Раскрытие потенциала блокчейна в промышленной автоматизации: возможности и препятствия

Предыдущая статья объясняла, как работает блокчейн, почему он безопасен, и представила использование блокчейна для логистики, такой как цепочка поставок и отслеживание активов. В этой статье мы продолжим предоставлять примеры и потенциальные приложения блокчейна в промышленной автоматизации.

Блокчейн и IoT

Интернет вещей (IoT) имеет миллионы применений по всему миру, но одновременно раскрыл многие риски безопасности. Мы часто слышим из новостей, что злоумышленники взламывают IoT-продукты, такие как беспроводные камеры, Amazon Alexa и умные термостаты, и крадут данные.

Блокчейн может помочь закрыть пробел в недостатке безопасности для IoT-приложений. Многие IoT-приложения используют MQTT для коммуникации. MQTT может быть защищен путем внедрения аутентификации на основе блокчейна OTP (одноразового пароля) в его схему.

На рисунке 1 пользователь регистрирует удаленное устройство у брокера, отправляя запрос аутентификации брокеру с использованием локального устройства. Брокер генерирует транзакцию и инициирует функцию смарт-контракта. Затем он генерирует OTP и отправляет его обратно пользователю. После этого пользователь публикует OTP в блокчейне для демонстрации оригинальности своего запроса аутентификации.

Поскольку OTP имеет срок действия, пользователь должен вызвать смарт-контракт с локального устройства для проверки, что OTP не истек. После валидации OTP удаленное устройство извлекает его из блокчейна и отправляет брокеру. Наконец, брокер извлекает OTP из блокчейна и одобряет регистрацию устройства.

Все вышеуказанные коммуникации выполняются через Ethereum gateway, и IoT-приложение работает на генерацию и верификацию OTP и коммуникацию с Ethereum gateway.

Кибербезопасность промышленных систем управления (ICS) с блокчейном

Другой метод обеспечения контроля доступа к IoT-устройствам и их данным — использование блокчейна для хранения списка устройств и транзакций. Блокчейн может быть спроектирован на платформе Ethereum с использованием Truffle Suite. Truffle Suite — инструмент для создания смарт-контрактов с использованием Ethereum Virtual Machine (EVM). Он создает записывающую и неизменяемую базу данных для целей аутентификации и защиты транзакций. Данные в неизменяемой базе данных не могут быть удалены или обновлены.

Созданный блокчейн Ethereum — частная сеть за файрволом, и сервер коммуницирует с блокчейном Ethereum используя методы HTTPGet и HTTPPost. Смарт-контракт спроектирован для аутентификации каждой транзакции каждый раз. Блокчейн Ethereum используется для частной сети блокчейна, а Java-based Solidity определяет контракты.

Блокчейн и процессное управление

Архитектура вертикальной интеграции на базе блокчейна для системы процессной автоматизации (PAS) может контролировать и мониторить промышленный процесс. Вертикальная интеграция собирает данные на самом низком поле и уровне устройств и позволяет информации двигаться к высшему уровню. И наоборот, от высшего уровня к полевым устройствам, таким как изменение уставок для регуляторных контуров.

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

Как показано на рисунке 2, сеть блокчейна используется как промежуточное ПО для подключения корпоративного управления, управления заводом и уровней надзора, где каждый уровень выступает как клиент блокчейна и взаимодействует друг с другом в децентрализованной манере.

Устройства уровня процессного управления арбитруют коммуникацию между полевыми устройствами и датчиками через программируемый логический контроллер (ПЛК). Они также коммуницируют с тремя уровнями PAS через смарт-контракты, определяющие выполнение задач и сбор сырых данных, и выполняют контроль доступа и управление безопасностью. Информация может поддерживать бизнес-производственные решения.

В этой архитектуре управление устройствами ПЛК и контрольная информация хранятся в реестрах в сети блокчейна, где транзакции валидируются. Каждая транзакция идентифицируется уникальным адресом и хранит всю соответствующую информацию для обмена между разными уровнями в PAS.

Вызовы впереди с блокчейном

Даже с успехом блокчейн-сетей в криптовалюте, блокчейн нельзя просто скопировать и вставить в другие промышленные приложения. Ниже приведены некоторые вызовы, которые нужно учитывать разработчикам блокчейна для успешной интеграции блокчейна в промышленную автоматизацию и производственные приложения.

• Майнер блокчейна: В криптовалюте майнеры получают денежное вознаграждение за решение сложного математического уравнения. В промышленном приложении задачи майнеров должны быть заменены вычислительными процессами или единицами для выполнения этих интенсивных обязанностей. Это увеличит объем и необходимые ресурсы, а следовательно, стоимость построения IoT или управляющей сети.
• Безопасность: Мы все еще иногда слышим из новостей, что хакеры находят способ опорожнить счета пользователей криптовалюты. В сети блокчейна есть некоторые уязвимости безопасности. Децентрализованная природа блокчейна может увеличить его безопасность, но также создает больше мишеней для хакеров для эксплуатации. Исследователям нужно найти лучший способ повысить безопасность на уровне протокола.
• Скорость: Время на майнинг 1 Bitcoin составляет 10 минут из-за сложности алгоритма и времени, необходимого для прохождения в сети майнинга. Это может быть нормально для финансового рынка, но может быть неосуществимо для системы управления в реальном времени. Исследователям придется увеличить пропускную способность, скорость шифрования и снизить потерю вычислительной мощности для большей применимости блокчейна в промышленных приложениях.
• Медленное принятие: Блокчейн — экосистема, требующая широкого принятия для эффективной работы. Например, отслеживание и трассировка в сетях цепочки поставок потребовали бы не только организации принять сеть блокчейна, но и её поставщиков. Компании склонны медленно принимать новые технологии, когда им нужно прийти к консенсусу с другими. Разные бизнес-субъекты должны работать вместе и доверять друг другу для формирования совместимых блокчейнов, где безопасность и транзакции могут работать безупречно между собой.
• Квалифицированные разработчики: Блокчейн — الناشющая технология. Навыки, необходимые для её разработки и освоения, не широко доступны на рынке. Это вызов для организации приобрести разработчиков и инженеров блокчейна, и их зарплаты высококонкурентны. Этот барьер приобретения талантов может замедлить интеграцию блокчейна в наследие систем. Однако, как мы видели с другими технологиями, когда есть спрос, образовательные учреждения и техническое сообщество могут помочь догнать и обеспечить достаточно обученных кадров.

Хотя кажется, что есть некоторые вызовы с блокчейном, хорошая новость в том, что много работы в процессе для борьбы с этими недостатками. Организации и технологические лидеры признали выгоды и потенциал блокчейна и инвестируют в эту технологию. Как и с другими новыми технологиями, будет время для блокчейна столкнуться с жестким вызовом перед тем, как он станет массовым принятием.

Только время покажет, является ли криптовалюта бумом или крахом. Но технология блокчейна, которую она помогает создать, будет держать свою ценность на долгое время в арене промышленных приложений.