Aspekty implementácie: IIoT a blockchain

Kedy použiť blockchain v riešeniach IIoT?

Ak sa chystáte využívať blockchain v projekte priemyselného internetu vecí (angl. Industrial Internet of Things, IIoT), mali by ste porozumieť potenciálnym výhodám a rizikám. Existuje veľa problémov, ako je škálovateľnosť a výkon, ktoré treba vyriešiť, aby sa technológia blockchain mohla rýchlo rozvíjať. Vzhľadom na tieto problémy môže byť implementácia z pohľadu projektového manažéra náročná. Pri výbere technológie blockchain a návrhu riešení IIoT založených na blockchaine tomu preto treba venovať osobitnú pozornosť.

Na druhej strane má blockchain potenciál vyriešiť mnoho problémov, ktorým čelia počas životného cyklu aktíva s podporou IIoT, vrátane zabezpečenia, sledovania používania a vyradenia majetku. Blockchain môže vytvoriť väzbu odolnú proti neoprávnenej manipulácii a vystopovať dôležité udalosti a štrukturálne zmeny v heterogénnom ekosystéme IIoT. Vďaka tomu je hodnotenie komplexnosti ekosystému a úrovne dôveryhodnosti nevyhnutné pri zdôvodnení relevantnosti blockchainu.

Technológie ako umelá inteligencia, aditívna výroba a virtuálna a rozšírená realita podporujú rozhodovanie projektových manažérov pri návrhu a prekonávaní zložitosti IIoT.

Tab. 1 poskytuje prehľad typických príkladov použitia IIoT a spôsobu použitia blockchainu.

Distribúcia a vlastníctvo údajov

Pri definovaní riešení IIoT založených na blockchaine sa projektanti riešení musia rozhodnúť, ako spravovať distribúciu a vlastníctvo údajov v systéme. Spoľahlivosť siete, šírka pásma a oneskorenie, ako aj funkčné atribúty alebo konkrétne použitie riešenia musia byť navrhnuté s ohľadom na výkon a dôveryhodnosť systému. Navyše treba brať do úvahy aj dôsledky spojené s blockchainom na všetkých vrstvách architektúry riešenia. Kľúčovou otázkou napríklad je, ako spravovať peňaženku každého používateľa, ktorá obsahuje dvojicu verejných a súkromných kľúčov potrebných na vytvorenie príslušných údajov používateľa v blockchaine a prístup k nim. Kľúčovou otázkou sa preto stáva aj to, kto tieto peňaženky vlastní a spravuje.

Existujú tri možné modely distribúcie údajov v riešeniach IIoT založených na blockchaine. V tejto časti ich opíšeme a ako hlavný princíp použijeme trojvrstvovú architektúru modelu z referenčnej architektúry IIC Industrial Internet Reference Architecture (IIRA). Na ilustráciu týchto troch modelov použijeme jednoduchý príklad, v ktorom je nákladné vozidlo vybavené snímačmi teploty a otrasov. Ak dôjde k prekročeniu určitých hodnôt teploty alebo zrýchlenia, prepravná spoločnosť bude zodpovedná za porušenie dohodnutých dohôd o úrovni poskytovaných služieb (angl. Service Level Agreements, SLA).

Peňaženka regulovaná platformou

Prvý model predpokladá, že všetky údajové a riadiace toky sú riadené centrálne prostredníctvom platformovej vrstvy (angl. Platform Tier). Ako je znázornené na obr. 1, centrálna platforma robí všetky rozhodnutia a riadi peňaženky. Platforma napríklad monitoruje údaje prichádzajúce z nákladného vozidla v teréne a zaznamenáva ich do databázy v časových úsekoch. Aby nedošlo k preťaženiu blockchainu, zapisujú sa iba významné udalosti (napr. porušenia SLA). O údajoch uložených v blockchaine alebo v databáze rozhoduje platforma.

Tento model má nasledujúce výhody:

• úplná kontrola údajov, riadiacich tokov a peňaženiek na platforme; to znamená, že implementácia sa bude ľahšie vytvárať a udržiavať;
• žiadne problémy so vzdialenou správou peňaženiek;
• žiadne investície do špecializovaného hardvéru.

Hlavnou nevýhodou tohto prístupu je však to, že vyžaduje, aby všetky zúčastnené strany (vrátane zákazníka, ktorý sa spolieha na SLA) dôverovali spojeniu nákladného vozidla s platformou. Práva na prístup k údajom navyše zostávajú u poskytovateľa platformy, ktorý na zabezpečenie dôveryhodnosti koncového používateľa potrebuje vysoké zabezpečenie a ochranu údajov. To nemusí byť vždy dané. V takom prípade tento model neprichádza do úvahy.

Peňaženka regulovaná aktívami

Nasledujúci model predpokladá, že každé aktívum má zabudovanú peňaženku na podpisovanie a prístup k jej údajom v blockchaine alebo na zabezpečenie prístupu k údajom. Napríklad technológiu modulu dôveryhodnej platformy (angl. Trusted Platform Module, TPM) možno použiť na implementáciu špecializovaného hardvéru, s ktorým nemožno manipulovať. Poskytuje bezpečné úložisko príslušnej peňaženke. Ako je znázornené na obr. 2, softvér bežiaci na tomto hardvéri je priamo nasadený na aktíve a ten rozhodne, ktoré údaje sa majú do blockchainu zapísať. Predtým podpíše údaje pomocou súkromného kľúča svojej peňaženky. Kľúčovou výhodou tohto riešenia je spojenie úplne odolné proti nedovolenej manipulácii priamo zo snímača do blockchainu. Avšak sú tu aj isté nevýhody, medzi ktoré patrí:

• potenciálne nákladný hardvér na mieru,
• potenciálne vyššie náklady na vývoj a údržbu v dôsledku plne distribuovanej povahy systému,
• je potrebná dôvera v poskytovateľa TPM.

Rozširovanie inteligentných zmlúv

Posledným modelom sú inteligentné zmluvy, ktoré umocňujú predošlé navrhované modely. Inteligentná zmluva implementuje obchodnú logiku priamo zabudovanú do blockchainu. To znamená, že – vzhľadom na distribuovanú a kryptografickú povahu blockchainu – sú zapisované údaje aj obchodná logika odolné proti neoprávnenej manipulácii. Vykoná sa iba vtedy, ak sa distribuované uzly v blockchaine dohodnú na výsledku rozhodnutia. Inteligentná zmluva umožňuje nezávislé vykonávanie obchodnej logiky medzi zainteresovanými stranami. Dohodnutý výsledok navyše vytvára dôveryhodný vstup pre ďalšie postupy.

Tento model je možné kombinovať s ktorýmkoľvek z prvých dvoch modelov. Pre zjednodušenie, obr. 3 ukazuje použitie inteligentných zmlúv s peňaženkou regulovanou aktívami.

Záver

Súčasní projektoví manažéri čelia pri navrhovaní riešení vysokej technologickej zložitosti. Dôležitým komponentom pri návrhu distribuovaných systémov je vznikajúca technológia blockchain. Z dôvodu distribúcie funkcií a chýbajúceho sprostredkovateľa treba zvážiť rôzne spôsoby návrhu a implementácie, ako aj ďalšie technické výzvy.

Blockchain zaručuje dôveru medzi zainteresovanými stranami distribuovaného systému ako nezameniteľnú, transparentnú, anonymnú a odolnú nedovolenej manipulácii s dátovými štruktúrami. Napriek výhodám blockchainu treba pri navrhovaní riešení IIoT založených na blockchaine brať do úvahy aj riziká vyvíjajúcej sa technológie.

V tomto článku sme opísali tri návrhy modelov na distribúciu a vlastníctvo údajov v riešení IIoT založenom na blockchaine pri použití trojvrstvovej architektúry modelu z referenčnej architektúry IIC IIRA. Použitie týchto modelov bolo ilustrované na jednoduchom praktickom príklade. Ilustrované modely poskytujú možnosti návrhu a pomáhajú pri výbere návrhu v súlade s požiadavkami na distribúciu údajov. Na základe zvoleného modelu možno dôveryhodnosť riešenia IIoT vyhodnotiť podľa charakteristík modelu. Vlastnosti ako transparentnosť vlastníctva údajov a prístup k nim môžu pomôcť projektovému manažérovi pri rozhodovaní.

Zdroj: Slama, D. – Burkhardt, D.: Implementation Aspect: IIoT and Blockchain. Industrial Internet Consortium. [online]. Publikované 22. 7. 2020. Citované 16. 12. 2020. Dostupné na: https://www.iiconsortium.org/pdf/Implementation_Aspect_IIoT_and_Blockchain_White_Paper_2020-07-22.pdf.