探索区块链在工业物联网系统中的作用（第 1 部分）

我们几乎进入 2018 年的一半，区块链正在接近 Gartner 炒作周期的“幻灭低谷”。虽然这听起来很不祥，但我不相信它即将下降，因为“区块链”继续获得大量新闻报道。对许多人来说，区块链是一把寻找市场钉子的技术锤。我确定您听说过或阅读过区块链，并想知道它是否与您的系统相关。我们也想过这个问题，并决定组建我们的研究小组来更深入地研究它。

虽然加密货币继续抢走区块链的风头（并吸收了惊人的能量来支持它），但努力一直在缓慢地转移到更相关的工业用例，如供应链管理、库存管理、交易能源等。如果您在世界各地的关键实时系统中使用 RTI Connext DDS，我们意识到加密货币和供应链管理在您可能需要 RTI 关注的功能列表中并不重要。

RTI 隐秘但活跃的研究小组一直在与能源部 (DOE) 合作，研究如何利用区块链来保护像您这样的工业系统。虽然我们与陆军、海军、空军、DARPA、DOE 和导弹防御系统进行了许多高级研究工作，但本博客重点介绍了我们对区块链的研究如何对您的实时工业系统有用。

什么是区块链技术？

为了为讨论工业区块链奠定基础，让我们为那些不熟悉区块链技术的人快速浏览一下。如果您已经是专业人士，请跳到下一部分。

今天，我们相信我们的银行、信用卡公司、公证人和其他人作为集中仲裁者来处理合同或将钱转移给我们欠的人。在在线游戏中，我们相信游戏服务器是一个集中仲裁者，可以根据我们发送到服务器的有关我们自己行为的数据来推进所有参与玩家之间的游戏状态。在工业系统中，真相的中心仲裁者是拥有和管理系统的公司。在这些领域和许多其他领域，中央仲裁者管理关于给定系统内所有数据的数据库（用区块链的话说，“分类帐”）。该仲裁者可以完全控制写入分类帐的内容，包括 如果需要，可以修改（篡改）分类帐中的历史记录。恶意代理也可能危害这些仲裁者，从而可能篡改分类账。因此，单个仲裁者（分类帐管理器）可能是数据完整性故障的单点。区块链技术具有破坏性，因为它允许该分类帐由多个不受信任分发和管理 和相互不信任的各方，同时为这个去中心化解决方案提供强有力的保证 保持数据完整性。参与去中心化账本管理的每一方都维护和管理账本的本地副本。参与方的数量可能会有很大差异（从几个到数千个），具体取决于区块链的所需特征/用途。

那么你在分类帐中存储什么？首先，信息以称为（正如人们可能会猜到的）“块”的块的形式写入分类帐。区块由信息单元组成，这些信息单元实际上可以包含任何内容——公司或个人合同、保修、保险单、专利创意、患者数据、比特币购买、照片、加密的个人数据等。这些数据可以是如果需要，加密。但是，对于您的工业应用程序，它更有可能包括传感器数据、系统状态以及您可能希望永久保留的任何数据样本。如何将信息分块成块实际上是特定于用例的。

链的概念 是区块链设计的基础，因为每个新添加的区块都不可分割地依赖于前一个区块，而前一个区块本身又依赖于它的前一个区块——从而形成一个逻辑链。试图修改过去记录的任何块的内容的攻击者还必须更改自开始以来记录的所有块，all 链的分布式副本。区块链中使用的密码技术使变更尝试清晰可见；结合账本的分布式复制，几乎不可能“改写历史”。攻击者需要同时重写所有（或大部分）副本。

什么时候需要区块链？

区块链适用于两个或多个分布式组彼此不信任或的情况 不要相信某些中心化仲裁者，但所有人都与不可改变地记录数据或某些系统的状态转换（例如，游戏、您的银行帐户等）息息相关。相比之下，在只有一方参与的系统中，这种分散的仲裁不是问题。例如，在公司内部，如果担心确保历史数据不被篡改，那么安全的只写数据库（使用一次写入驱动器）可能就足够了。因此，如果您的应用程序对单个中央仲裁器没有任何问题，并且没有对数据的不信任，那么可能不需要区块链。但是，如果您有多家公司开展业务，例如在供应链中或在石油钻井平台上，您可能会担心数据是否可信。

传统交易区块链

现在，也许在您读过的大多数用例中，区块链都是关于主动记录交易 ，即事务性 区块链。这个区块链用例的目的是不可改变地捕获和持久化某个系统从一种状态到另一种状态的转换。例如，在金融交易领域，这些状态转换是发生转移时账户余额的变化。这就是为什么数据存储被称为分类帐而不是数据库的原因。

重要的是要理解，除非/直到交易被接受并存储到链中，否则系统的状态不会前进。此外，如果交易可以竞争（比如对双花比特币的担忧），那么它将在必须考虑的过程中引入延迟。作为一个极端的例子，在比特币中，“为了安全”，人们可能会等待长达一个小时以确保交易通过。虽然插入事务性区块链绝对适合某些工业用例（尽管延迟要小得多），但让我们将此讨论及其解决方案推迟到以后的博客中。

工业系统区块链

在我在这里关注的用例中，我们从安全的 Connext Databus 中获取特定数据并将其直接存储到区块链中。我们有选择地收集数据并将其不可更改地存储在几个单独拥有和安全的分类账中。没有事务的概念，因为我们并没有试图控制系统的状态，我们只是在观察它。这类似于在区块链上存储诸如专利创意、患者数据和合同之类的非实时用例。虽然可以使用智能合约，但它们不是控制数据是否添加到链中的数据验证过程的一部分。

对于实时工业应用，重要的是区块链不是过程控制链的一部分，因此它不会注入任何延迟。该技术的这种应用需要专门为此进行独特的区块链设计。我们的设计更有利于在实时工业系统中部署，因为我们可以消除众所周知的区块链延迟和交易性质（同时仍然保持一致性）。对于许多用例，任何 引入的延迟可能会阻碍它们的采用。

这种范式非常适合像 DDS 这样的完全去中心化和安全的工业数据总线。将这种类型的区块链集成到一个完全可操作的系统中是相当简单的零停机时间 .如何在您的系统中使用区块链取决于其设计和您想要解决的用例。

阅读第 2 部分，深入了解我们如何将区块链应用于石油和天然气用例。我还深入研究了我们实施的特定原型，并解释了为什么区块链只是答案的一部分。