曹玉紅 荊博

摘? ?要： 為解決企業(yè)聯(lián)盟因缺少安全可信第三方導(dǎo)致的協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)發(fā)展相對(duì)滯后、應(yīng)用模式可靠性弱等問(wèn)題，提出建立基于區(qū)塊鏈的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)協(xié)同架構(gòu)。利用區(qū)塊鏈去中心化、數(shù)據(jù)不可篡改的特性，形成了企業(yè)協(xié)同的四層結(jié)構(gòu)——控制層、標(biāo)識(shí)層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層;提出并梳理了應(yīng)用層的多種企業(yè)協(xié)同應(yīng)用模式，如賬務(wù)審計(jì)、聯(lián)邦學(xué)習(xí)等;討論了應(yīng)用模式在跨鏈交易、安全隱私、可擴(kuò)展性、監(jiān)管方面面臨的挑戰(zhàn)，提出了應(yīng)對(duì)舉措。對(duì)促進(jìn)企業(yè)聯(lián)盟間深度融合、構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)起到了推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞： 區(qū)塊鏈;工業(yè)互聯(lián)網(wǎng);企業(yè)聯(lián)盟;企業(yè)協(xié)同;賬務(wù)審計(jì)

中圖分類號(hào)：TP399? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2095-8412 （2020） 06-092-07

工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http：//gyjs.cbpt.cnki.net? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.06.016

引言

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”這一概念起源于2013年，代表著工業(yè)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的高度融合。在工業(yè)系統(tǒng)層面，引入云計(jì)算、人工智能等技術(shù)可以使現(xiàn)有工業(yè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化，打造數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能型“智能工廠”，提升工業(yè)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率;在工業(yè)互聯(lián)層面，引入互聯(lián)網(wǎng)可以聯(lián)合獨(dú)立的“智能工廠”，將設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品和客戶緊密地連接和融合在一起，延長(zhǎng)并優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

近些年來(lái)，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛，作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)也不斷涌現(xiàn)。當(dāng)前，我國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)存量規(guī)模、年復(fù)合增長(zhǎng)率均有較大幅度的提高。根據(jù)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟2019年發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)白皮書》[1]，如圖1所示，當(dāng)前國(guó)外工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用中生產(chǎn)過(guò)程管控和設(shè)備管理服務(wù)占比73%，資源配置協(xié)同方面的應(yīng)用僅包括全流程系統(tǒng)性優(yōu)化和金融服務(wù)兩部分，且只占6%，應(yīng)用模式較為單一。這也從側(cè)面反映了目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展仍集中在“智能工廠”角度，企業(yè)聯(lián)盟中應(yīng)用平臺(tái)發(fā)展相對(duì)滯后，這使企業(yè)之間依然存在信息壁壘，在一定程度上割裂了產(chǎn)業(yè)鏈上下游生產(chǎn)要素的聯(lián)系，進(jìn)一步阻礙了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

造成以上發(fā)展困境的主要原因有兩點(diǎn)：一是缺少可信的第三方組織。由于企業(yè)之間沒(méi)有很強(qiáng)的信用連接，因此若要形成開(kāi)放共享的企業(yè)聯(lián)盟，需要可信的第三方組織，第三方組織需要公平處理企業(yè)合作中各種事項(xiàng)。但隨著企業(yè)數(shù)目逐漸增多，第三方組織可能會(huì)成為整個(gè)聯(lián)盟發(fā)展的瓶頸，所以更好的一種方式是采用去中心化的架構(gòu)。二是數(shù)據(jù)安全問(wèn)題。很多企業(yè)擔(dān)心數(shù)據(jù)在共享后會(huì)發(fā)生泄露，使數(shù)據(jù)失去價(jià)值，所以構(gòu)成聯(lián)盟的整個(gè)架構(gòu)需要對(duì)數(shù)據(jù)隱私有嚴(yán)格的保護(hù)。最近發(fā)展正盛的區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)于建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)企業(yè)協(xié)同是非常有幫助的。首先，區(qū)塊鏈技術(shù)是去中心化的，依賴共識(shí)機(jī)制在各方之間達(dá)成一致。其次，在聯(lián)盟鏈中，通過(guò)通道等技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離，能夠在保護(hù)企業(yè)數(shù)據(jù)隱私的同時(shí)實(shí)現(xiàn)企業(yè)間數(shù)據(jù)共享。

針對(duì)目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)發(fā)展相對(duì)滯后，而且應(yīng)用模式可靠性弱的問(wèn)題，本文提出了基于區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)間協(xié)同的新思路，闡述了企業(yè)間協(xié)同的四層結(jié)構(gòu)——控制層、標(biāo)識(shí)層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層，并對(duì)應(yīng)用層的每種應(yīng)用模式進(jìn)行了詳細(xì)的解釋，最后討論了應(yīng)用模式面臨的挑戰(zhàn)。

1? 理論基礎(chǔ)

1.1? 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈起源于2008年中本聰發(fā)表的一篇論文[2]，中本聰在論文中闡述了一種不可篡改的、去中心化運(yùn)行的加密貨幣—比特幣，而支撐比特幣運(yùn)行的技術(shù)模式就是區(qū)塊鏈。2013年末，Vitalik Buterin提出了以太坊的概念[3]，它是更加通用的區(qū)塊鏈的平臺(tái)，通過(guò)引入智能合約的概念豐富了比特幣的底層架構(gòu)，解決了區(qū)塊鏈只能用于記錄代幣交易記錄的問(wèn)題，使區(qū)塊鏈得以應(yīng)用于數(shù)字貨幣以外的各個(gè)領(lǐng)域。2015年，Linux基金會(huì)發(fā)起超級(jí)賬本項(xiàng)目，推進(jìn)區(qū)塊鏈數(shù)字技術(shù)和交易驗(yàn)證，促進(jìn)跨行業(yè)的區(qū)塊鏈應(yīng)用，其中Fabric是專門為商業(yè)聯(lián)盟開(kāi)發(fā)的聯(lián)盟鏈架構(gòu)，本身具有多鏈和多通道，每個(gè)通道可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求運(yùn)行不同業(yè)務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)之間的數(shù)據(jù)隔離，有效保護(hù)數(shù)據(jù)隱私。

從技術(shù)角度來(lái)看，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N基于P2P網(wǎng)絡(luò)建立的分布式共識(shí)網(wǎng)絡(luò)，集成了分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、共識(shí)機(jī)制、加密算法等多種技術(shù)。區(qū)塊鏈?zhǔn)怯梢粋€(gè)個(gè)區(qū)塊首尾相連構(gòu)成的，區(qū)塊內(nèi)部存儲(chǔ)交易信息。以比特幣為例，區(qū)塊包括區(qū)塊頭和區(qū)塊體，區(qū)塊頭包括指向前一區(qū)塊的指針、區(qū)塊哈希值等內(nèi)容，區(qū)塊體中的交易信息以默克爾樹(shù)的形式組織。比特幣中的共識(shí)機(jī)制是工作量證明機(jī)制。區(qū)塊鏈中的節(jié)點(diǎn)收集全網(wǎng)的交易信息，構(gòu)建區(qū)塊結(jié)構(gòu)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算出符合要求的區(qū)塊哈希值時(shí)，即將該區(qū)塊廣播到P2P網(wǎng)絡(luò)中，其余節(jié)點(diǎn)接收并驗(yàn)證區(qū)塊信息后，將該區(qū)塊連接到當(dāng)前區(qū)塊鏈后面，這樣全網(wǎng)區(qū)塊鏈信息重新達(dá)成一致。同時(shí)該節(jié)點(diǎn)取得記賬權(quán)，同時(shí)獲得出塊獎(jiǎng)勵(lì)，所以節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力越強(qiáng)，越可能取得記賬權(quán)。如果攻擊者想要篡改區(qū)塊鏈上的信息，其必須擁有全網(wǎng)51%的算力，這是幾乎不可能達(dá)到的。因此區(qū)塊鏈本身具有數(shù)據(jù)不可篡改性[4]。

區(qū)塊鏈因其去中心化、數(shù)據(jù)不可篡改性，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。在金融領(lǐng)域，區(qū)塊鏈用來(lái)做支付清算、構(gòu)建數(shù)字票據(jù)等;在醫(yī)療領(lǐng)域，區(qū)塊鏈用來(lái)建立安全可信的醫(yī)療數(shù)據(jù)記錄與保護(hù)機(jī)制[5];在數(shù)字內(nèi)容領(lǐng)域，區(qū)塊鏈用來(lái)做版權(quán)保護(hù)、收入分配等。得益于區(qū)塊鏈的安全、分布式特性，網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域也引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建可信互聯(lián)網(wǎng)[6]，比如PKI系統(tǒng)Blockstack[7]。

1.2? 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念在2013年被提出后就受到了很多研究者的關(guān)注，關(guān)注重點(diǎn)主要包括其體系結(jié)構(gòu)、安全隱私方面。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要突出可擴(kuò)展性、可伸縮性、模塊化和使用不同技術(shù)的異構(gòu)設(shè)備之間的互操作性[8]。而且針對(duì)一些場(chǎng)景，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還需要兼顧實(shí)時(shí)性、低能耗、健壯性等需求。在安全隱私問(wèn)題上，一方面，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行訪問(wèn)控制，保護(hù)數(shù)據(jù)不被泄露;另一方面，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)后續(xù)處理環(huán)節(jié)，也需要注意安全隱私保護(hù)[9]。

許多學(xué)者也嘗試將區(qū)塊鏈和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行結(jié)合。Wu等[10]提出了一種新的區(qū)塊鏈激勵(lì)平臺(tái)SmartRetro，該平臺(tái)可以激勵(lì)和吸引物聯(lián)網(wǎng)中更多的分布式檢測(cè)器參與到回溯性漏洞檢測(cè)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)安全反饋。Li等[11]將區(qū)塊鏈應(yīng)用到P2P的能源交易中，為解決不可信、不透明的能源交易市場(chǎng)中的安全和隱私問(wèn)題提供了新的思路。Liu等[12]采用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)采集量的最大化，采用區(qū)塊鏈技術(shù)來(lái)保證數(shù)據(jù)共享的安全性和可靠性。

盡管已經(jīng)有了部分區(qū)塊鏈和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合研究，但是其往往只關(guān)注工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的某一個(gè)領(lǐng)域，缺少對(duì)基于區(qū)塊鏈的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)協(xié)同模式的宏觀分析。因此下文對(duì)區(qū)塊鏈在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)協(xié)同應(yīng)用模式進(jìn)行分層闡述，并詳細(xì)討論上層可能的應(yīng)用。

2? 基于區(qū)塊鏈的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)協(xié)同新生態(tài)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)協(xié)同建立在聯(lián)盟鏈之上，聯(lián)盟鏈中各個(gè)企業(yè)組合為一個(gè)實(shí)體，企業(yè)之間可以自由建立各種業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)之間彼此隔離。整個(gè)應(yīng)用模式分為控制層、標(biāo)識(shí)層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層四層，如圖2所示。其中控制層對(duì)企業(yè)在標(biāo)識(shí)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層中的各種活動(dòng)進(jìn)行約束管理;標(biāo)識(shí)層為企業(yè)的產(chǎn)品提供唯一標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)作為產(chǎn)品身份體現(xiàn)在數(shù)據(jù)層企業(yè)的數(shù)據(jù)記錄中;數(shù)據(jù)層對(duì)企業(yè)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，緊密支撐上層業(yè)務(wù)應(yīng)用;應(yīng)用層是基于數(shù)據(jù)層的具體應(yīng)用模式。下面詳細(xì)介紹各層的主要內(nèi)容。

2.1? 控制層

控制層是應(yīng)用模式的最底層，是整個(gè)企業(yè)聯(lián)盟的安全保證。當(dāng)企業(yè)申請(qǐng)進(jìn)入聯(lián)盟鏈時(shí)，企業(yè)準(zhǔn)入功能在聯(lián)盟鏈為該企業(yè)進(jìn)行注冊(cè)，登記企業(yè)的相應(yīng)信息，分配相應(yīng)的公私鑰作為企業(yè)的身份標(biāo)識(shí)。聯(lián)盟鏈中企業(yè)的相關(guān)操作都需要進(jìn)行身份認(rèn)證，以保證企業(yè)的操作是合法的。企業(yè)的權(quán)限管理主要明確企業(yè)對(duì)聯(lián)盟鏈中數(shù)據(jù)是否有相應(yīng)的權(quán)限進(jìn)行增刪改查，以及對(duì)相應(yīng)業(yè)務(wù)的準(zhǔn)許參與程度。聯(lián)盟中的企業(yè)可以自由結(jié)合，形成多種業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)之間彼此隔離，只有參與該業(yè)務(wù)的各企業(yè)可以知曉該業(yè)務(wù)的相關(guān)數(shù)據(jù)和相應(yīng)進(jìn)度。

2.2? 標(biāo)識(shí)層

標(biāo)識(shí)層為聯(lián)盟中企業(yè)的設(shè)備和產(chǎn)品提供標(biāo)識(shí)解析服務(wù)，是數(shù)據(jù)層的基礎(chǔ)。標(biāo)識(shí)解析服務(wù)是打通企業(yè)信息系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流通的技術(shù)引擎，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)工業(yè)全要素、各環(huán)節(jié)信息互通的關(guān)鍵樞紐。標(biāo)識(shí)層主要的標(biāo)識(shí)對(duì)象包括產(chǎn)品和設(shè)備。產(chǎn)品標(biāo)識(shí)可以支撐應(yīng)用層的產(chǎn)品溯源應(yīng)用，設(shè)備標(biāo)識(shí)可以支撐應(yīng)用層的協(xié)作生產(chǎn)、賬務(wù)審計(jì)等應(yīng)用。

標(biāo)識(shí)層的主要操作包括：1）標(biāo)識(shí)規(guī)則，應(yīng)當(dāng)具有簡(jiǎn)潔性和唯一性，對(duì)不同種類、不同廠商的設(shè)備和產(chǎn)品可以指定不同的標(biāo)識(shí)前綴;2）標(biāo)識(shí)注冊(cè)，企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品主動(dòng)進(jìn)行注冊(cè)，登記相應(yīng)產(chǎn)品信息后，由標(biāo)識(shí)編碼服務(wù)產(chǎn)生產(chǎn)品標(biāo)識(shí);3）標(biāo)識(shí)編碼，根據(jù)標(biāo)識(shí)規(guī)則對(duì)產(chǎn)品信息進(jìn)行抽取，編碼形成產(chǎn)品標(biāo)識(shí);4）標(biāo)識(shí)解析，針對(duì)一個(gè)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)從區(qū)塊鏈中獲取其相應(yīng)的產(chǎn)品信息，比如生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)時(shí)間、保質(zhì)期等。

標(biāo)識(shí)層的注冊(cè)、編碼、解析服務(wù)可以通過(guò)區(qū)塊鏈的智能合約實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。當(dāng)進(jìn)行產(chǎn)品注冊(cè)時(shí)，用戶調(diào)用注冊(cè)合約，并附帶產(chǎn)品信息的參數(shù)。注冊(cè)合約接收產(chǎn)品信息后調(diào)用編碼合約獲得標(biāo)識(shí)。編碼合約接收標(biāo)識(shí)規(guī)則中定義的相應(yīng)產(chǎn)品信息參數(shù)進(jìn)行編碼，返回產(chǎn)品標(biāo)識(shí)。注冊(cè)合約獲得標(biāo)識(shí)后，在區(qū)塊鏈上存儲(chǔ)產(chǎn)品信息和標(biāo)識(shí)，并返回用戶產(chǎn)品標(biāo)識(shí)。當(dāng)進(jìn)行產(chǎn)品標(biāo)識(shí)解析時(shí)，用戶調(diào)用解析合約，并附帶產(chǎn)品標(biāo)識(shí)作為參數(shù)。注冊(cè)合約接收產(chǎn)品標(biāo)識(shí)，從區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)中獲取產(chǎn)品信息并返回。

2.3? 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是上層應(yīng)用最緊密的支撐。數(shù)據(jù)層包括兩類數(shù)據(jù)：

一類數(shù)據(jù)是企業(yè)自身生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，由企業(yè)進(jìn)行上傳，包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)和賬務(wù)數(shù)據(jù)。生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括企業(yè)在生產(chǎn)產(chǎn)品過(guò)程中的具體數(shù)據(jù)，比如原料數(shù)量、設(shè)備標(biāo)識(shí)、運(yùn)行時(shí)間、產(chǎn)品產(chǎn)出、合格率等;賬務(wù)數(shù)據(jù)包括企業(yè)的采購(gòu)數(shù)據(jù)、銷售數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)等內(nèi)容。對(duì)于這類數(shù)據(jù)，有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)加密兩種服務(wù)。一般的數(shù)據(jù)可以直接通過(guò)區(qū)塊鏈智能合約存儲(chǔ);對(duì)于具有隱私性的數(shù)據(jù)，可以先進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，再利用智能合約存儲(chǔ);對(duì)于數(shù)據(jù)量比較大的數(shù)據(jù)，可以先加密存儲(chǔ)到云服務(wù)器中，然后將數(shù)據(jù)的哈希值存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈上。企業(yè)可以將自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，或者在某些企業(yè)間共享。

另一類數(shù)據(jù)是企業(yè)參與聯(lián)盟中的活動(dòng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括企業(yè)的資產(chǎn)數(shù)據(jù)和信用數(shù)據(jù)。如果聯(lián)盟鏈中發(fā)行代幣，則企業(yè)的資產(chǎn)數(shù)據(jù)是企業(yè)在聯(lián)盟鏈中進(jìn)行資產(chǎn)交易產(chǎn)生的交易記錄，企業(yè)的信用數(shù)據(jù)是指企業(yè)在參與一些協(xié)同應(yīng)用，比如聯(lián)邦學(xué)習(xí)、協(xié)作生產(chǎn)等時(shí)，在活動(dòng)結(jié)束后由其他參與方給出的評(píng)分，企業(yè)的信用數(shù)據(jù)是其他企業(yè)選擇合作伙伴時(shí)的重要依據(jù)。這兩類數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的服務(wù)是資產(chǎn)管理和信用管理，主要通過(guò)管理服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增添、修改、查詢。

2.4? 應(yīng)用層

應(yīng)用層位于最頂層，包含以下基于下面三層（控制層、標(biāo)識(shí)層、數(shù)據(jù)層）的具體應(yīng)用形式。

2.4.1? 數(shù)據(jù)交易

在企業(yè)聯(lián)盟中，企業(yè)可以將自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行出售，或者在聯(lián)盟中購(gòu)買數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)成為流通的生產(chǎn)要素?？梢詫?duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練，從而達(dá)到生產(chǎn)效率的提升。

2.4.2? 協(xié)作生產(chǎn)

聯(lián)盟鏈中的企業(yè)由于數(shù)據(jù)的公開(kāi)透明而形成復(fù)雜的企業(yè)供應(yīng)網(wǎng)。企業(yè)在尋找合作伙伴時(shí)可以根據(jù)自己的需求在聯(lián)盟中進(jìn)行選擇，企業(yè)間的合作會(huì)產(chǎn)生企業(yè)信用數(shù)據(jù)，而這些信用數(shù)據(jù)又可以作為企業(yè)挑選合作伙伴的依據(jù)。

2.4.3? 供應(yīng)鏈優(yōu)化

企業(yè)數(shù)據(jù)的公開(kāi)有利于監(jiān)管部門對(duì)涉及多參與方的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全局有效控制，提高分布式生產(chǎn)系統(tǒng)的集成性、協(xié)調(diào)性，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈整體優(yōu)化。另外企業(yè)數(shù)據(jù)的公開(kāi)有利于企業(yè)之間進(jìn)行橫向或者縱向?qū)Ρ?，從而?duì)自身存在的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)異常、市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行快速感知和響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自身優(yōu)化。

2.4.4? 聯(lián)邦學(xué)習(xí)

聯(lián)邦學(xué)習(xí)是近些年新興的一種分布式機(jī)器學(xué)習(xí)方式，其針對(duì)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景是“各方都有一些相似數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)具有隱私性，不能公開(kāi)集中訓(xùn)練”的情況，聯(lián)邦學(xué)習(xí)可以在保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的情況下完成訓(xùn)練。聯(lián)邦學(xué)習(xí)有兩種模式。一種是參數(shù)服務(wù)器模式，其中參數(shù)服務(wù)器將模型下發(fā)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)在本地進(jìn)行模型的訓(xùn)練，訓(xùn)練后產(chǎn)生的模型更新提交到參數(shù)服務(wù)器，參數(shù)服務(wù)器完成參數(shù)的聚合后再次將模型下發(fā)到節(jié)點(diǎn)，迭代直到模型收斂。另一種是去中心化的模式，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以充當(dāng)參數(shù)服務(wù)器完成參數(shù)聚合，由具體算法決定將每一輪參數(shù)聚合的任務(wù)分配到哪個(gè)節(jié)點(diǎn)。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景下，企業(yè)更加注重?cái)?shù)據(jù)的隱私性，同時(shí)各方也期望能夠利用更多相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率。聯(lián)邦學(xué)習(xí)完美契合這一需求。一方面，相似企業(yè)往往擁有相似的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在特征上重疊較多，樣本身份幾乎不重疊，構(gòu)成了橫向聯(lián)邦學(xué)習(xí);另一方面，處于同一供應(yīng)鏈的上下游企業(yè)，可能在樣本身份上重疊度較高，數(shù)據(jù)特征重疊度較低，構(gòu)成了縱向聯(lián)邦學(xué)習(xí)。而區(qū)塊鏈在其中可以記錄每個(gè)企業(yè)更新的貢獻(xiàn)程度，可以對(duì)更新溯源，從而防止惡意攻擊，而且企業(yè)的貢獻(xiàn)程度也可以作為企業(yè)的信用記錄，用于企業(yè)挑選聯(lián)邦學(xué)習(xí)合作方。圖4展示了參數(shù)服務(wù)器模式下聯(lián)邦學(xué)習(xí)+區(qū)塊鏈的運(yùn)作模式，在參數(shù)服務(wù)器完成全局模型的更新后，區(qū)塊鏈記錄各方的更新和貢獻(xiàn)。在去中心化模式下，記錄更新和貢獻(xiàn)的任務(wù)可以由完成參數(shù)聚合的節(jié)點(diǎn)承擔(dān)。

2.4.5? 產(chǎn)品溯源

企業(yè)在生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)會(huì)為產(chǎn)品注冊(cè)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)，產(chǎn)品在經(jīng)歷再加工或者運(yùn)輸時(shí)，相應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中也會(huì)存有記錄。當(dāng)消費(fèi)者進(jìn)行產(chǎn)品查詢時(shí)，可以直接定位到產(chǎn)品的生產(chǎn)信息以及其運(yùn)輸記錄。近幾年，產(chǎn)品溯源已經(jīng)逐漸應(yīng)用在食品中。2017年，我國(guó)首個(gè)安全食品區(qū)塊鏈溯源聯(lián)盟成立，用技術(shù)保障消費(fèi)者的食品安全，消費(fèi)者通過(guò)掃碼溯源即可以對(duì)食品的源頭、加工、倉(cāng)儲(chǔ)、物流了如指掌。

2.4.6? 賬務(wù)審計(jì)

企業(yè)的賬務(wù)數(shù)據(jù)上傳到聯(lián)盟鏈后，企業(yè)之間發(fā)生交易或者監(jiān)管部門對(duì)企業(yè)賬務(wù)存在疑問(wèn)時(shí)，可以根據(jù)聯(lián)盟鏈內(nèi)相似企業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，比如如果設(shè)備型號(hào)相同，而輸入產(chǎn)出比卻相差很多，這其中就可能存在異常。如圖5所示，監(jiān)管部門也可以將人工智能技術(shù)應(yīng)用到賬務(wù)審計(jì)，進(jìn)行自動(dòng)賬務(wù)異常監(jiān)測(cè)，智能篩選出可疑賬務(wù)名單。由于人工智能的可解釋性較弱，因此之后可以配合人工審查，對(duì)可疑企業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)行更細(xì)粒度的審查。

2.4.7? 供應(yīng)鏈金融

聯(lián)盟鏈和銀行區(qū)塊鏈之間對(duì)接可以衍生供應(yīng)鏈金融。聯(lián)盟的企業(yè)在設(shè)備租賃、設(shè)備交易、設(shè)備回收等過(guò)程中，可以通過(guò)智能合約進(jìn)行抵押代幣，到期若沒(méi)有觸發(fā)相應(yīng)條件，則合約自動(dòng)將代幣轉(zhuǎn)賬到收款方;或者企業(yè)將業(yè)務(wù)中簽訂的電子合同存儲(chǔ)到區(qū)塊鏈中。一方面，省去之前銀行在其中作擔(dān)保的過(guò)程;另一方面，智能合約代碼執(zhí)行的無(wú)歧義性、區(qū)塊鏈的去中心性，使整個(gè)過(guò)程具有公開(kāi)透明的特點(diǎn)。供應(yīng)鏈金融的形成可以形成信息對(duì)稱，打通資金流動(dòng)的渠道，同時(shí)使得對(duì)違法活動(dòng)的舉證和追責(zé)更便捷。

3? 面臨的挑戰(zhàn)

雖然區(qū)塊鏈技術(shù)的特點(diǎn)能很好地彌補(bǔ)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中存在的不足，但是二者結(jié)合仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)，可以總結(jié)為以下四個(gè)方面。

3.1? 跨鏈交易

目前各類區(qū)塊鏈應(yīng)用都伴隨著相應(yīng)一條區(qū)塊鏈的出現(xiàn)，各條區(qū)塊鏈本身形成了區(qū)塊鏈孤島。如何打通這些區(qū)塊鏈，實(shí)現(xiàn)信息互通以及跨鏈交易的原子性，是未來(lái)區(qū)塊鏈發(fā)展的關(guān)鍵。

3.2? 安全和隱私

區(qū)塊鏈作為一項(xiàng)新興技術(shù)，依然面臨著一些安全和隱私的威脅，比如路由劫持攻擊、智能合約漏洞攻擊、DDoS攻擊、成員推斷攻擊等。這些威脅是整個(gè)區(qū)塊鏈生態(tài)的不穩(wěn)定因素所在。

3.3? 可擴(kuò)展性

隨著更多的應(yīng)用接入?yún)^(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈本身的處理能力、存儲(chǔ)能力、傳輸能力也會(huì)成為制約其發(fā)展的瓶頸。如果這一問(wèn)題不能很好解決，區(qū)塊鏈應(yīng)用難以邁向工業(yè)級(jí)水平。

3.4? 監(jiān)管挑戰(zhàn)

前三項(xiàng)挑戰(zhàn)都是從技術(shù)的角度出發(fā)，但該應(yīng)用模式更大的挑戰(zhàn)在于針對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的法律監(jiān)管。尤其是在區(qū)塊鏈和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合模式下，如何對(duì)內(nèi)部執(zhí)行的法律效力給予認(rèn)定，如何界定其中的違法行為，如何管控聯(lián)盟鏈內(nèi)部運(yùn)行活動(dòng)等問(wèn)題，都需要主管部門制定詳細(xì)明確的法律規(guī)章并嚴(yán)格執(zhí)行。

4? 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)聯(lián)盟協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)發(fā)展相對(duì)滯后，而且應(yīng)用模式可靠性弱的問(wèn)題，本文分層闡述了基于區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中企業(yè)間協(xié)同的新思路，并提出了一些新的衍生應(yīng)用形式。目前基于區(qū)塊鏈的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)仍處于“萌芽”階段，面臨許多挑戰(zhàn)，但是區(qū)塊鏈必定是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展不可或缺的技術(shù)，二者的結(jié)合勢(shì)必能夠構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新生態(tài)，進(jìn)一步支撐經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定和長(zhǎng)足發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)白皮書[EB/OL]. 2019.

[2] Nakamoto S. Bitcoin： A peer-to-peer electronic cash system[Z]. 2008.

[3] Wood G. Ethereum： A secure decentralised generalised transaction ledger[J]. Ethereum project yellow paper， 2014， 151： 1-32.

[4] 邵奇峰， 金澈清， 張召， 等. 區(qū)塊鏈技術(shù)： 架構(gòu)及進(jìn)展[J]. 計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)， 2018， 41（5）： 969-988.

[5] 薛騰飛， 傅群超， 王樅， 等. 基于區(qū)塊鏈的醫(yī)療數(shù)據(jù)共享模型研究[J]. 自動(dòng)化學(xué)報(bào)， 2017， 43（9）： 1555-1562.

[6] 徐恪， 徐松松， 李琦. 基于區(qū)塊鏈的去中心化可信互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施[J]. 中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊， 2020（16）： 29-34.

[7] Ali M， Nelson J， Shea R， et al. Blockstack： A global naming and storage system secured by blockchains[C]// 2016 {USENIX} Annual Technical Conference （{USENIX}{ATC} 16）， 2016： 181-194.

[8] Sisinni E， Saifullah A， Han S， et al. Industrial internet of things： Challenges， opportunities， and directions[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics， 2018， 14（11）： 4724-4734.

[9] He D， Ma M， Zeadally S， et al. Certificateless public key authenticated encryption with keyword search for industrial internet of things[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics， 2017， 14（8）： 3618-3627.

[10] Wu B， Li Q， Xu K， et al. SmartRetro： Blockchain-Based Incentives for Distributed IoT Retrospective Detection[C]// 2018 IEEE 15th International Conference on Mobile Ad Hoc and Sensor Systems （MASS）. IEEE， 2018： 308-316.

[11] Li Z， Kang J， Yu R， et al. Consortium blockchain for secure energy trading in industrial internet of things[J]. IEEE transactions on industrial informatics， 2017， 14（8）： 3690-3700.

[12] Liu C H， Lin Q， Wen S. Blockchain-enabled data collection and sharing for industrial IoT with deep reinforcement learning[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics， 2018， 15（6）： 3516-3526.

作者簡(jiǎn)介：

曹玉紅（1968—），通信作者，女，河北平山人，碩士，高級(jí)工程師。目前擔(dān)任中國(guó)電子學(xué)會(huì)科技評(píng)價(jià)與成果轉(zhuǎn)化中心主任。主要從事科技管理工作，在科技成果評(píng)價(jià)和成果轉(zhuǎn)化體系建設(shè)方面具有較深的研究和實(shí)踐。

E-mail： caoyh100@126.com

荊博（1986—），男，山西運(yùn)城人，碩士。任職于中國(guó)電子學(xué)會(huì)科技評(píng)價(jià)與成果轉(zhuǎn)化中心。主要從事科技管理工作，在科技成果轉(zhuǎn)化理論方面有一定研究，并開(kāi)展了多項(xiàng)實(shí)踐。

（收稿日期：2020-08-28）