■ 尚 勇 付 玉/中國(guó)航發(fā)研究院
區(qū)塊鏈?zhǔn)钱?dāng)下被談?wù)摰米疃嘁彩亲顭衢T的話題之一。區(qū)塊鏈的優(yōu)勢(shì)在于提升協(xié)同效率、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、降低運(yùn)營(yíng)成本,有著較為廣闊的應(yīng)用前景。區(qū)塊鏈技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造過(guò)程、供應(yīng)鏈管理及售后服務(wù)中的應(yīng)用值得期待。
斯圖爾特·哈伯(Stuart Haber)與W.斯科特·斯托尼塔(W.Scott Stornetta)于1997年提出用時(shí)間戳確保數(shù)字文件安全的協(xié)議,成為公認(rèn)的區(qū)塊鏈技術(shù)的最早應(yīng)用。從2009年起,隨著比特幣的大熱,區(qū)塊鏈作為比特幣的底層技術(shù),逐漸引起了人們的重視。
區(qū)塊鏈的底層算法和具體實(shí)現(xiàn)方案很復(fù)雜,但其思想相對(duì)簡(jiǎn)單。也就是說(shuō),區(qū)塊鏈?zhǔn)侵竿ㄟ^(guò)去中心化和去信任化的方式來(lái)集體維護(hù)一個(gè)可靠數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)方案。區(qū)塊鏈中的區(qū)塊,是指使用密碼學(xué)方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)塊,每個(gè)數(shù)據(jù)塊中包含了一段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)信息交流的全部數(shù)據(jù)及其有效性的確認(rèn)信息;多個(gè)區(qū)塊按照時(shí)間順序疊加成鏈,形成永久的、不可篡改的記錄。簡(jiǎn)單地說(shuō),當(dāng)一筆交易產(chǎn)生時(shí),會(huì)先被廣播到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)將該筆交易的哈希(Hash)值收到自己的區(qū)塊中進(jìn)行工作量證明(PoW)的計(jì)算,并由最快算出結(jié)果的節(jié)點(diǎn)來(lái)驗(yàn)證交易;驗(yàn)證交易的節(jié)點(diǎn)將自己的區(qū)塊廣播給其他節(jié)點(diǎn),其他節(jié)點(diǎn)會(huì)確認(rèn)這個(gè)區(qū)塊所包含的交易是否有效,驗(yàn)證成功后,該區(qū)塊被區(qū)塊鏈所接受,蓋上時(shí)間戳后將無(wú)法再進(jìn)行更改。區(qū)塊鏈技術(shù)通過(guò)全民參與,共同維護(hù)的方法,保證了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一致性、安全性和實(shí)時(shí)性。
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)需要建立在一個(gè)中心服務(wù)器上,數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫權(quán)限集中在一個(gè)公司或一個(gè)控制中心上。而在區(qū)塊鏈中,任何有能力架設(shè)服務(wù)器的人都可以參與其中,成為這個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn);一旦加入,該節(jié)點(diǎn)享有同其他所有節(jié)點(diǎn)完全一樣的權(quán)利與義務(wù),分布式存儲(chǔ)機(jī)制使網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。去中心化的處理方式會(huì)節(jié)約很多資源,使得整個(gè)交易自主化、簡(jiǎn)單化,并且排除了被中心化代理控制的風(fēng)險(xiǎn),防止單點(diǎn)故障,降低了系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)和監(jiān)管成本。
通常情況下,兩個(gè)互不認(rèn)識(shí)和缺乏信任的人要達(dá)成合作是很難的,必須要依靠第三方。比如支付行為,任何一種轉(zhuǎn)賬必須要有銀行或者支付寶這樣的機(jī)構(gòu)存在,但有了區(qū)塊鏈技術(shù)后,網(wǎng)絡(luò)上的交易行為對(duì)所有節(jié)點(diǎn)公開(kāi)透明,并形成對(duì)所有人可見(jiàn)的不可更改的共享記錄。原來(lái)由權(quán)威中心構(gòu)建的信用機(jī)制被無(wú)數(shù)個(gè)平等個(gè)體組成的新的信用體系所代替。比特幣是人類第一次實(shí)現(xiàn)在沒(méi)有任何中介機(jī)構(gòu)參與的情況下,完成雙方可以互信的轉(zhuǎn)賬行為,并從運(yùn)行之初起從未出現(xiàn)過(guò)大的漏洞。它打破了傳統(tǒng)紙幣的“暗黑”盒子,讓每一筆交易的動(dòng)向都清清楚楚有“鏈”可查,同時(shí)還可以保護(hù)參與者的隱私,這是區(qū)塊鏈所帶來(lái)的重大突破。
三種不同形式的區(qū)塊鏈對(duì)比分析
區(qū)塊鏈采取單向哈希算法,每個(gè)經(jīng)過(guò)共識(shí)的新產(chǎn)生的區(qū)塊都被蓋上時(shí)間戳,并嚴(yán)格按照時(shí)間順序推進(jìn),時(shí)間的不可逆性導(dǎo)致任何試圖入侵篡改區(qū)塊鏈內(nèi)數(shù)據(jù)的行為都很容易被追溯,導(dǎo)致被其他節(jié)點(diǎn)所排斥,從而可以限制不法行為。
隨著區(qū)塊鏈技術(shù)在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用的探索,區(qū)塊鏈的部署方式也出現(xiàn)了創(chuàng)新。除了向所有人開(kāi)放的共有鏈(比如比特幣)外,按照去中心化程度和開(kāi)放權(quán)限的不同,還衍生出聯(lián)盟鏈和私有鏈。聯(lián)盟鏈采取多中心式,參與成員是預(yù)先根據(jù)一定特征所設(shè)定的。聯(lián)盟鏈更容易進(jìn)行控制權(quán)限設(shè)定,擁有更高的應(yīng)用可擴(kuò)展性;私有鏈沒(méi)有去中心,但具有分布式特點(diǎn),由中心控制者制定可以嚴(yán)格控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)的訪問(wèn)權(quán)限。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展,每個(gè)節(jié)點(diǎn)的讀寫權(quán)限將會(huì)更加復(fù)雜,將會(huì)出現(xiàn)更多類型的區(qū)塊鏈,以適應(yīng)區(qū)塊鏈技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。
區(qū)塊鏈技術(shù)以極低的成本解決了信任與價(jià)值的可靠性傳遞難題,具有去中心化、開(kāi)放性、自治性的特點(diǎn),可以構(gòu)建一個(gè)更加共享開(kāi)放、更透明可信并可核查追溯的可靠系統(tǒng)。區(qū)塊鏈技術(shù)依靠強(qiáng)大的密碼學(xué)原理建立了一套可信的身份驗(yàn)證的工具和身份識(shí)別系統(tǒng),方便鏈上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互,各種認(rèn)證手續(xù)、審核登記等都可以通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)自動(dòng)完成,削減了中介化和制度性成本;共有鏈的開(kāi)放性使所有參與者都能及時(shí)得到最新數(shù)據(jù),能夠促進(jìn)不同開(kāi)發(fā)人員、研究人員以及機(jī)構(gòu)間的協(xié)作,相互取長(zhǎng)補(bǔ)短,從而實(shí)現(xiàn)更高效、更安全的解決方案。利用區(qū)塊鏈技術(shù),將各環(huán)節(jié)加以整合,加速流通,有效縮短價(jià)值創(chuàng)造周期。
例如,2015年10月,VISA與數(shù)字交易管理公司DocuSign聯(lián)合推出概念證明項(xiàng)目,使用區(qū)塊鏈技術(shù)記錄、保管租車數(shù)據(jù),推動(dòng)汽車租賃過(guò)程的數(shù)字化。該項(xiàng)目在區(qū)塊鏈上為客戶創(chuàng)建數(shù)字指紋,在鏈上進(jìn)行登記,通過(guò)分布式賬本記錄交易,使租車協(xié)議、保險(xiǎn)項(xiàng)目等內(nèi)容實(shí)時(shí)更新,簡(jiǎn)化傳統(tǒng)汽車租賃過(guò)程中的繁瑣步驟;被研究者廣泛采用的Wolfram Mathematica計(jì)算機(jī)代數(shù)系統(tǒng)也正在支持一個(gè)叫做Multichain的開(kāi)源區(qū)塊鏈平臺(tái)的建設(shè)。在Multichain平臺(tái)上,科學(xué)家可以上傳數(shù)據(jù)到一個(gè)共享的開(kāi)放工作區(qū)里,而這個(gè)工作區(qū)不被任何具體的用戶控制,能夠可靠地收集和保存與研究活動(dòng)有關(guān)的數(shù)據(jù)。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用,數(shù)以千億計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的管理和維護(hù)將會(huì)給生產(chǎn)商、運(yùn)營(yíng)商和用戶帶來(lái)巨大的成本壓力。目前的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基本上都是采用中心化的體系結(jié)構(gòu),所有的數(shù)據(jù)流都匯總到單一的中心控制系統(tǒng),中心化服務(wù)器需要付出的計(jì)算、存儲(chǔ)和帶寬成本也會(huì)達(dá)到無(wú)法負(fù)擔(dān)的程度。在去中心化的物聯(lián)網(wǎng)愿景中,區(qū)塊鏈?zhǔn)前l(fā)生互動(dòng)的設(shè)備之間促進(jìn)交易處理和協(xié)作的框架,網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備都是可以作為一個(gè)獨(dú)立、微型的商業(yè)主體運(yùn)行,并通過(guò)設(shè)備間的彼此交流,構(gòu)建一個(gè)權(quán)力分散且完全自治的系統(tǒng)。IBM研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)使用區(qū)塊鏈技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)分布式平臺(tái) “去中心化P2P自動(dòng)遙測(cè) ”(Automous Decentralized Peer-to-Peer Telemetry ,ADEPT)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以讓物聯(lián)網(wǎng)里的各種設(shè)備自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),并在需要的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享,互聯(lián)互通。當(dāng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)出故障時(shí)可以自動(dòng)發(fā)送信號(hào),并可以自動(dòng)更新軟件,甚至設(shè)備本身可以通過(guò)ADEPT來(lái)與周邊的設(shè)備“溝通”,從而提高能源的利用效率。在ADEPT系統(tǒng)中,當(dāng)數(shù)十億個(gè)設(shè)備自動(dòng)交互信息時(shí),區(qū)塊鏈將發(fā)揮分布式賬本的作用,通過(guò)在系統(tǒng)中植入?yún)f(xié)議還可以大大降低?ADEPT系統(tǒng)作為設(shè)備間的溝通橋梁時(shí)的成本。
區(qū)塊鏈技術(shù)在供應(yīng)鏈管理中可能的應(yīng)用范圍(來(lái)源:IFS實(shí)驗(yàn)室)
現(xiàn)代企業(yè)的供應(yīng)鏈不斷延長(zhǎng),出現(xiàn)零碎化、復(fù)雜化、地理分散化等特點(diǎn),給供應(yīng)鏈管理帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。核心企業(yè)對(duì)于供應(yīng)鏈的掌控能力有限,同時(shí)對(duì)假冒商品的追溯和防范也存在很大的難度。作為一種分布式賬本技術(shù),區(qū)塊鏈能夠確保透明度和安全性,也顯示出了解決當(dāng)前供應(yīng)鏈所存在問(wèn)題的潛力。由于數(shù)據(jù)在交易各方之間公開(kāi)透明,從而在整個(gè)供應(yīng)鏈條上形成一個(gè)完整且流暢的信息流,確保參與各方及時(shí)發(fā)現(xiàn)供應(yīng)鏈系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題,并有針對(duì)性地提出解決問(wèn)題的方法,進(jìn)而提升供應(yīng)鏈管理的整體效率。區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的數(shù)據(jù)不可篡改性和時(shí)間戳的存在性證明的特質(zhì),能很好地應(yīng)用于解決供應(yīng)鏈體系內(nèi)各參與主體之間的糾紛,實(shí)現(xiàn)輕松舉證與追債。
區(qū)塊鏈技術(shù)還可以用于產(chǎn)品防偽,數(shù)據(jù)不可篡改與交易可追溯兩大特性相結(jié)合,可根除供應(yīng)鏈內(nèi)產(chǎn)品流轉(zhuǎn)過(guò)程中的假冒偽劣問(wèn)題。倫敦的區(qū)塊鏈初創(chuàng)企業(yè)Provenance為企業(yè)提供供應(yīng)鏈溯源服務(wù),通過(guò)區(qū)塊鏈上記錄零售用楹聯(lián)上的全流程信息,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品材料、原料和產(chǎn)品的起源和歷史等信息的檢索和追蹤,提升供應(yīng)鏈上信息的透明度和真實(shí)性。通過(guò)Provenance的區(qū)塊鏈平臺(tái),整合產(chǎn)品制造、運(yùn)輸、交易環(huán)節(jié)過(guò)程中的全部信息,重建供應(yīng)鏈條中的信用體系,促進(jìn)體系的良性發(fā)展。
雖然近期關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)的探討如日中天,但是距離實(shí)際的應(yīng)用尚需時(shí)日。同時(shí),該技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于探索階段。
面對(duì)日益增長(zhǎng)的人工成本和生產(chǎn)壓力,越來(lái)越多的制造領(lǐng)域開(kāi)始推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)巨頭GE公司推出全球第一個(gè)工業(yè)數(shù)據(jù)收集與分析平臺(tái)Predix,并將其打造成為綜合性工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái);2017年年底,羅羅公司也宣布與印度塔塔咨詢服務(wù)公司合作,搭建自己的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。
隨著智能設(shè)備呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速可靠傳輸及存儲(chǔ)成為制約物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一大因素。目前的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)使用“云管端”網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu),所有的設(shè)備都是通過(guò)云服務(wù)器連接。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大,中心化云服務(wù)器、大型服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施和維護(hù)將占用高昂成本;不同信任域下的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)由于安全問(wèn)題和系統(tǒng)可靠性的束縛,依然采用集中服務(wù)器的間接訪問(wèn)方式,無(wú)法實(shí)現(xiàn)有價(jià)值的直接互聯(lián)互通。
而區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式架構(gòu)使鏈上的每個(gè)生產(chǎn)設(shè)備都作為一個(gè)獨(dú)立的主體運(yùn)行,整個(gè)解決方案不需要引入大型數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)同步和管理控制,降低物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)成本;不同所有者的生產(chǎn)設(shè)備可以通過(guò)加密協(xié)議傳輸數(shù)據(jù),連入其中的設(shè)備安全高效地點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接通信,并通過(guò)智能合約,使設(shè)備在給定的規(guī)則邏輯下進(jìn)行自主協(xié)作:每個(gè)設(shè)備可以自主地根據(jù)區(qū)塊鏈上的最新數(shù)據(jù)和自身工況決定自己下一步的動(dòng)作;多個(gè)設(shè)備彼此協(xié)同,減少中間環(huán)節(jié)提高能源利用率等,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程智能化管理。
區(qū)塊鏈在航空發(fā)動(dòng)機(jī)全生命周期管理中的應(yīng)用(來(lái)源:IFS實(shí)驗(yàn)室)
當(dāng)飛機(jī)從一個(gè)運(yùn)營(yíng)商轉(zhuǎn)手給另一個(gè)運(yùn)營(yíng)商時(shí),很大一部分工作是創(chuàng)建、存儲(chǔ)、管理、運(yùn)輸和驗(yàn)證飛機(jī)及其部件的記錄,使之符合安全、飛機(jī)價(jià)值和適航標(biāo)準(zhǔn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)交付也是如此,而且文檔驗(yàn)證所用的時(shí)間可能會(huì)拖延產(chǎn)品的轉(zhuǎn)手,同時(shí)也會(huì)影響收益,一些無(wú)法驗(yàn)證的記錄需要返工。區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用,可以構(gòu)建起可靠的信任協(xié)議,在保證最終驗(yàn)證結(jié)果的前提下減少中間環(huán)節(jié),降低交易成本,使供應(yīng)商、集成商、航空公司及維修人員均從中獲益。
區(qū)塊鏈技術(shù)可以建立起完整而流暢的信息流,存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件的所有生產(chǎn)及維修信息:產(chǎn)品的產(chǎn)地,哪家航空公司用了多少小時(shí),何時(shí)發(fā)生失效,誰(shuí)修理了它,什么時(shí)候等。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)授權(quán)的人員手動(dòng)輸入,也可通過(guò)ERP系統(tǒng)或維修管理系統(tǒng)導(dǎo)入;信息一旦輸入,便發(fā)布給區(qū)塊鏈的所有參與者,可以有效避免由于潛在失效或網(wǎng)絡(luò)攻擊造成的數(shù)據(jù)丟失或篡改。零部件安裝和修理的數(shù)據(jù)可以建立起一個(gè)完整的維修歷史,可以對(duì)部件從“生”至“死”進(jìn)行跟蹤,給售后服務(wù)市場(chǎng)帶來(lái)巨大的變化:一個(gè)部件進(jìn)入供應(yīng)鏈,就可以追蹤其原產(chǎn)地,以確保它不是仿制的產(chǎn)品;一個(gè)部件發(fā)生了故障,技術(shù)人員可以用歷史記錄和飛行小時(shí)數(shù)決定是對(duì)零件進(jìn)行更換還是修理。目前,IFS,Accenture, SITA 和微軟等公司都在積極探索區(qū)塊鏈技術(shù)在維修業(yè)的應(yīng)用,其中微軟公司與VISEO咨詢公司合作開(kāi)發(fā)出基于區(qū)塊鏈的數(shù)字維修日志,法國(guó)汽車制造商雷諾公司已經(jīng)宣布使用該平臺(tái)并從中受益。
區(qū)塊鏈技術(shù)中已經(jīng)提出了多種共識(shí)機(jī)制,最常見(jiàn)的是工作量(PoW)證明,即通過(guò)計(jì)算哈希值來(lái)爭(zhēng)取記錄權(quán)。但隨著數(shù)學(xué)、密碼學(xué)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,這些共識(shí)機(jī)制對(duì)安全的保障性越來(lái)越脆弱。2017年,美國(guó)谷歌公司安全研究團(tuán)隊(duì)宣布通過(guò)哈希碰撞,在國(guó)際上首次利用非窮舉方案成功破解安全哈希算法-1(SHA-1),終結(jié)了哈希算法的安全神話。此次破解對(duì)政府、銀行及軍事部門等機(jī)構(gòu)內(nèi)眾多采用SHA-1加密機(jī)制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)造成重要影響。而量子計(jì)算機(jī)等新的計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,對(duì)區(qū)塊鏈中的非對(duì)稱加密算法也有一定的威脅。
在供應(yīng)鏈管理中,很多企業(yè)嘗試用區(qū)塊鏈技術(shù)做產(chǎn)品的溯源系統(tǒng),并且認(rèn)為區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)都是真實(shí)可信的。在這種應(yīng)用中,區(qū)塊鏈實(shí)際上是被當(dāng)做一個(gè)底層的存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)使用,它的時(shí)間戳和共識(shí)機(jī)制可以保證傳到鏈上的數(shù)據(jù)不被篡改,保證所有節(jié)點(diǎn)上數(shù)據(jù)的一致性,但是無(wú)法保證一開(kāi)始傳到鏈上的數(shù)據(jù)是真實(shí)的。而在這種類型的應(yīng)用中,輸入數(shù)據(jù)的真實(shí)性才是關(guān)鍵。一旦錯(cuò)誤的信息被加入鏈中,后續(xù)修改的過(guò)程會(huì)付出很大代價(jià),甚至?xí)拐麠l記錄失效。
每架A350上有超過(guò)6000個(gè)傳感器,每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量多達(dá)2.5TB。預(yù)計(jì)到2020年,這個(gè)數(shù)字還會(huì)再擴(kuò)大3倍。再加上其零部件的生產(chǎn)流通等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù),即使是航空發(fā)動(dòng)機(jī)這一單一部件,也會(huì)產(chǎn)生驚人的數(shù)據(jù)量。而區(qū)塊鏈技術(shù)如果應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)的全生命周期管理中,必然會(huì)要求大多數(shù)環(huán)節(jié)都能知悉整條鏈上的數(shù)據(jù),這就對(duì)區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的所有權(quán),特別是數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)藏的信息的所有權(quán),提出了疑問(wèn)。
一種樂(lè)觀的預(yù)測(cè)認(rèn)為,到2025年之前,全球GDP總量的10%將利用區(qū)塊鏈技術(shù)儲(chǔ)存?,F(xiàn)在,區(qū)塊鏈經(jīng)濟(jì)已處于爆發(fā)的前夜,金融行業(yè)的探索領(lǐng)先一步,而其他行業(yè)的應(yīng)用正在快速展開(kāi)。隨著央行對(duì)區(qū)塊鏈的重視加深、來(lái)自國(guó)外最新科技進(jìn)展的溢出效應(yīng)、海外以太坊作為區(qū)塊鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸確認(rèn)、伴以區(qū)塊鏈應(yīng)用的更加成熟,區(qū)塊鏈有望成為“互聯(lián)網(wǎng)+”后的下一個(gè)熱捧對(duì)象,其發(fā)展動(dòng)態(tài)值得關(guān)注。