Untersuchung der Rolle der Blockchain in industriellen IoT-Systemen (Teil 1)

Wir haben fast die Hälfte des Jahres 2018 und die Blockchain nähert sich dem "Tal der Ernüchterung" des Gartner Hype Cycle. Das klingt zwar bedrohlich, aber ich bin nicht von seinem bevorstehenden Abstieg überzeugt, da "Blockchain" weiterhin viel Presseberichterstattung erhält. Blockchain ist für viele ein Technologiehammer auf der Suche nach einem Marktnagel. Ich bin sicher, Sie haben von Blockchain gehört oder gelesen und sich gefragt, ob sie für Ihre Systeme relevant ist. Wir haben uns auch darüber Gedanken gemacht und beschlossen, unsere Forschungsgruppe zu gründen, um etwas tiefer in die Materie einzudringen.

Während die Kryptowährung weiterhin das Rampenlicht der Blockchain stiehlt (und unglaubliche Mengen an Energie absaugt, um sie zu unterstützen), haben sich die Bemühungen immer mehr in relevantere industrielle Anwendungsfälle wie Lieferkettenmanagement, Bestandsmanagement, transaktive Energie usw. verlagert. Für diejenigen von Wenn Sie RTI Connext DDS in kritischen Echtzeitsystemen auf der ganzen Welt verwenden, sind wir uns bewusst, dass Kryptowährung und Lieferkettenmanagement nicht ganz oben auf Ihrer Liste der Fähigkeiten stehen, auf die Sie möglicherweise die Aufmerksamkeit von RTI benötigen.

Die heimliche, aber hyperaktive Forschungsgruppe von RTI hat mit dem Department of Energy (DOE) zusammengearbeitet, um zu untersuchen, wie Blockchain zur Sicherung industrieller Systeme wie Ihres genutzt werden könnte. Während wir viele fortgeschrittene Forschungsbemühungen mit der Armee, der Marine, der Luftwaffe, der DARPA, dem DOE und der Raketenabwehr durchführen, konzentriert sich dieser Blog darauf, wie unsere Forschung zu Blockchain für Ihre industriellen Echtzeitsysteme nützlich sein kann.

Was ist Blockchain-Technologie?

Um die Bühne für eine Diskussion über industrielle Blockchain zu bereiten, werfen wir einen kurzen Blick auf die Blockchain-Technologie für diejenigen unter Ihnen, die neu darin sind. Fahren Sie mit dem nächsten Abschnitt fort, wenn Sie bereits ein Profi sind.

Heute vertrauen wir unseren Banken, Kreditkartenunternehmen, Notaren und anderen als zentrale Schiedsrichter bei der Abwicklung von Verträgen oder der Überweisung von Geld an jemanden, den wir schulden. Beim Online-Gaming vertrauen wir dem Spieleserver als zentralisierten Schiedsrichter, um den Spielstand zwischen allen teilnehmenden Spielern basierend auf den Daten, die wir über unsere eigenen Aktionen an den Server senden, voranzutreiben. In industriellen Systemen ist der zentrale Schiedsrichter der Wahrheit das Unternehmen, das das System besitzt und verwaltet. In diesen und vielen anderen Bereichen verwaltet dieser zentrale Schiedsrichter Datenbanken (in Blockchain-Sprache "Ledger") über alle Daten innerhalb eines bestimmten Systems. Dieser Schiedsrichter hat die vollständige Kontrolle darüber, was in das Hauptbuch geschrieben wird, einschließlich die Möglichkeit, den Verlauf im Hauptbuch bei Bedarf zu ändern (zu manipulieren). Böswillige Agenten könnten auch diese Schiedsrichter kompromittieren und somit die Hauptbücher manipulieren. Ein einzelner Arbiter (Ledger Manager) kann also ein einzelner Punkt für Datenintegritätsfehler sein. Die Blockchain-Technologie ist disruptiv, da sie es ermöglicht, dass dieses Ledger von mehreren nicht vertrauenswürdigen . verteilt und verwaltet wird und gegenseitig misstrauenden Parteien, und gleichzeitig starke Garantien dafür, dass diese dezentralisierte Lösung bewahrt die Datenintegrität. Jede Partei, die an der dezentralen Ledger-Verwaltung teilnimmt, pflegt und verwaltet eine lokale Kopie des Ledgers. Die Anzahl der Parteien kann je nach den gewünschten Eigenschaften/Verwendung der Blockchain stark variieren (von wenigen bis zu Tausenden).

Was speichern Sie also in einem Hauptbuch? Zuerst werden die Informationen in Blöcken in das Hauptbuch geschrieben, die (wie man sich denken kann) "Blöcke" genannt wird. Blöcke bestehen aus Informationseinheiten, die praktisch alles enthalten können – einen Firmen- oder Privatvertrag, eine Garantie, eine Versicherungspolice, eine Patentidee, Patientendaten, einen Bitcoin-Kauf, ein Foto, verschlüsselte persönliche Daten usw. Diese Daten können sein:auf Wunsch verschlüsselt. Für Ihre industriellen Anwendungen ist es jedoch wahrscheinlicher, dass es Sensordaten, Systemstatus und wirklich alle Datenproben enthält, die Sie unveränderlich beibehalten möchten. Wie die Informationen in Blöcke aufgeteilt werden, ist wirklich spezifisch für den Anwendungsfall.

Das Konzept einer Kette ist grundlegend für das Blockchain-Design, da jeder neu hinzugefügte Block untrennbar vom vorherigen Block abhängt, der wiederum von seinem vorherigen Block abhängt – wodurch eine logische Kette gebildet wird. Ein Gegner, der den Inhalt eines in der Vergangenheit aufgezeichneten Blocks ändern möchte, muss dann auch alle von Anfang an aufgezeichneten Blöcke in alle . ändern verteilte Kopien der Kette. Die in Blockchains verwendete kryptografische Technologie macht Änderungsversuche deutlich sichtbar; in Kombination mit der verteilten Replikation des Ledgers macht es das "Neuschreiben der Geschichte" nahezu unmöglich. Ein Angreifer müsste alle (oder die meisten) Kopien gleichzeitig neu schreiben.

Wann brauchen Sie Blockchain?

Blockchains sind in Situationen anwendbar, in denen zwei oder mehr verteilte Gruppen einander nicht vertrauen oder Vertrauen Sie keinem zentralisierten Schiedsrichter, aber alle haben ein Interesse an der unveränderlichen Aufzeichnung von Daten oder dem Zustandsübergang eines Systems (z. B. eines Spiels, Ihres Bankkontos usw.). Im Gegensatz dazu ist in Systemen, an denen nur eine Partei beteiligt ist, eine solche dezentralisierte Schlichtung kein Thema. Wenn es in einem Unternehmen beispielsweise darum geht, sicherzustellen, dass historische Daten nicht manipuliert werden, kann eine sichere Nur-Schreib-Datenbank (mit einmal beschreibbaren Laufwerken) ausreichend sein. Wenn Ihre Anwendungen also keine Probleme mit einem einzigen zentralen Schiedsrichter haben, wenn kein Misstrauen gegenüber den Daten besteht, ist Blockchain möglicherweise nicht erforderlich. Wenn Sie jedoch mehrere Unternehmen haben, die Geschäfte tätigen, beispielsweise in einer Lieferkette oder auf einer Bohrinsel, können Bedenken hinsichtlich der Vertrauenswürdigkeit der Daten bestehen.

Traditionelle Transaktions-Blockchain

In den vielleicht meisten Anwendungsfällen, über die Sie gelesen haben, dreht sich bei Blockchain alles um die aktive Aufzeichnung von Transaktionen , d. h. ein transaktionales Blockchain. Die Absicht dieses Blockchain-Anwendungsfalls besteht darin, den Übergang eines Systems von einem Zustand in einen anderen unveränderlich zu erfassen und beizubehalten. In der Finanztransaktionsdomäne sind diese Zustandsübergänge beispielsweise Änderungen der Kontostände bei Überweisungen. Aus diesem Grund wird der Datenspeicher als Ledger und nicht als Datenbank bezeichnet.

Es ist wichtig zu verstehen, dass der Status des Systems nicht voranschreitet, es sei denn, eine Transaktion wird akzeptiert und in der Kette gespeichert. Wenn Transaktionen konkurrieren können (wie Bedenken hinsichtlich der doppelten Ausgabe von Bitcoins), führt dies außerdem zu Latenzen in Prozessen, die berücksichtigt werden müssen. Als extremes Beispiel kann man bei Bitcoin "sicherheitshalber" bis zu einer Stunde warten, um sicherzustellen, dass eine Transaktion durchgeführt wurde. Während das Einfügen einer transaktionalen Blockchain durchaus für einige industrielle Anwendungsfälle geeignet ist (wenn auch mit weitaus geringeren Latenzen), verschieben wir diese Diskussion und ihre Lösungen auf einen zukünftigen Blog.

Blockchain für industrielle Systeme

In dem Anwendungsfall, auf den ich mich hier konzentriere, holen wir bestimmte Daten aus dem gesicherten Connext Databus und speichern sie direkt in der Blockchain. Wir sammeln Daten selektiv und speichern sie unveränderlich in mehreren separat geführten und gesicherten Ledgern. Es gibt kein Konzept einer Transaktion, da wir nicht versuchen, den Zustand des Systems zu kontrollieren, sondern nur zu beobachten. Dies ist vergleichbar mit Nicht-Echtzeit-Anwendungsfällen zum Speichern von Dingen wie Patentideen, Patientendaten und Verträgen in einer Blockchain. Obwohl Smart Contracts verwendet werden können, sind sie nicht Teil des Datenvalidierungsprozesses, um zu kontrollieren, ob die Daten zur Kette hinzugefügt werden oder nicht.

Für industrielle Echtzeitanwendungen ist es wichtig, dass die Blockchain nicht Teil der Prozesssteuerungskette ist, also keine Latenz injiziert. Diese Anwendung der Technologie erforderte speziell dafür ein einzigartiges Blockchain-Design. Unser Design ist viel förderlicher für den Einsatz in Echtzeit-Industriesystemen, da wir die berüchtigten Latenzen und den Transaktionscharakter eliminieren können, für die Blockchains bekannt sind (bei gleichzeitiger Beibehaltung der Konsistenz). Für viele Anwendungsfälle, jede Die eingeführte Latenz kann ein Dealbreaker für ihre Einführung sein.

Dieses Paradigma ist ideal für einen vollständig dezentralisierten und sicheren industriellen Datenbus wie DDS. Es ist ziemlich einfach, diese Art von Blockchain zu integrieren – sogar in ein voll funktionsfähiges System ohne Ausfallzeiten . Wie Sie eine Blockchain in Ihrem System einsetzen, hängt sowohl vom Design als auch vom Anwendungsfall ab, den Sie lösen möchten.

Lesen Sie Teil 2, während ich in die Anwendung von Blockchain auf einen Öl- und Gasanwendungsfall eintauche. Ich gehe auch auf einen bestimmten Prototyp ein, den wir implementiert haben, und erkläre, warum Blockchain nur ein Teil der An

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