工业互联网与区块链的融合发展研究

朱鹏旭

（汕头大学商学院，广东 汕头 515000）

当前国家已经明确提出要把“中国制造”变成“中国智造”，把制造业智能化转型归入重要发展目标，同时提出工业互联网、人工智能、区块链等技术将成为助推此战略的关键技术。工业互联网(Industrial Internet)在2012年就已经被提出，它把终端、价值链、制造商、产物和消费者联通整合，使得资源、信息等都被高效共享，从而让生产制造过程变得智能[1]。在生产制造的过程中，产生的信息流可以基于设备的相互连接，实现云端数据共享，最终基于大数据、人工智能等技术进行分析，最终进行高度自动化的系统、设备运转，例如GE Predix、西门子MindSpere都是工业互联网的案例。作为物联网在工业领域中的应用，工业互联网或成为推动我国工业竞争优势重建的主要推动力。工业互联网的发展离不开坚固的网络安全系统，区块链(Blockchain) 作为一种依托加密算法、存储技术、对等网络等构建的数字分布式账本技术，已经被视为工业互联网安全问题的解决方案而备受关注[2]。

1.工业互联网助推产业发展

工业互联网的一大特点在于大量的设备和信息处理，和过去简单的信息化不同，工业互联网基于设备收集和共享的数据信息进行决策的同时形成服务架构，助推企业运营，实现更高效的资源调配。在工业互联网的架构中，准确、有效、及时非常关键，具备上述三个特点的信息将上下游和终端客户链接起来，通过信息共享实现降本提效，助推产业成长[3]。

1.1 工业互联网的生态核心

工业互联网平台把数据收集、数据保存、数据分析、数据应用等合在一起，利用边缘层、平台层和应用层，加上AI、智能物联网、大数据等技术迭代而成。不同于传统的云，工业互联网平台更加高效、智能，而不是简单的自动化和信息化。基于不断的实践和软件开发过程，当前的工业互联网技术已经可以进行相当多的业务场景。细分来看平台的三大核心层，其中边缘层主要负责采集海量的数据，对业务中的众多信息进行深挖，在完成初步处理后，构建基本的数据库；平台层方面，则主要提供含有服务机器设施的基础云服务，保证整个平台的运转；应用层方面，则是依托平台层构建基于大数据分析的可扩展业务。这样一来，三个核心层就可以形成一个完整高效的生态系统。

1.2 工业互联网的未来发展

工业互联网现在是工业4.0的关键技术，与此同时区块链技术与工业互联网的技术互补，可以让工业互联网克服原本的困难，实现技术的飞跃。工业互联网+区块链中，基于区块链技术的安全、可溯源等优点，让工业互联网平台节点中信任度缺乏、隐私泄露等缺陷得到解决，增强工业互联网的使用场景，让最终构建资源和信息充分高效的工业互联网络体系得以获得技术支撑。

2.区块链技术或成为工业互联网的突破方向

2.1 区块链技术简介

区块链基于透明、可信的规则构建了一个具有防伪可追溯的模式，可针对数字化应用场景，实现分布式、去中心化、可追溯性、开放透明的处理。共识机制、密码算法、智能合约是区块链核心技术的典型运用形式，发展潜力巨大[2]。从本质上说，区块链不是一个全新的技术，而是众多现存技术和理论的集合。其根本是利用去中心化、多节点的方式让信息实现高信任度的保存。现在，区块链已经成为众多产业和技术所关注的对象。

区块链（Blockchain）之所以被称为区块链，是因为其防伪与可追踪溯源的块链状的数据结构。区块链利用分布式存储，将数据信息可靠地记录在区块链中，从而确保数据不可篡改。区块链的六大核心结构如图1所示。

2.2 区块链技术的影响

2008年11月，中本聪提出关于不依赖任何第三方的点对点电子交易系统并以“比特币”的形式提出区块链[4]。起初，比特币深刻地引发了交易理论的学术探讨。因为区块链本身非常安全且不能篡改，所以无论是谁，只要双方同意进行交易 ，那么就可以通过区块链进行直接支付，不用通过任何中介（例如银行等），实现了“去中心化”。从比特币开始，区块链技术的应用越发得到更多人的关注。如今，区块链可以从金融领域拓展到能源、慈善和工业等。区块链技术在众人看来未来会产生深远的影响，从概念上它将改变原有诸多范式，对传统行业也会带来革新。可以看到，区块链技术有着广阔的前景。

3.区块链+工业互联网的应用体现

工业互联网早已不是仅仅简单用于工厂、制造业帮助生产的信息系统，而是已经开始渗透到成本控制、需求满足、管理和销售等方方面面。如今想要增强自身发展能力的企业，离不开工业互联网。经过多次的迭代和使用场景拓宽，工业互联网将在降本提效、生产速率、管理安全等方面扮演基石的角色，而工业互联网的发展也离不开区块链的帮助，两者技术融合的应用将从三个方面体现出来：

一是网络化。由于工业互联网中海量的设备入网，目前设备中涉及的数据和身份信息很容易成为被攻击的对象。然而，设备中带有的身份辨别等功能恰恰是工业互联网中协同管理和资源共享的核心基石。如果区块链提供了技术支持，那么前述的问题将可以得到充分的解决。信息收集方面，数据可以得到安全的处理和储存，设备的网络化将可以得到保障，工业互联网平台也可以得到更多数据源，便于更好地设备管理和应用。

二是智能化。工业互联网中一个重要且亟待拓宽的场景在于多个企业在价值链节点上的协同合作，而这最需要的就是信息共享和协作能力，同时保证协作过程中的数据和信息安全。区块链技术可以保证协作过程中的数据和信息安全，并且保证信息共享过程中的信息稳定，有助于各个环节的应用过程顺利进行，实现更高水平的智能化。

三是数字化。工业互联网的后续迭代过程中，其每一个环节的渗透和协作水平必然也会逐步提升，业务越来越标准化、场景越来越多样是未来的趋势。区块链刚好有着共识的机制，所以可以帮助工业互联网的进一步发展，用数字化的标准达到整个流程的精细管理。

3.1 工业互联网与区块链融合的必要性

工业互联网并不能依靠自身迭代来突破现存瓶颈，在数据安全、协作能力方面，必定需要其他新的技术来为工业互联网的发展进行加持。区块链不仅可以确保业务流程中的数据安全，同时其多节点、分布式的结构也契合了物联网海量设备的设施和环境，从概念和结构角度来看，是工业互联网当前问题最适合的解决方案。在实际应用过程中，为了让整个价值链中的企业都能确保安全，构建良好的信任关系，因此要以设备为起点，把设备入网、数据收集、分析生产等一连串工作进行流程安全化。总的来说，工业互联网的三个核心层都会得到互联网的技术加持，工业融合区块链的架构如图2所示。

3.2 技术融合产生的效用

3.2.1 增强协同能力

生产制造过程是由许多重要的部分组成的，每一个部分往往有许多企业节点，需要各个企业通力配合来生产最终的终成品，因此过程中的协同效率非常重要，一旦出现了合作上的问题，其效率就会降低。在区块链的加持下，平台的数据将得到很好的保护，即使需要进行协作，也可以通过协议来确定数据的所属，防止数据信息泄露出现隐私和机密流出的情况，既保证了安全，维护了企业伙伴间的信任，也能实现跨平台协作，增强协同能力[5]。

3.2.2 提升数据安全水平

在传统工业互联网的运作过程中，信息被设备收集，然后被传送到云服务器，之后会进行数据处理，并被储存在一个特定的账本中。这个流程看似简单，但实际上随时都可能被篡改（无论是被恶意篡改还是说出现了漏洞），因此应当有一个技术协议来确保数据储存在账本之前是完整、一致、有效的。区块链毫无疑问是最好的方案提供者，区块链可以在这个流程中加入技术的互信，把中间发生的数据和信息都进行记录，同时分布式储存，能保证数据完好，提升数据安全水平。

3.2.3 实现信息共享

在工业互联网技术下，最重要的一点就是数据互联、信息共享，最终的目标也非常统一：资源的有效利用、市场的检测、设备的配置优化等。为确保信息能够在各个企业之间安全传输，那么数据安全仍然需要被提起。相比我们熟知的因特网，工业互联网并不是那么成熟，所以有许多标准和规范是没有被明确的，因此安全方面也没有形成统一的规范。恰恰是因为不够安全，如今实际被运用的工业互联网系统并没有真正做到信息共享。区块链技术如果融合了工业互联网，作为其数据可信传输的底层，那么生产价值链的节点就可以形成联盟链，这些节点可以把自己的生产数据通过区块链进行保存，并且限制性地给其他节点企业进行访问，拉低信息成本，实现真正的信息共享。

3.2.4 运作成本将被降低

目前工业互联网平台使用的是中央处理器，主要通过统一处理数据来进行设备管理。而这种模式下往往会造成服务器的过载和运行压力过大。区块链技术的分布式结构让服务器的压力得以减缓[5]。

工业互联网的传统平台常常因为服务器受限，导致许多设备处于闲置状态，得不到充分利用，同时服务器的损耗还会加大[6]。而区块链的特质让其可以充分地将没有运作的设备同样使用起来，同时还能减少设备的损耗，提升效率。

在区块链加持下，因为设定有加密协议，所以设备之间是可以完成自修复工作的，因此可以节约维护成本。

区块链可以溯源且不可篡改的特点让许多数据可以被快速追踪，因此在出现了问题的情况下，可以通过区块链来快速找到问题所在，减少管理的成本。

4.区块链+工业互联网的设想和挑战

工业区块链必将深刻影响工业互联的全流程，无论是数据的收集、分析、储存、集成还是应用，都将由区块链技术支撑和发展。不只是区块链技术，包括人工智能、边缘计算等新兴技术未来同样可能为基于工业互联网的智能制造创造更多价值。但在区块链技术与工业互联网、产业链管理、数字化交易等多种应用深度融合的背景下，其网络安全风险不容小觑[7]。虽然区块链与工业互联网从理论和技术层面相互契合，甚至能达到优势互补。但通过分析国内外区块链工业互联网融合研究的现状，可以预见该领域未来可能呈现以下发展趋势：

工业互联网发展自身面临很多系统性的挑战，如数据存储及传输的成本高昂、数据本地处理效率低下、整体软硬件解决方案技术复杂等[8]。这些问题仅仅通过开展区块链工业互联网融合研究是很难得到妥善解决的，因此区块链与工业互联网未来可能还要融合如 5G、人工智能等其他技术来完成进一步的演进[9]。

区块链和工业互联网融合还存在许多基础理论及核心技术问题值得研究。如何借用区块链技术高效安全地解决工业互联网中数据的共享与交易、节点的互信与协作等实际问题，如何将工业互联网中的节点、协议、平台与区块链技术深度融合，以及如何将共识机制、智能合约等区块链技术与工业互联网应用有机结合，这些问题未来将得到更深入的研究和更全面的探索[10]。

随着区块链工业互联网融合的基础理论和核心技术的不断成熟，该领域的应用研究仍将成为热点，更多与实体经济紧密结合的区块链与工业互联网项目及其平台也将纷纷出现，为行业进步和社会发展带来巨大革新。

5.结语

本文通过区块链技术在工业互联网中的技术应用进行探讨，对区块链技术和工业互联网的融合进行设想，指出工业互联网与区块链的融合将体现在网络化、智能化、数字化三个方面，并提出打造一个基于工业互联网的区块链技术的高安全、智能化的新型工业体系，从而实现提高信息安全性、降低运行成本、解决信息孤岛这三个效果，对工业互联网实现信用保障，并综合工业互联网和区块链技术的优势，通过信息共享实现降本提效，促进我国工业互联网数字化、网络化和智能化转型，推动实体经济高质量发展。目前区块链发展仅为工业互联网提供了一部分应用场景，后续研究中应开发更多成熟的区块链应用场景，并重点研究区块链应用于工业互联网的可行实践方案。未来，区块链技术将会在工业互联网中发挥更大的作用。