Blockchainpotentie in Industriële Automatisering: Kansen en Obstakels

Het vorige artikel legde uit hoe blockchain werkt, waarom het veilig is, en introduceerde het gebruik van blockchain voor logistiek, zoals de toeleveringsketen en asset tracking. In dit artikel zullen we doorgaan met het geven van voorbeelden en potentiële toepassingen voor blockchain in industriële automatisering.

Blockchain en IoT

Het Internet of Things (IoT) heeft miljoenen toepassingen wereldwijd, maar heeft tegelijkertijd veel beveiligingsrisico's onthuld. We horen vaak in het nieuws dat kwaadwillende actoren IoT-producten zoals draadloze camera's, Amazon Alexa en slimme thermostaten hebben gehackt en data hebben gestolen.

Blockchain kan helpen de kloof in de beveiligingstekortkoming voor IoT-toepassingen te dichten. Veel IoT-toepassingen gebruiken MQTT voor communicatie. MQTT kan beveiligd worden door blockchain-gebaseerde OTP (eenmalig wachtwoord) authenticatie in het schema te introduceren.

In figuur 1 registreert een gebruiker een extern apparaat bij de broker door een authenticatieverzoek te sturen naar de broker met behulp van een lokaal apparaat. De broker genereert een transactie en initieert de functie van een slim contract. Vervolgens genereert het een OTP en stuurt het terug naar de gebruiker. Daarna publiceert de gebruiker de OTP op de blockchain om de authenticiteit van hun authenticatieverzoek te demonstreren.

Omdat de OTP een vervaldatum heeft, moet de gebruiker het slimme contract aanroepen vanaf het lokale apparaat om te verifiëren dat de OTP niet verlopen is. Eenmaal de OTP gevalideerd is, haalt het externe apparaat het op van de blockchain en stuurt het naar de broker. Ten slotte haalt de broker de OTP op van de blockchain en keurt de apparaatregistratie goed.

Al de bovenstaande communicaties worden uitgevoerd via de Ethereum-gateway, en de IoT-toepassing werkt om de OTP te genereren en te verifiëren en te communiceren met de Ethereum-gateway.

Industriële Controlesysteem (ICS) Cyberbeveiliging met Blockchain

Een andere methode om toegangskontrole tot IoT-apparaten en hun data te beveiligen, is het gebruik van blockchain om de apparaatlijst en transacties op te slaan. De blockchain kan worden ontworpen op een Ethereum-platform met behulp van Truffle Suite. Truffle Suite is een tool die wordt gebruikt om slimme contracten te creëren met behulp van de Ethereum Virtual Machine (EVM). Het creëert een record-tracking en onveranderlijke database voor authenticatiedoeleinden en om transacties veilig te houden. De data in de onveranderlijke database kan niet worden verwijderd of bijgewerkt.

De gecreëerde Ethereum-blockchain is een privénetwerk achter een firewall, en de server communiceert met de Ethereum-blockchain met behulp van HTTPGet- en HTTPPost-methoden. Het slimme contract is ontworpen om elke transactie telkens te authenticeren. Ethereum-blockchain wordt gebruikt voor het private blockchain-netwerk, en Java-gebaseerde Solidity definieert de contracten.

Blockchain en Procesbesturing

Een blockchain-gebaseerde verticale integratie-architectuur voor een procesautomatiseringssysteem (PAS) kan een industriële proces controleren en monitoren. Een verticale integratie verzamelt data op het laagste veld- en apparateniveau en stelt de informatie in staat om naar het hoogste niveau te reizen. En vice versa, van het hoogste niveau naar de veldapparaten zoals het wijzigen van setpoints voor regellussen.

Gedecentraliseerde blockchain-gebaseerde netwerkarchitectuur kan worden geïmplementeerd in de verticale integratie van PAS-hiërarchieniveaus, die parallel werkt met het real-time systeem. Dit introduceert de blockchain in de taakorders zoals compilatie, uitvoering en monitoring, uitgevoerd door de operator op het human-machine interface (HMI) niveau.

Zoals getoond in figuur 2, wordt het blockchain-netwerk gebruikt als middleware om het corporate management, plant management en supervisieniveaus te verbinden, waarbij elk niveau fungeert als een blockchain-client en op een gedecentraliseerde manier met elkaar interactie heeft.

Procesbesturingsniveau-apparaten bemiddelen communicatie tussen veldapparaten en sensoren via de programmeerbare logische controller (PLC). Het communiceert ook met de drie niveaus van de PAS via slimme contracten die taakuitvoering en ruwe data-verzameling definiëren, en toegangskontrole en beveiligingsbeheer uitvoeren. De informatie kan zakelijke en productiebesluitvorming ondersteunen.

In deze architectuur worden de PLC-apparaatbeheer- en controle-informatie opgeslagen in de ledgers in het blockchain-netwerk waar transacties worden gevalideerd. Elke transactie wordt geïdentificeerd door een uniek adres en slaat alle relevante informatie op die moet worden uitgewisseld tussen verschillende niveaus in de PAS.

De Uitdagingen voor Blockchain

Ondanks het succes van blockchain-gebaseerde netwerken in cryptocurrency, kan blockchain niet zomaar gekopieerd en geplakt worden in andere industriële toepassingen. Hieronder staan enkele van de uitdagingen die blockchain-ontwikkelaars moeten overwegen voor het succesvol integreren van blockchain in industriële automatiserings- en productietoepassingen.

• Blockchain miner: In cryptocurrency worden miners geldelijk beloond wanneer ze een complexe wiskundige vergelijking oplossen. In een industriële toepassing zullen de taken van de miner moeten worden vervangen door computationele processen of eenheden om deze intensieve verantwoordelijkheden uit te voeren. Dit zal de omvang en benodigde resources vergroten, en dus de kosten om het IoT- of controlenetwerk te bouwen.
• Beveiliging: We horen nog altijd af en toe in het nieuws dat hackers hun weg vinden in het leegmaken van cryptocurrency-gebruikersaccounts. Er zijn enkele beveiligingslekken in het blockchain-netwerk. De gedecentraliseerde aard van blockchain kan de beveiliging vergroten, maar creëert ook meer doelen voor hackers om te misbruiken. Onderzoekers moeten een betere manier vinden om de beveiliging in de protocol-laag te verhogen.
• Snelheid: De tijd om 1 Bitcoin te minen is 10 minuten vanwege de complexiteit van het algoritme en de tijd die het nodig heeft om het mining-netwerk te doorlopen. Dit mag prima zijn in een financiële markt, maar is misschien niet haalbaar voor een real-time controlsysteem. Onderzoekers zullen bandbreedte moeten vergroten, versleutelingssnelheid verhogen en verspilling van rekenkracht reduceren voor blockchain om meer toepasbaar te zijn in industriële toepassingen.
• Trage adoptie: Blockchain is een ecosysteem dat brede adoptie vereist om effectief te werken. Bijvoorbeeld, tracking en tracing in toeleveringsketennetwerken zou niet alleen vereisen dat een organisatie een blockchain-netwerk adopteert, maar ook dat haar leveranciers adopteren. Bedrijven neigen ertoe langzaam nieuwe technologieën te adopteren wanneer ze consensus met anderen moeten bereiken. Verschillende zakelijke entiteiten moeten samenwerken en elkaar vertrouwen om compatibele blockchains te vormen waar beveiliging en transacties naadloos onder elkaar werken.
• Geschikte ontwikkelaars: Blockchain is een opkomende technologie. De vaardigheden die nodig zijn om het te ontwikkelen en te beheersen, zijn niet wijd beschikbaar op de markt. Het is een uitdaging voor een organisatie om blockchain-ontwikkelaars en -ingenieurs te werven, en hun salarissen zijn zeer competitief. Deze talentbarrière kan de integratie van blockchain in legacy-systemen vertragen. Echter, zoals we met andere technologieën hebben gezien, wanneer er vraag is, kunnen onderwijsinstellingen en de technische gemeenschap helpen op te vangen en voldoende getrainde werknemers te leveren.

Ondanks dat er uitdagingen lijken te zijn met blockchain, is het goede nieuws dat er veel werk in uitvoering is om deze tekortkomingen te bestrijden. Organisaties en technologieleiders hebben de voordelen en potentiën van blockchain herkend, en ze investeren in deze technologie. Zoals met andere nieuwe technologiën, zal er tijd zijn voor blockchain om een rigoureuze uitdaging te ondergaan voordat het een mainstream-adoptie wordt.

Alleen de tijd kan vertellen of cryptocurrency een boem of bust is. Maar de blockchain-technologie die het helpt creëren, zal zijn waarde lang behouden in de industriële toepassingsarena.