)的演化曲線減速向1 收斂；當(dāng)λ2的值增加到0.065、0.08 和0.095 時(shí)，曲線加速收斂于0。且隨著值的不斷增加，趨向0 的速度越快。這表明若制造企業(yè)參與低程度安全平臺(tái)時(shí)的傭金比例提高，制造企業(yè)趨向于不參與平臺(tái)。

圖3 λ2 對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響

4.2 風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)k1和k2對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響

為研究風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)k1對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響，令其他參數(shù)值不變，k1的值分別取0.3、0.4、0.5、0.6，仿真結(jié)果如圖4所示。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)k1從0.3 上升到0.6 時(shí)，曲線逐漸下降但均收斂于1，這表明k1的變化對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響較弱。

圖4 k1 對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響

為研究風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)k2對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響，令其他參數(shù)值不變，k2的值分別取0.7、0.79、0.88、0.97，仿真結(jié)果如圖5 所示。由圖5 可知，當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)k2取0.7 時(shí)，曲線收斂于1。當(dāng)k2增加到0.88 和0.97 時(shí)，最終收斂于0。因此，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)k2的增加會(huì)阻礙制造企業(yè)選擇參與平臺(tái)。

圖5 k2 對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響

5 結(jié)論與建議

為研究不同程度的安全保護(hù)下制造企業(yè)平臺(tái)參與策略與影響因素，本文構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與制造企業(yè)的演化博弈模型，分析了8 種不同情形下系統(tǒng)的演化穩(wěn)定均衡策略，并用數(shù)值仿真探討了相關(guān)因素對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響。研究表明：（1）雙方博弈的演化結(jié)果受到傭金比例、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)、平臺(tái)采取安全保護(hù)的成本支出等因素影響。（2）當(dāng)平臺(tái)提供不同程度的安全保護(hù)時(shí)，傭金比例對(duì)制造企業(yè)策略選擇產(chǎn)生的影響不同。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供低程度安全保護(hù)時(shí)，制造企業(yè)參與平臺(tái)的意愿與傭金比例負(fù)相關(guān)。在平臺(tái)提供高程度安全保護(hù)時(shí)，隨著傭金比例的增加，制造企業(yè)由原來(lái)的參與平臺(tái)轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定狀態(tài)。（3）風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)對(duì)制造企業(yè)策略選擇的影響與平臺(tái)提供的安全保護(hù)程度有關(guān)。高程度安全保護(hù)安全時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的增加不會(huì)影響制造企業(yè)參與平臺(tái)。當(dāng)平臺(tái)選擇低程度安全保護(hù)時(shí)，隨著風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的增加，制造企業(yè)將放棄參與平臺(tái)。

基于以上結(jié)論，本文提出推動(dòng)制造企業(yè)參與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建議：（1）對(duì)于提供低程度安全保護(hù)的平臺(tái)，運(yùn)營(yíng)者應(yīng)降低制造企業(yè)參與平臺(tái)的傭金，減少企業(yè)的成本。對(duì)于提供高程度安全保護(hù)的平臺(tái)，運(yùn)營(yíng)者應(yīng)權(quán)衡安全保護(hù)建設(shè)的成本投入與傭金之間的關(guān)系，制定合理的傭金收取比例以促進(jìn)企業(yè)參與平臺(tái)。（2）平臺(tái)運(yùn)營(yíng)者在建設(shè)平臺(tái)時(shí)要加強(qiáng)安全保護(hù)，防止平臺(tái)用戶的數(shù)據(jù)、技術(shù)泄露。尤其是平臺(tái)采取低程度安全保護(hù)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注企業(yè)參與平臺(tái)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)損失，減少風(fēng)險(xiǎn)損失對(duì)制造企業(yè)平臺(tái)參與策略的負(fù)面影響。