區塊鏈瞄準工業網際網路 兩把刷子解決互信機制
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編者按：工業網際網路時代已經呼嘯而來，但由於現行生產模式和商業模式的限制，工業網際網路的應用現狀仍存在諸多問題。
將工業雲和區塊鏈技術結合起來，可以建立起一個雲鏈混合的、面向未來的分散式智慧生產網路。依託其去中介化的加密演算法和共識機制，能夠有效解決工業網際網路領域的價值互信問題，從而實現對既有製造業商業模式的全新重構。
工業網際網路落地的三大難點
各個企業的工業網際網路戰略，在實施層面都存在諸多問題，這導致工業網際網路的落地非常困難，實用性較差，出現了大量的“空氣雲”。工業網際網路的落地難，主要存在三個方面的問題。
第一，是資料安全問題。企業類客戶不同於個人客戶，它們對於資料安全的要求非常高，這主要是由於企業資料，尤其是生產資料，中間包含了大量企業的工藝和商業祕密。工業網際網路大多采用中心化的工業雲平臺，資料集中在雲服務商處儲存和管理，這對於使用者企業來說具有巨大的安全隱患。工業企業普遍是風險厭惡型而非創新導向型，任何一個單點的安全問題都可能會導致重大的安全事故，所以資料的安全和可靠是工業企業不能妥協的指標。
第二，是成本過高問題。所謂工業網際網路，其實是企業資訊化的升級版。中國製造企業約三十多萬家，其中97.4%的企業是中小製造企業，他們都碰到同樣的問題——資訊化、物聯網技術缺失。對於中小企業而言，他們並沒有太多的資金、技術、人才等資源來完成升級，更沒有緊迫感來完成升級，生存對於他們來說才是第一要務。工業網際網路大多采用中心化工業雲方案，運營維護成本都過高，是一般製造企業無法承受的。
第三，是靈活性問題。工業網際網路通常伴隨著大規模的自動化和資訊化升級改造，而一個生產系統的自動化資訊化水平越高，往往製造的柔性化越差。而當下製造企業面臨的共同問題是外部市場每時每刻的快速變化，傳統的工業網際網路解決方案花費上千萬資金成本、系統功能紛繁複雜，無法做到快速響應，中小企業無法根據現實情況變化而靈活選擇。
區塊鏈技術出手
推進工業網際網路落地實施的較好方式，是通過工業雲和區塊鏈技術結合，建立起一個雲鏈混合的、面向未來的分散式智慧生產網路（Distributed Intelligent Production Network，國際上多簡稱為“工業區塊鏈”或“DIPNET”），對製造業商業模式進行整體重構。
在DIPNET中，製造單元內大部分採用中心化的工業雲技術，效率更高、響應更快、能耗更低。而生產中的跨組織資料互信全部通過區塊鏈來完成，訂單資訊、操作資訊和歷史事務等全部記錄在鏈上，分散式儲存、不可篡改，所有產品的溯源和管理將更加安全便捷。
分散式智慧生產網路中整個供應鏈上的交易流程全部由智慧合約自動執行，將工業製造分解為如“樂高積木”一樣能夠按單、按次重組的“工業4.0”元件。使得後端的生產系統能夠快速響應外部市場的變化，大幅降低產業鏈重組中的信任成本。同時，通過區塊鏈技術與數字化工廠技術的結合，可以為每一個物理世界的工業資產生成虛擬世界的“數字化雙胞胎”，並進行確權和流轉，完成工業資產的數字化，幫助重資產的製造企業實現輕資產擴張。
工業區塊鏈的經濟系統
工業區塊鏈（DIPNET）是一個面向工業製造領域的智慧合約平臺，提供底層協議的完整實現、配套工具、API 介面集等。區塊鏈技術的去中心化、安全性、匿名性等優勢，吸引著廣大傳統制造企業，試圖基於區塊鏈技術重構企業價值流轉和資訊流轉方式。工業區塊鏈（DIPNET） 通過將企業業務流抽象為智慧合約正規化，幫助製造商輕鬆的進入區塊鏈網路，實現業務流的通證化，加速企業資源、資訊流轉。企業上鍊，以區塊鏈技術重構供應鏈系統，並在此基礎上，構建共享工廠、去中心化電商平臺、價值生命週期管理系統等應用。
工業區塊鏈（DIPNET） 使用母子雙鏈模式，分別是對於 DPOS 主鏈和 DAG 子鏈。對工業製造領域的不同生產環節，使用不同的共識方案，兼顧可靠性和效能。基礎架構包含應用層、介面層、合約層、基礎服務層和網路層，如圖1所示：
圖1 工業區塊鏈的基礎架構
（1）網路層
其主要實現基本節點發現、資料傳輸等功能。以太坊的 devp2p 協議實現，已經經過以太坊網路多年運作實踐，其隱私性、健壯性、效能等方面均得到很好驗證。因此可以將基於以太坊 devp2p 協議（DPT、IPFS等），實現工業區塊鏈（DIPNET）底層網路。
（2）基礎服務層
其主要實現交易資料、區塊生成、維護共識等功能。工業區塊鏈（DIPNET） 採用DPOS共識的鏈式區塊結構，後期隨著交易數量增加，最終同時支援 DAG 實現，將與支付無關的資料互動轉移至 DAG 子鏈，並對 IOT 大規模資料提供底層支援。
區塊服務層為 工業區塊鏈（DIPNET） 提供：賬戶管理、組織交易、交易驗證、區塊驗證等服務。
工業區塊鏈（DIPNET） 使用 ECDSA-secp256k1 數字簽名方案。工業區塊鏈（DIPNET） 中包含三種賬戶型別：
♦ 普通賬戶
♦ 合約正規化賬戶
♦ 合約例項賬戶
其中普通賬戶由使用者私鑰控制，合約正規化賬戶和合約例項賬戶均由特定演算法生成。區塊服務層接受上層傳入的引數，可構建特定型別的交易資料，經過交易傳送者簽名後，通過網路層實現交易廣播。
對於 DPOS 主鏈和 DAG 子鏈的交易，工業區塊鏈（DIPNET） 將使用不同的驗證策略。值得注意的是，對於 DAG 子鏈，不存在區塊的概念。
（3）合約層
其主要實現交易資料、區塊生成、維護共識等功能。工業區塊鏈（DIPNET） 通過 VM 實現智慧合約。所有合約正規化及合約例項化交易，均僅允許在主鏈提交，以保障智慧合約的時序及可靠性。其中合約正規化由開發者提交，智慧合約例項由使用者通過合約正規化初始化而來。智慧合約可以直接訪問 DAG子鏈中的資料。合約層是實現工業區塊鏈（DIPNET）業務的核心環節，訂單意向的達成、訂單交割等均由智慧合約自動執行。
（4）介面層
其主要實現對外提供區塊資料訪問、智慧合約互動等介面功能。介面層對使用者及Dapp提供對底層區塊資料、工業區塊鏈（DIPNET） 賬戶、智慧合約、合約正規化的訪問，是與工業區塊鏈（DIPNET）服務互動的主要途徑。
主鏈與子鏈的雙鏈共識
選擇共識方案，主要從安全性、去中心化、健壯性三個方面考慮。但區塊鏈上有一個不可能三角理論，就是一個區塊鏈系統不可能同時做到安全、去中心化和高效，這三者構成一個不可能三角。因此，要構建共識機制，就是在這裡三角中取一個兼顧各方的位置，市場上各種公鏈都是在共識機制構建領域的嘗試。
圖2 區塊鏈的不可能三角
工業區塊鏈（DIPNET） 選擇 DPOS 共識機制實現母鏈，這是效率、安全性、去中心化之間的一個平衡點。DPOS 共識下，通過社群對超級節點的監督，確保大多數節點是誠實的，同時獲得了更高的效率和更簡單的網路結構。
工業區塊鏈（DIPNET） 為每一個訂單確定供應鏈，並在供應鏈內預設了快速的結算系統，所有供應商都直接的與最終消費者達成結算關係。對於特定的訂單，各個環節的關注程度是不一樣的。使用者下單、簽收環節，企業希望保留可靠的記錄；但對訂單供應鏈各單元的流轉過程，則只需要保留一般記錄。因此，要考慮將供應鏈中的流轉資訊、物流資訊及其他物聯網相關資訊，記錄在DAG子鏈上，只將最後的交易及清算結果記錄在主鏈上。DAG 子鏈是完全非同步的資料模型，並且可以理論極大的資料頻寬。DPOS 與 DAG 雙鏈模式下，為不同特性的資料提供了額外的共識選擇，尤其是當工業區塊鏈（DIPNET）與物聯網結合時，大量的生產、物流資料可以使用 DAG 子鏈。
合約正規化是由開發者釋出的智慧合約模版，開發者將提供詳細的應用指導說明，並由社群進行稽核、提供信用背書。使用者無需任何開發經驗，只需要從海量的合約正規化中，選取適合自身業務的合約正規化，根據指導說明，通過簡單的配置即完成可靠的智慧合約部署。合約正規化是母鏈上的特殊交易，是不完全的智慧合約程式碼，僅提供一些通用的靜態介面及例項化介面，不提供任何業務相關功能。合約正規化內也指定了手續費及收款地址，開發者可以從使用者的交易中，獲得少量手續費作為報酬，實現“開發即挖礦”模式。
三大發展方向
在工業網際網路領域，區塊鏈技術的發展趨勢主要有三個方向：
一是“一鍵重複定製”。網際網路時代下製造業逐漸轉向以滿足消費者碎片化需求與大規模定製為核心的生產模式，生產性服務業發展日漸成為製造業轉型發展新趨勢。在這樣的現實背景下，工業區塊鏈（DIPNET）主張企業的生產都不是簡單的複製，而是在滿足消費者個性化需求上的價值創造，工業區塊鏈（DIPNET）也將致力於為每一位接入企業提供便捷合約正規化，使每一次重複都能產生獨一無二的價值。
圖3 DIPNET應用遠嘉程服裝定製系統
二是“價值全生命週期管理”。分散式智慧生產網路所形成的分散式製造模式，以使用者創造內容為代表，使人人都有能力進行製造並參與到產品全生命週期當中，徹底顛覆傳統制造業模式，生產企業也能因此而受益。在產品開發方面，新模式使產品設計、生產製造由原來的以生產商為主導逐漸轉向以消費者為主導，消費者能夠更早、更準確的參與到產品設計和製造過程中，並通過龐大的分散式網路對產品不斷完善，使企業的產品更容易適應市場需求，並獲得利潤上的保證；在產品創新方面，新模式延伸了創新邊界。通常，研發和創新因成本問題而無法緊密聯絡。如今新模式使用於產品初始階段的成本大幅下降，新技術、新產品的產學研得以緊密結合。另外，藉助龐大的分散式製造網路等社會資源，企業的創新能力與研發實力均能獲得大幅度提升，創新邊界得以延伸。
傳統的製造體系中，產品生命週期管理（PLM）是重要組成部分。PLM是以一個產品的生命週期為視角，將研發、設計、生產、銷售等環節的資料進行閉環管理，實現“資料流動自動化”，這也就是工業4.0三大整合中“端到端的技成”。
而今天，以工業區塊鏈（DIPNET）技術為核心的價值生命週期管理（VLM）正在出現。VLM是以一個產品或一條產業鏈價值的生命週期為視角，將產品價值的準備、生產、流轉、增值、減值和消滅等環節的資料進行閉環管理，實現“價值流動自動化”，這同樣屬於工業4.0三大整合中端到端整合的範疇，只是基於不同的視角。
通過VLM，企業能夠更好將物流、資訊流和價值流統一進行管理，通證技術和數字化工廠技術能夠更好的連線，金融科技與實體經濟將深度融合，這是工業的未來，也是金融的未來。
圖4 價值 vs產品 生命週期管理
三是無限互動的標準化與網路化。資料可在任意節點間進行點對點傳輸，資訊實時互動，實現研發、設計、生產、製造、銷售等環節資料打通。訂單資訊、事務歷史記錄等記錄在鏈上，分散式儲存不可篡改，可實現去中心化協作，產品溯源安全便捷。交易流程由智慧合約自動執行，提高效率。
圖5 區塊鏈的卡位
小結
融合了工業網際網路技術的工業區塊鏈（DIPNET），將開創一個全新的扁平式、合作性的全球新工業市場，而非傳統意義上層級式、自上而下的產業結構。一個由成千上萬節點組成的分散式製造網路代替了從設計到製造在內的所有環節，大幅降低產品的生產成本。這是面向未來製造最為震撼的基礎設施。
來源：金色財經
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