Возможные приложения и проблемы для блокчейна в промышленной автоматизации

В предыдущей статье объяснялось, как работает блокчейн, почему он безопасен, а также рассказывалось об использовании блокчейна для логистики, например для цепочки поставок и отслеживания активов. В этой статье мы продолжим приводить примеры и возможные применения блокчейна в промышленной автоматизации.

Блокчейн и Интернет вещей

Интернет вещей (IoT) имеет миллионы приложений по всему миру, но одновременно подвергает себя множеству угроз безопасности. Мы часто слышим из новостей, что злоумышленники взломали продукты Интернета вещей, такие как беспроводные камеры, Amazon Alexa и умные термостаты, и похитили данные.

Блокчейн может помочь восполнить пробелы в безопасности приложений Интернета вещей. Многие приложения Интернета вещей используют MQTT для связи. MQTT можно защитить, введя в его схему аутентификацию с использованием одноразового пароля (OTP) на основе блокчейна.

На рисунке 1 пользователь регистрирует удаленное устройство у брокера, отправляя запрос аутентификации брокеру с помощью локального устройства. Брокер генерирует транзакцию и запускает функцию смарт-контракта. Затем он генерирует одноразовый пароль и отправляет его обратно пользователю. После этого пользователь публикует OTP в цепочке блоков, чтобы продемонстрировать оригинальность своего запроса аутентификации.

Рисунок 1. Интернет вещей реализован с помощью блокчейна. Изображение предоставлено Национальной медицинской библиотекой США

Поскольку срок действия одноразового пароля истек, пользователь должен вызвать смарт-контракт с локального устройства, чтобы убедиться, что срок действия одноразового пароля не истек. После проверки OTP удаленное устройство извлекает его из цепочки блоков и отправляет брокеру. Наконец, брокер извлекает OTP из цепочки блоков и утверждает регистрацию устройства.

Все вышеупомянутые коммуникации выполняются через шлюз Ethereum, и приложение IoT работает над созданием и проверкой OTP и взаимодействием со шлюзом Ethereum.

Кибербезопасность промышленной системы управления (ICS) с помощью блокчейна

Еще один метод защиты контроля доступа к устройствам IoT и их данным - использование блокчейна для хранения списка устройств и транзакций. Блокчейн может быть разработан на платформе Ethereum с использованием Truffle Suite. Truffle Suite - это инструмент, используемый для создания смарт-контрактов с использованием виртуальной машины Ethereum (EVM). Он создает неизменяемую базу данных с отслеживанием записей для целей аутентификации и обеспечения безопасности транзакций. Данные в неизменяемой базе данных нельзя удалить или обновить.

Созданная цепочка блоков Ethereum представляет собой частную сеть за брандмауэром, и сервер связывается с цепочкой блоков Ethereum с помощью методов HTTPGet и HTTPPost. Смарт-контракт предназначен для аутентификации каждой транзакции каждый раз. Блокчейн Ethereum используется для частной сети блокчейнов, а Solidity на основе Java определяет контракты.

Блокчейн и управление процессами

Архитектура вертикальной интеграции на основе блокчейна для системы автоматизации процессов (PAS) может контролировать и отслеживать производственный процесс. Вертикальная интеграция собирает данные на самом низком уровне поля и устройства и позволяет информации перемещаться на самый высокий уровень. И наоборот, от самого высокого уровня до полевых устройств, таких как изменение уставок для контуров управления.

Децентрализованная сетевая архитектура на основе блокчейна может быть реализована путем вертикальной интеграции уровней иерархии PAS, которая работает параллельно с системой реального времени. Это вводит блокчейн в порядок задач, таких как компиляция, выполнение и мониторинг, выполняемые оператором на уровне человеко-машинного интерфейса (HMI).

Как показано на рисунке 2, сеть блокчейнов используется в качестве промежуточного программного обеспечения для соединения уровней корпоративного управления, управления предприятием и надзора, где каждый уровень действует как клиент блокчейна и взаимодействует друг с другом децентрализованно.

Устройства уровня управления процессом регулируют связь между полевыми устройствами и датчиками через программируемый логический контроллер (ПЛК). Он также взаимодействует с тремя уровнями PAS через смарт-контракты, которые определяют выполнение задач и сбор необработанных данных, а также осуществляют контроль доступа и управление безопасностью. Информация может помочь в принятии решений в бизнесе и производстве.

Рисунок 2. Управление процессами реализовано с помощью блокчейна. Изображение любезно предоставлено Корнельским университетом [PDF]

В этой архитектуре информация об управлении и контроле устройства ПЛК хранится в реестрах в сети блокчейн, где транзакции проверяются. Каждая транзакция идентифицируется уникальным адресом и хранит всю необходимую информацию для обмена между различными уровнями в PAS.

Проблемы, которые ждут впереди с блокчейном

Даже при успехе сетей на основе блокчейнов в криптовалюте, блокчейн не может быть скопирован и вставлен в другие промышленные приложения. Ниже приведены некоторые из проблем, которые необходимо учитывать разработчикам блокчейнов для успешной интеграции блокчейнов в приложения для промышленной автоматизации и производства.

• Блокчейн-майнер :В криптовалюте майнеры получают денежное вознаграждение, когда решают сложное математическое уравнение. В промышленном приложении задачи майнера должны быть заменены вычислительными процессами или модулями для выполнения этих интенсивных обязанностей. Это увеличит объем и требуемые ресурсы, а, следовательно, и стоимость создания IoT или сети управления.
• Безопасность :Мы все еще время от времени слышим из новостей, что хакеры находят способ опустошить учетные записи пользователей криптовалюты. В сети блокчейнов есть некоторые недостатки безопасности. Децентрализованный характер блокчейна может повысить его безопасность, но также создает больше целей для использования хакерами. Исследователи должны найти лучший способ повысить безопасность на уровне протокола.
• Скорость :Время майнинга 1 биткойна составляет 10 минут из-за сложности алгоритма и времени, которое ему нужно для прохождения в сети майнинга. Это может быть хорошо на финансовом рынке, но может быть невыполнимо для системы контроля в реальном времени. Исследователям придется увеличить пропускную способность, скорость шифрования и сократить потери вычислительной мощности, чтобы блокчейн стал более применимым в промышленных приложениях.
• Медленное внедрение :Блокчейн - это экосистема, которая требует широкого внедрения для эффективной работы. Например, отслеживание и отслеживание в сетях цепочки поставок потребует не только от организации принять сеть блокчейн, но и от ее поставщиков. Компании, как правило, не спешат внедрять новые технологии, когда им нужно прийти к консенсусу с другими. Различные бизнес-объекты должны работать вместе и доверять друг другу, чтобы сформировать совместимые цепочки блоков, в которых безопасность и транзакции могут безупречно работать между собой.
• Опытные разработчики :Блокчейн - это новая технология. Навыки, необходимые для его развития и овладения, широко не доступны на рынке. Для организации сложно привлечь разработчиков и инженеров блокчейнов, а их зарплаты очень конкурентоспособны. Это приобретение барьера для талантов может замедлить интеграцию блокчейна в унаследованные системы. Однако, как мы видели в случае с другими технологиями, когда есть спрос, образовательные учреждения и техническое сообщество могут помочь наверстать упущенное и предоставить достаточно подготовленной рабочей силы.

Несмотря на то, что, похоже, есть некоторые проблемы с блокчейном, хорошая новость заключается в том, что ведется большая работа по устранению этих недостатков. Организации и технологические лидеры признали преимущества и возможности блокчейна и инвестируют в эту технологию. Как и в случае с другими новыми технологиями, у блокчейна будет время столкнуться с серьезными проблемами, прежде чем он станет массовым внедрением.

Только время может сказать, будет ли криптовалюта бумом или спадом. Но технология блокчейн, которую он помогает создать, еще долгое время будет сохранять свою ценность в сфере промышленных приложений.