Blockchain in Industrial IoT: Fundamenten en Toepassingen – Deel 1

Naarmate 2018 zich neigt, naderen blockchain de „trough of disillusionment” van de Gartner Hype Cycle. Hoewel die term dreigend klinkt, domineert de technologie nog steeds de koppen. Voor velen is blockchain een krachtig tool die wacht op de juiste industrie-fit.

Cryptocurrency blijft het meest zichtbare use case, maar het enorme energieverbruik en volatiliteit houden veel ingenieurs ervan af te vragen of het relevant is. In tegenstelling daarmee nemen industriële sectoren geleidelijk blockchain op voor supply-chain traceerbaarheid, voorraadinformatie en transactieve energiemanagement. Als u RTI Connext DDS gebruikt in mission-critical real-time systemen, zult u merken dat cryptocurrency en supply-chain functies doorgaans niet de primaire drijfveren zijn voor uw use cases.

RTI's toegewijde onderzoeksploeg heeft samengewerkt met het Department of Energy om te verkennen hoe blockchain industriële systemen kan beveiligen. Ons werk omvat het leger, de marine, de luchtmacht, DARPA, DOE en Missile Defense, maar dit artikel richt zich op de implicaties voor real-time industriële omgevingen.

Wat is Blockchain-technologie?

Blockchain verdeelt ledger-controle over meerdere, vaak onvertrouwde, deelnemers, wat een single point of failure elimineert. Elke deelnemer onderhoudt een lokale kopie van de ledger, en alle blokken zijn cryptografisch gekoppeld, wat zorgt dat manipulatie het wijzigen van elke kopie tegelijkertijd vereist.

Data wordt opgeslagen in blokken die vrijwel elke informatie kunnen bevatten – van contracten en patenten tot sensorwaarden en systeemstatussen. In industriële contexten zijn de meest voorkomende entries sensordata, operationele logs en configuratiesnapshots, allemaal onveranderlijk bewaard.

Het kettenontwerp dwingt elk nieuw blok zijn voorganger te refereren, wat een tamper-evident historie creëert. Elke poging om eerdere blokken te wijzigen zou het herschrijven van de hele ketting op alle nodes vereisen – een onmogelijke computationele klus.

Wanneer is Blockchain nodig?

Blockchain schittert wanneer meerdere autonome entiteiten een gedeeld, tamper-proof record nodig hebben zonder te vertrouwen op een centrale arbiter. In single-party scenario's kan een write-once database volstaan. Maar in multi-company ecosystemen – zoals supply chains, joint ventures of gedeelde industriële faciliteiten – kan blockchain de benodigde dataintegriteit bieden.

Traditionele Transactionele Blockchain

Meeste publieke blockchains registreren transacties – state changes die onveranderlijk worden vastgelegd. De ledger vordert alleen als een transactie gevalideerd en toegevoegd is. Dit model introduceert latentie, vooral wanneer transacties om opname concurreren, zoals te zien is in Bitcoin's typische één-uur bevestigingsvenster.

Hoewel transactionele blockchains bij sommige industriële use cases passen, kan hun latentie prohibitief zijn voor real-time toepassingen. We zullen oplossingen voor deze uitdaging in volgende posts verkennen.

Blockchain voor Industriële Systemen

Onze focus ligt op het opnemen van specifieke data van de beveiligde Connext DataBus en het direct wegschrijven naar afzonderlijke, onafhankelijk bezitte ledgers. Aangezien we het systeem alleen observeren in plaats van de state te controleren, is er geen transactieconflict en is latentie verwaarloosbaar.

Door een blockchain te ontwerpen die buiten de control-flow-pad werkt, elimineren we de traditionele knelpunten geassocieerd met transactievalidatie. Deze architectuur is goed geschikt voor real-time industriële omgevingen, waarborgend dataintegriteit zonder prestaties op te offeren.

Het integreren van deze blockchain-laag in een bestaande DDS-implementatie is eenvoudig en kan zonder downtime worden uitgevoerd. De keuze van blockchain-ontwerp en het specifieke use case bepalen de optimale implementatiestrategie.

In Deel 2 duiken we in een Oil & Gas use case, detailleren een prototype-implementatie en leggen uit waarom blockchain slechts één onderdeel van de oplossing is.