Onderzoek naar de rol van blockchain in industriële IoT-systemen (deel 1)

We zijn bijna halverwege 2018 en blockchain nadert het "dal van desillusie" van de Gartner Hype Cycle. Hoewel dat onheilspellend klinkt, ben ik niet overtuigd van de naderende ondergang, aangezien "blockchain" nog steeds veel aandacht in de pers krijgt. Voor velen is blockchain een technologiehamer op zoek naar een marktspijker. Ik weet zeker dat je hebt gehoord of gelezen over blockchain en je hebt afgevraagd of het relevant is voor jouw systemen. We vroegen ons dit ook af en besloten onze onderzoeksgroep op te richten om er wat dieper op in te gaan.

Terwijl cryptocurrency de blockchain-schijnwerpers blijft stelen (en duizelingwekkende hoeveelheden energie naar beneden zuigt om het te ondersteunen), zijn de inspanningen steeds langzamer gaan naar meer relevante industriële gebruiksgevallen zoals supply chain management, voorraadbeheer, transactieve energie, enz. u RTI Connext DDS gebruikt in kritieke real-time systemen over de hele wereld, realiseren we ons dat cryptocurrency en supply chain management niet hoog op uw lijst van mogelijkheden staan ​​waarvoor u mogelijk de aandacht van RTI nodig heeft.

De heimelijke maar hyperactieve onderzoeksgroep van RTI heeft samengewerkt met het Department of Energy (DOE) om te onderzoeken hoe blockchain kan worden gebruikt om industriële systemen zoals die van u te beveiligen. Hoewel we veel geavanceerde onderzoeksinspanningen hebben met het leger, de marine, de luchtmacht, DARPA, DOE en raketverdediging, is deze blog gericht op hoe ons onderzoek naar blockchain nuttig kan zijn voor uw realtime industriële systemen.

Wat is Blockchain-technologie?

Laten we, om de basis te leggen voor een discussie over industriële blockchain, eens kijken naar blockchain-technologie voor degenen onder u die er nieuw zijn. Ga naar het volgende gedeelte als je al een professional bent.

Tegenwoordig vertrouwen we onze banken, creditcardmaatschappijen, notarissen en anderen als gecentraliseerde arbiters om contracten af ​​te handelen of geld over te maken aan iemand die we schuldig zijn. Bij online gaming vertrouwen we op de gameserver als gecentraliseerde arbiter om de stand van het spel tussen alle deelnemende spelers te verbeteren op basis van de gegevens die we naar de server sturen over onze eigen acties. In industriële systemen is de centrale arbiter van de waarheid het bedrijf dat het systeem bezit en beheert. In die en vele andere domeinen beheert die centrale arbiter databases (in blockchain-taal, "ledgers") over alle gegevens binnen een bepaald systeem. Die arbiter heeft volledige controle over wat er in het grootboek wordt geschreven, inclusief de mogelijkheid om desgewenst de historie in het grootboek te wijzigen (knoeien). Kwaadwillenden zouden ook die arbiters in gevaar kunnen brengen en zo met de grootboeken kunnen knoeien. Dus een enkele arbiter (grootboekbeheerder) kan een enkel punt zijn voor het falen van de gegevensintegriteit. Blockchain-technologie is disruptief omdat dit grootboek kan worden gedistribueerd en beheerd door meerdere niet-vertrouwde en wederzijds wantrouwende partijen, terwijl ze sterke garanties bieden dat deze gedecentraliseerde oplossing behoudt de gegevensintegriteit. Elke partij die deelneemt aan gedecentraliseerd grootboekbeheer, onderhoudt en beheert een lokale kopie van het grootboek. Het aantal partijen kan sterk variëren (van enkele tot duizenden) afhankelijk van de gewenste kenmerken/gebruik van blockchain.

Dus wat sla je op in een grootboek? Eerst wordt informatie naar het grootboek geschreven in brokken die (zoals men zou kunnen raden) 'blokken' worden genoemd. Blokken zijn samengesteld uit informatie-eenheden die praktisch alles kunnen bevatten:een zakelijk of persoonlijk contract, een garantie, een verzekeringspolis, een octrooi-idee, patiëntgegevens, een bitcoin-aankoop, een foto, versleutelde persoonlijke gegevens, enz. Deze gegevens kunnen worden indien gewenst versleuteld. Voor uw industriële toepassingen is het echter waarschijnlijker dat het sensorgegevens, de systeemstatus en werkelijk alle gegevensmonsters bevat die u onveranderlijk wilt behouden. Hoe de informatie in blokken wordt opgedeeld, is echt specifiek voor de use case.

Het concept van een keten is fundamenteel voor het blockchain-ontwerp omdat elk nieuw toegevoegd blok onlosmakelijk afhankelijk is van het vorige blok, dat zelf afhankelijk is van het vorige blok - en zo een logische keten vormt. Een tegenstander die de inhoud van een in het verleden geregistreerd blok wil wijzigen, moet dan ook alle sinds het begin geregistreerde blokken wijzigen, in alle gedistribueerde exemplaren van de keten. De cryptografische technologie die wordt gebruikt in blockchains maakt veranderingspogingen duidelijk zichtbaar; in combinatie met gedistribueerde replicatie van het grootboek maakt het het "herschrijven van de geschiedenis" bijna onmogelijk. Een aanvaller zou alle (of de meeste) kopieën tegelijk moeten herschrijven.

Wanneer heb je blockchain nodig?

Blockchains zijn toepasbaar in situaties waarin twee of meer gedistribueerde groepen elkaar niet vertrouwen of vertrouw geen gecentraliseerde arbiter, maar waar iedereen belang heeft bij het onveranderlijk vastleggen van gegevens of de statusovergang van een systeem (bijvoorbeeld een spel, uw bankrekening, enz.). In systemen waarbij slechts één partij betrokken is, is een dergelijke gedecentraliseerde arbitrage daarentegen geen probleem. Als het binnen een bedrijf bijvoorbeeld gaat om ervoor te zorgen dat er niet met historische gegevens wordt geknoeid, kan een veilige alleen-schrijven-database (met behulp van eenmalig schrijven-schijven) voldoende zijn. Dus als uw applicaties geen problemen hebben met een enkele centrale arbiter, als er geen wantrouwen is ten opzichte van de gegevens, dan is blockchain misschien niet nodig. Als u echter meerdere bedrijven heeft die zaken doen, zoals in een toeleveringsketen of op een booreiland, kunt u zich afvragen of de gegevens wel te vertrouwen zijn.

Traditionele Transactionele Blockchain

Nu, in misschien wel de meeste gevallen waar je over hebt gelezen, draait blockchain om het actief registreren van transacties , d.w.z. een transactionele blockchain. De bedoeling van deze blockchain-use case is om de overgang van een systeem van de ene staat naar de andere onveranderlijk vast te leggen en vol te houden. In het domein van financiële transacties zijn deze toestandsovergangen bijvoorbeeld wijzigingen in rekeningsaldi wanneer overdrachten plaatsvinden. Dit is de reden waarom de gegevensopslag een grootboek wordt genoemd en geen database.

Wat belangrijk is om te begrijpen, is dat de toestand van het systeem niet vooruitgaat tenzij/totdat een transactie wordt geaccepteerd en in de keten wordt opgeslagen. Bovendien, als transacties kunnen concurreren (zoals zorgen over dubbele besteding van Bitcoins), dan zal het latenties introduceren in processen die moeten worden verantwoord. Als extreem voorbeeld, in Bitcoin, kan men "om veilig te zijn" tot een uur wachten om ervoor te zorgen dat een transactie is doorgekomen. Hoewel het invoegen van een transactie-blockchain absoluut in sommige industriële use-cases past (zij het met veel kleinere latenties), laten we deze discussie en zijn oplossingen uitstellen naar een toekomstige blog.

Blockchain voor industriële systemen

In de use case waar ik me hier op concentreer, halen we specifieke gegevens van de beveiligde Connext Databus en slaan deze rechtstreeks op in de blockchain. We verzamelen gegevens selectief en slaan deze onveranderlijk op in verschillende afzonderlijk eigendom en beveiligde grootboeken. Er is geen concept van een transactie omdat we niet proberen de toestand van het systeem te controleren, we observeren het alleen. Dit is vergelijkbaar met niet-realtime use-cases voor het opslaan van zaken als octrooi-ideeën, patiëntgegevens en contracten op een blockchain. Hoewel slimme contracten kunnen worden gebruikt, maken ze geen deel uit van het gegevensvalidatieproces om te bepalen of de gegevens aan de keten worden toegevoegd of niet.

Voor realtime industriële toepassingen is het belangrijk dat de blockchain geen deel uitmaakt van de procesbesturingsketen en dus geen latentie injecteert. Deze toepassing van de technologie vereiste speciaal hiervoor een uniek blockchain-ontwerp. Ons ontwerp is veel bevorderlijker voor implementatie in realtime industriële systemen, omdat we de beruchte latenties en transactionele aard waar blockchains om bekend staan, kunnen elimineren (met behoud van consistentie). Voor veel gebruikssituaties, elke geïntroduceerde latentie kan een dealbreaker zijn voor hun adoptie.

Dit paradigma is ideaal voor een volledig gedecentraliseerde en veilige industriële databus zoals DDS. Het is vrij eenvoudig om dit type blockchain te integreren - zelfs in een volledig operationeel systeem zonder downtime . Hoe u een blockchain in uw systeem kunt gebruiken, wordt zowel bepaald door het ontwerp als door de use case die u wilt oplossen.

Lees deel 2 terwijl ik inga op hoe we blockchain hebben toegepast op een olie- en gasgebruiksscenario. Ik verdiep me ook in een specifiek prototype dat we hebben geïmplementeerd en leg uit waarom blockchain slechts een deel van het antwoord is.