Изучение роли блокчейна в промышленных системах Интернета вещей (часть 1)

Мы почти на полпути к 2018 году, и блокчейн приближается к «впадине разочарования» цикла хайпов Gartner. Хотя это звучит зловеще, я не уверен в его неизбежности, поскольку «блокчейн» по-прежнему широко освещается в прессе. Для многих блокчейн - это технологический молоток в поисках рыночного гвоздя. Я уверен, что вы слышали или читали о блокчейне и задавались вопросом, имеет ли он отношение к вашим системам. Мы тоже задумались об этом и решили расширить нашу исследовательскую группу, чтобы разобраться в этом немного глубже.

В то время как криптовалюта продолжает занимать центральное место в блокчейне (и высасывает ошеломляющее количество энергии для ее поддержки), усилия все так медленно продвигались к более актуальным промышленным сценариям использования, таким как управление цепочкой поставок, управление запасами, трансактивная энергия и т. Д. вы используете RTI Connext DDS в критически важных системах реального времени по всему миру, мы понимаем, что криптовалюта и управление цепочками поставок не входят в ваш список возможностей, которые могут потребовать внимания RTI.

Скрытная, но гиперактивная исследовательская группа RTI работает с Министерством энергетики (DOE), чтобы изучить, как можно использовать блокчейн для защиты промышленных систем, подобных вашей. Несмотря на то, что мы ведем много передовых исследований с участием армии, флота, авиации, DARPA, Министерства энергетики и противоракетной обороны, этот блог посвящен тому, как наши исследования блокчейна могут быть полезны для ваших промышленных систем в реальном времени.

Что такое технология блокчейн?

Чтобы подготовить почву для обсуждения промышленного блокчейна, давайте кратко рассмотрим технологию блокчейна для тех из вас, кто плохо знаком с ней. Если вы уже являетесь профессионалом, перейдите к следующему разделу.

Сегодня мы доверяем нашим банкам, компаниям, выпускающим кредитные карты, нотариусам и другим лицам, централизованным арбитрам при обработке контрактов или передаче денег кому-то, кому мы должны. В онлайн-играх мы доверяем игровому серверу как централизованному арбитру для улучшения состояния игры между всеми участвующими игроками на основе данных, которые мы отправляем на сервер о наших собственных действиях. В промышленных системах центральным арбитром истины является компания, которая владеет системой и управляет ею. В этих и многих других областях этот центральный арбитр управляет базами данных (на языке блокчейнов, «реестрами») обо всех данных в данной системе. Этот арбитр имеет полный контроль над тем, что записывается в бухгалтерскую книгу, включая возможность изменять (подделывать) историю в реестре при желании. Вредоносные агенты также могут скомпрометировать этих арбитров и, таким образом, подделать бухгалтерские книги. Таким образом, единственный арбитр (менеджер реестра) может быть единственной точкой нарушения целостности данных. Технология блокчейн разрушительна, поскольку позволяет распределять этот реестр и управлять им несколькими ненадежными и взаимно недоверчивые стороны, обеспечивая при этом надежные гарантии того, что это децентрализованное решение сохраняет целостность данных. Каждая сторона, участвующая в децентрализованном управлении реестром, поддерживает и управляет локальной копией реестра. Количество сторон может широко варьироваться (от нескольких до тысяч) в зависимости от желаемых характеристик / использования блокчейна.

Итак, что вы храните в бухгалтерской книге? Сначала информация записывается в реестр кусками, называемыми (как можно догадаться) «блоками». Блоки состоят из единиц информации, которые могут содержать практически что угодно - корпоративный или личный договор, гарантию, страховой полис, идею патента, данные пациента, покупку биткойнов, фотографию, зашифрованные личные данные и т. Д. Эти данные могут быть при желании зашифрованный. Однако для ваших промышленных приложений более вероятно, что они будут включать данные датчиков, состояние системы и действительно любые образцы данных, которые вы, возможно, захотите постоянно сохранять. То, как информация разбивается на блоки, действительно зависит от варианта использования.

Концепция цепочки является фундаментальным для конструкции блокчейна, потому что каждый вновь добавленный блок неразрывно зависит от предыдущего блока, который сам зависит от своего предыдущего блока, тем самым формируя логическую цепочку. Злоумышленник, стремящийся изменить содержимое любого блока, записанного в прошлом, должен затем также изменить все блоки, записанные с самого начала, во всех распространенные копии цепочки. Криптографическая технология, используемая в блокчейнах, делает попытки изменения четко видимыми; в сочетании с распределенным тиражированием реестра это делает практически невозможным «переписывание истории». Злоумышленнику потребуется перезаписать все (или большинство) копий одновременно.

Когда вам нужен блокчейн?

Блокчейны применимы в ситуациях, когда две или более распределенных группы не доверяют друг другу или не доверяйте какому-то централизованному арбитру, хотя все они заинтересованы в неизменной записи данных или изменении состояния какой-либо системы (например, игры, вашего банковского счета и т. д.). Напротив, в системах, где задействована только одна сторона, такой децентрализованный арбитраж не является проблемой. Например, внутри компании, если забота о том, чтобы исторические данные не были подделаны, может быть достаточно безопасной базы данных только для записи (с использованием дисков с однократной записью). Итак, если у ваших приложений нет проблем с одним центральным арбитром, если нет недоверия к данным, то блокчейн может не понадобиться. Однако, если у вас есть несколько компаний, ведущих бизнес, например, в цепочке поставок или на нефтяной вышке, могут возникнуть опасения по поводу того, можно ли доверять данным.

Традиционный транзакционный блокчейн

Теперь, возможно, в большинстве случаев использования, о которых вы читали, блокчейн - это активная запись транзакций . , т. е. транзакционный блокчейн. Целью этого варианта использования блокчейна является неизменный захват и сохранение перехода некоторой системы из одного состояния в другое. Например, в области финансовых транзакций эти переходы между состояниями представляют собой изменения остатков на счетах по мере того, как происходят переводы. Вот почему хранилище данных называется бухгалтерской книгой, а не базой данных.

Важно понимать, что состояние системы не будет улучшаться до тех пор, пока транзакция не будет принята и сохранена в цепочке. Более того, если транзакции могут конкурировать (например, опасения по поводу двойного расходования биткойнов), это приведет к задержкам в процессах, которые необходимо учитывать. В качестве крайнего примера, в Биткойне «на всякий случай» можно подождать до часа, чтобы убедиться, что транзакция прошла. Хотя внедрение транзакционной цепочки блоков будет абсолютно соответствовать некоторым промышленным сценариям использования (хотя и с гораздо меньшими задержками), давайте отложим это обсуждение и его решения до будущего блога.

Блокчейн для промышленных систем

В случае использования, на котором я сосредоточен здесь, мы получаем определенные данные из защищенной шины данных Connext и сохраняем их непосредственно в цепочке блоков. Мы собираем данные выборочно и неизменно храним их в нескольких отдельно находящихся в собственности и защищенных реестрах. Нет концепции транзакции, потому что мы не пытаемся контролировать состояние системы, мы просто наблюдаем за ней. Это похоже на варианты использования не в реальном времени для хранения таких вещей, как патентные идеи, данные пациентов и контракты, в блокчейне. Хотя смарт-контракты могут использоваться, они не являются частью процесса проверки данных, чтобы контролировать, добавляются ли данные в цепочку или нет.

Для промышленных приложений в реальном времени важно то, что блокчейн не является частью цепочки управления процессом, поэтому он не создает задержек. Это приложение технологии потребовало специально для этого уникального дизайна блокчейна. Наш дизайн намного больше подходит для развертывания в промышленных системах реального времени, потому что мы можем устранить пресловутые задержки и транзакционный характер, которыми известны блокчейны (при сохранении согласованности). Для многих случаев использования любой введенная задержка может помешать их внедрению.

Эта парадигма идеально подходит для полностью децентрализованной и безопасной промышленной шины данных, такой как DDS. Довольно просто интегрировать этот тип блокчейна - даже в полностью работающую систему с нулевым временем простоя . Как использовать блокчейн в вашей системе, зависит как от его конструкции, так и от варианта использования, который вы хотите решить.

Прочтите часть 2, в которой я расскажу, как мы применили блокчейн к сценарию использования нефти и газа. Я также углубляюсь в конкретный прототип, который мы реализовали, и объясняю, почему блокчейн - лишь часть ответа.