Блокчейн в промышленном IoT: основы и применение — Часть 1

По мере завершения 2018 года блокчейн приближается к «яме разочарования» по циклу хайпа Gartner. Хотя термин звучит зловеще, технология продолжает доминировать в заголовках. Для многих блокчейн — мощный инструмент, ожидающий подходящего отраслевого применения.

Криптовалюта остается самым заметным кейсом, однако её огромное энергопотребление и волатильность заставляют многих инженеров сомневаться в её релевантности. В противовес, промышленные сектора постепенно принимают блокчейн для прослеживаемости цепочек поставок, контроля инвентаря и управления транзактивной энергией. Если вы используете RTI Connext DDS в миссионно-критических системах реального времени, вы обнаружите, что функции криптовалюты и цепочек поставок обычно не являются основными драйверами для ваших кейсов.

Выделенная исследовательская команда RTI сотрудничает с Департаментом энергии для изучения того, как блокчейн может защищать промышленные системы. Наша работа охватывает Армию, Флот, ВВС, DARPA, DOE и ракетную оборону, но эта статья фокусируется на последствиях для сред реального времени в промышленности.

Что такое технология блокчейн?

Блокчейн распределяет контроль реестра среди множества, часто недоверяющих друг другу участников, устраняя единую точку отказа. Каждый участник хранит локальную копию реестра, и все блоки криптографически связаны, обеспечивая то, что подделка требует изменения каждой копии одновременно.

Данные хранятся в блоках, которые могут содержать практически любую информацию — от контрактов и патентов до показаний датчиков и состояний системы. В промышленных контекстах самыми частыми записями являются данные датчиков, операционные логи и снимки конфигураций, все неизменно сохраненные.

Дизайн цепи заставляет каждый новый блок ссылаться на предшественника, создавая историю, устойчивую к подделке. Любая попытка изменить прошлые блоки потребовала бы переписать всю цепь на всех узлах — подвиг, который вычислительно запретителен.

Когда нужен блокчейн?

Блокчейн сияет, когда множество автономных сущностей нуждаются в совместной, защищенной от подделки записи без доверенного центрального арбитра. В сценариях с одной стороной может быть достаточно write-once базы данных. Однако в мульти-компаний экосистемах — таких как цепочки поставок, совместные предприятия или общие промышленные объекты — блокчейн может обеспечить необходимую целостность данных.

Традиционный транзакционный блокчейн

Большинство публичных блокчейнов записывают транзакции — изменения состояния, неизменно фиксируемые. Реестр продвигается только после валидации и добавления транзакции. Эта модель вводит задержки, особенно когда транзакции конкурируют за включение, как видно в типичном часовом окне подтверждения Bitcoin.

Хотя транзакционные блокчейны подходят для некоторых промышленных кейсов, их латентность может быть запретительной для приложений реального времени. Мы рассмотрим решения этой проблемы в последующих постах.

Блокчейн для промышленных систем

Наш фокус — на приеме конкретных данных из защищенной шины Connext DataBus и их прямой записи в отдельные, независимо принадлежащие реестры. Поскольку мы лишь наблюдаем за системой, а не управляем её состоянием, нет конфликта транзакций, и латентность пренебрежимо мала.

Проектируя блокчейн, работающий вне пути управления потоком, мы устраняем традиционные узкие места, связанные с валидацией транзакций. Эта архитектура хорошо подходит для сред реального времени, обеспечивая целостность данных без жертв производительности.

Интеграция этого блокчейн-слоя в существующее DDS-развертывание проста и может выполняться без даунтайма. Выбор дизайна блокчейна и конкретный кейс диктуют оптимальную стратегию реализации.

Во второй части мы погрузимся в кейс нефтегазовой отрасли, детально опишем прототипную реализацию и объясним, почему блокчейн — лишь один компонент решения.