本書共10章,從區(qū)塊鏈的工作原理、基礎架構與發(fā)展趨勢等方面,介紹了區(qū)塊鏈技術與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的關系,區(qū)塊鏈在企業(yè)內部、供應鏈、跨產(chǎn)業(yè)鏈中的應用,還介紹了目前典型區(qū)塊鏈與工業(yè)區(qū)塊鏈平臺,以及應用實踐案例。本書實用易學、簡繁得當,分析了當前的工業(yè)區(qū)塊鏈的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,描述了工業(yè)區(qū)塊鏈與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關系,緊密貼合平臺服務與產(chǎn)業(yè)應用,幫助讀者厘清概念、掌握技術、熟悉應用、了解趨勢。
本書可作為普通高等院;虼髮T盒C械、控制、計算機、通信、網(wǎng)絡安全、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、大數(shù)據(jù)、人工智能等專業(yè)的選修教材,也可供從事工業(yè)區(qū)塊鏈研究、教學的專業(yè)人員使用,以及企業(yè)、研究所、政府部門的工程技術人員、管理人員自學和參考。
本書遵循教指委相關指導文件和高等院校學生學習規(guī)律編寫而成。踐行四新理念,融入思政元素,注重理論與實踐相結合。
前言
隨著第四次工業(yè)革命的到來,以信息技術與制造技術融合為核心的智能制造、數(shù)字制造、網(wǎng)絡制造等新型制造模式,正在對制造業(yè)未來的發(fā)展方向產(chǎn)生深遠影響。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)和新一代信息技術與工業(yè)系統(tǒng)全方位深度融合形成的產(chǎn)業(yè)和應用形態(tài),是工業(yè)智能化發(fā)展的關鍵綜合信息基礎設施。
在工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉型需求帶動下,以泛在互聯(lián)、全面感知、智能優(yōu)化、安全穩(wěn)固為特征的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展壯大。隨著與制造業(yè)加快融合,新一代信息技術在產(chǎn)業(yè)鏈、供應鏈上下游不斷延伸,網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)安全已成為關乎國家安全、經(jīng)濟社會發(fā)展、傳統(tǒng)制造業(yè)轉型升級的重大主題。2019年7月26日,工業(yè)和信息化部等10部門聯(lián)合印發(fā)了《加強工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全工作的指導意見》,明確提出了利用區(qū)塊鏈等新技術提升企業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全防護水平。
區(qū)塊鏈技術具有可信協(xié)作、隱私保護等技術優(yōu)勢,可與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)深度融合,尤其是在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的確權、確責和交易等領域有著廣闊應用前景。首先在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)確權方面,利用區(qū)塊鏈數(shù)字簽名技術可以有效地解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)確權問題,保障數(shù)據(jù)所有方對數(shù)據(jù)的權屬關系;同時利用區(qū)塊鏈共享賬本、智能合約、時間戳等技術,能夠保障工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流通的可靠性。其次,區(qū)塊鏈加密技術、冗余存儲和匿名隱私保護技術,可以有效解決工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)文件失竊和篡改問題,降低企業(yè)數(shù)據(jù)丟失帶來的商業(yè)風險,為構建國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)資源管理和服務體系提供堅實的技術基礎。因此,開展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 區(qū)塊鏈的深度應用和創(chuàng)新發(fā)展相關研究,對促進我國工業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化轉型,推動實體經(jīng)濟高質量發(fā)展具有非常重要的意義。
2020年12月,工業(yè)和信息化部發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃(20212023年)》,明確提出推動邊緣計算、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈等與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合的技術研究,加強融合產(chǎn)品及其解決方案的測試驗證和商業(yè)化推廣?梢灶A見,工業(yè)區(qū)塊鏈和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將在標識解析、協(xié)同制造、供應鏈金融、邊云協(xié)同、行業(yè)創(chuàng)新應用等工業(yè)區(qū)塊鏈多個領域實現(xiàn)融合發(fā)展。目前,我國區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)正在逐步形成中,已經(jīng)開始在供應鏈金融、征信、產(chǎn)品溯源、版權保護、數(shù)字身份、政務數(shù)據(jù)流轉、疫情防治等領域快速應用。加快區(qū)塊鏈與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深度融合,有利于實體經(jīng)濟降成本提效率,構建誠信產(chǎn)業(yè)環(huán)境,推動我國經(jīng)濟體系實現(xiàn)技術變革、組織變革和效率變革。
工業(yè)區(qū)塊鏈在發(fā)展的過程中,也面臨許多挑戰(zhàn)。一是相關的法律法規(guī)和監(jiān)管政策有待完善。區(qū)塊鏈領域尚無完備的法律法規(guī)和監(jiān)管政策,亟須建立健全工業(yè)數(shù)據(jù)有序流動監(jiān)管機制。二是工控區(qū)塊鏈標準化建設基本空白。區(qū)塊鏈已有一些通用標準,但在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領域尚處于起步階段,不利于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 區(qū)塊鏈的應用推廣。需要加快標準制定步伐,為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 區(qū)塊鏈技術研發(fā)、產(chǎn)業(yè)推廣和深化應用奠定堅實基礎。三是工業(yè)應用場景復雜度高,落地難度大。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 區(qū)塊鏈應用場景復雜,涉及工業(yè)生產(chǎn)制造全過程、全產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品全生命周期等多環(huán)節(jié)、多領域、多場景,增加了區(qū)塊鏈技術研發(fā)、產(chǎn)品開發(fā)和應用推廣的復雜性。
區(qū)塊鏈作為信息技術時代新型基礎設施建設的信任基石,無論從安全角度還是改善運營效率和降低成本的角度,其應用空間都勢必從虛擬貨幣、金融領域向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領域滲透。因此,更需要大家全面了解工業(yè)區(qū)塊鏈概念、技術及應用,急需一本深入介紹其原理、系統(tǒng)地介紹技術、全面地介紹平臺應用匯聚多方面知識點的教材和專業(yè)書籍,為我國工業(yè)區(qū)塊鏈人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展助力。
正如黨的二十大報告所強調的:我們要堅持教育優(yōu)先發(fā)展、科技自立自強、人才引領驅動,加快建設教育強國、科技強國、人才強國,堅持為黨育人、為國育才,全面提高人才自主培養(yǎng)質量,著力造就拔尖創(chuàng)新人才,聚天下英才而用之。本書正是在這一精神指導下,通過融入數(shù)字技術的世界大國工匠:大勇不懼科學家精神身經(jīng)百戰(zhàn)的漢陽造兩彈一星精神等課程思政元素的融入,旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和社會責任感,激發(fā)他們對科技探索的熱情,同時加深對國家發(fā)展戰(zhàn)略和科技創(chuàng)新重要性的理解。
本書共10章,從區(qū)塊鏈工作原理、基礎架構與發(fā)展趨勢等方面,介紹了區(qū)塊鏈技術與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的關系,區(qū)塊鏈在企業(yè)內部、供應鏈、跨產(chǎn)業(yè)鏈中的應用,還介紹了目前典型區(qū)塊鏈與工業(yè)區(qū)塊鏈平臺,以及應用實踐案例。本書實用易學、簡繁得當,分析了當前工業(yè)區(qū)塊鏈的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,描述了工業(yè)區(qū)塊鏈與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關系,緊密貼合平臺服務與產(chǎn)業(yè)應用,幫助讀者厘清概念、掌握技術、熟悉應用、了解趨勢。因此,本書可作為普通高等院;虼髮T盒C械、控制、計算機、通信、網(wǎng)絡安全、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、大數(shù)據(jù)、人工智能等專業(yè)的選修教材,也可供從事工業(yè)區(qū)塊鏈研究、教學的專業(yè)人員使用,以及企業(yè)、研究所、政府部門的工程技術人員、管理人員自學和參考。
本書由孔憲光教授擔任主編,孫雪華、殷磊、冷杰武、林穎擔任副主編,胡雪、賈超、高云鵬、廖宇橋、梁漱洋參編?讘椆饩帉懬把、第1章、第2章,賈超、高云鵬參與編寫;殷磊編寫第4章、第5章、第8章,胡雪、廖宇橋參與編寫;冷杰武編寫第6章、第7章;孫雪華編寫第3章、第10章;林穎編寫第9章,梁漱洋參與編寫。東華大學張潔教授對本書大綱提供了指導,中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院李霖、中國電子技術標準化研究院蘇偉和王程安也對本書提出了寶貴意見,在此表示衷心的感謝。
感謝西安電子科技大學智能制造與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)(大數(shù)據(jù))研究中心、西安郵電大學工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院、陜西省電子制造SMT產(chǎn)線質量大數(shù)據(jù)工程中心、陜西省5G 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通信終端技術工程中心、西安市工業(yè)大數(shù)據(jù)與智能系統(tǒng)工程中心、西安市智能質檢創(chuàng)新聯(lián)合體的積極參與。感謝一直以來華為、中興通訊、中國信息通信研究院、中國電子技術標準化研究院、中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院、工業(yè)和信息化部電子第五研究所、國家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心、騰訊、網(wǎng)易、陜西瀚光數(shù)字科技有限公司、無錫啟工數(shù)據(jù)科技有限公司、中國航天精密機械研究所、陜汽、陜西法士特汽車傳動集團有限責任公司、陜西柴油機重工有限公司、中國航空油料集團有限公司研發(fā)中心、三一重機、西電集團、西飛、中航工業(yè)第一飛機設計研究院、南京康尼、中電科十所、西安市工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院、安慶精密機電裝備智能制造研究院等合作單位的大力支持!
編 者
孔憲光,西安電子科技大學教授,從1997年起,一直從事數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化制造研究,2005年西北工業(yè)大學博士畢業(yè),2005年到西電工作,2014年在美國國家公派訪學。從事面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)人工智能、工業(yè)數(shù)字孿生與CPS、工業(yè)軟件等研究方向,全國工業(yè)大數(shù)據(jù)與智能系統(tǒng)委員。
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2 區(qū)塊鏈的發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.3 區(qū)塊鏈對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的作用 5
1.4 工業(yè)區(qū)塊鏈的發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.5 本章習題 9
第2章 區(qū)塊鏈的工作原理 10
2.1 區(qū)塊鏈的基本概念 10
2.2 區(qū)塊鏈的類型 10
2.3 區(qū)塊鏈的特征 14
2.4 區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程 15
2.5 區(qū)塊鏈的核心技術 17
2.5.1 分布式賬本 17
2.5.2 共識算法 19
2.5.3 密碼學 20
2.5.4 智能合約 21
2.6 本章習題 22
第3章 區(qū)塊鏈的基礎架構 24
3.1 區(qū)塊鏈體系架構和工業(yè)區(qū)塊鏈架構 24
3.2 數(shù)據(jù)層 27
3.2.1 數(shù)據(jù)的存儲 27
3.2.2 數(shù)據(jù)安全 31
3.3 網(wǎng)絡層 33
3.3.1 P2P網(wǎng)絡 33
3.3.2 數(shù)據(jù)傳播機制 35
3.3.3 數(shù)據(jù)驗證機制 35
3.4 共識層 36
3.4.1 共識層簡介 36
3.4.2 共識算法的理論基礎 37
3.4.3 拜占庭容錯技術 40
3.4.4 典型的共識層機制 42
3.5 合約層 44
3.5.1 智能合約框架 44
3.5.2 智能合約典型技術 46
3.6 應用層 47
3.6.1 應用層簡介 47
3.6.2 應用層使用的技術 48
3.6.3 區(qū)塊鏈工具 50
3.7 本章習題 51
第4章 區(qū)塊鏈技術與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù) 53
4.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)背景 53
4.1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的概念 53
4.1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的主體來源 54
4.1.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的關鍵技術 56
4.1.4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的技術架構 61
4.1.5 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的核心價值 63
4.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的發(fā)展現(xiàn)狀與困境 66
4.2.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的發(fā)展現(xiàn)狀 66
4.2.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的發(fā)展困境 67
4.3 區(qū)塊鏈技術與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的融合 70
4.3.1 解決數(shù)據(jù)權屬問題 72
4.3.2 解決數(shù)據(jù)資源豐富度問題 72
4.3.3 解決數(shù)據(jù)質量問題 73
4.3.4 解決數(shù)據(jù)孤島問題 73
4.3.5 解決數(shù)據(jù)安全問題 74
4.4 本章習題 75
第5章 工業(yè)區(qū)塊鏈在企業(yè)內部的應用 76
5.1 設備身份管理 76
5.1.1 設備身份管理的發(fā)展現(xiàn)狀 76
5.1.2 設備身份管理存在的問題 77
5.1.3 基于區(qū)塊鏈的設備身份管理解決方案 78
5.2 可信訪問控制 80
5.2.1 訪問控制的發(fā)展現(xiàn)狀 81
5.2.2 訪問控制存在的問題 82
5.2.3 基于區(qū)塊鏈的訪問控制機制 83
5.3 本章習題 88
第6章 工業(yè)區(qū)塊鏈在供應鏈中的應用 89
6.1 傳統(tǒng)供應鏈管理的難題 90
6.2 工業(yè)區(qū)塊鏈應用于供應鏈管理的優(yōu)勢 91
6.3 基于工業(yè)區(qū)塊鏈的企業(yè)信息化參考架構 92
6.4 工業(yè)區(qū)塊鏈在供應鏈管理中的應用場景 93
6.4.1 工業(yè)區(qū)塊鏈使能的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 93
6.4.2 工業(yè)區(qū)塊鏈增強的供應鏈數(shù)字孿生 95
6.4.3 工業(yè)區(qū)塊鏈智能合約使能的供應鏈資源調度 96
6.4.4 工業(yè)區(qū)塊鏈賦能的產(chǎn)品全生命周期管理 96
6.5 工業(yè)區(qū)塊鏈使能的供應鏈分布式管理模式 100
6.5.1 認知制造式供應鏈 100
6.5.2 全球制造式供應鏈 101
6.5.3 云制造式供應鏈 103
6.5.4 社群制造式供應鏈 104
6.5.5 開放制造式供應鏈 105
6.6 工業(yè)區(qū)塊鏈在供應鏈管理中的應用方向展望 106
6.7 本章習題 106
第7章 工業(yè)區(qū)塊鏈在跨產(chǎn)業(yè)鏈中的應用 108
7.1 工業(yè)企業(yè)供應鏈金融 108
7.1.1 工業(yè)企業(yè)供應鏈金融發(fā)展現(xiàn)狀 109
7.1.2 工業(yè)企業(yè)供應鏈金融存在的問題 111
7.1.3 基于區(qū)塊鏈的工業(yè)企業(yè)供應鏈金融的解決方案 111
7.2 工業(yè)設備融資租賃 113
7.2.1 工業(yè)設備融資租賃發(fā)展現(xiàn)狀 114
7.2.2 工業(yè)設備融資租賃存在的問題 115
7.2.3 基于區(qū)塊鏈的工業(yè)設備融資租賃解決方案 117
7.3 工業(yè)設備二手交易 121
7.3.1 工業(yè)設備二手交易發(fā)展現(xiàn)狀 121
7.3.2 工業(yè)設備二手交易存在的問題 122
7.3.3 基于區(qū)塊鏈的工業(yè)設備二手交易解決方案 123
7.4 本章習題 124
第8章 典型區(qū)塊鏈與工業(yè)區(qū)塊鏈平臺 126
8.1 國外區(qū)塊鏈平臺 126
8.1.1 國外區(qū)塊鏈平臺發(fā)展現(xiàn)狀 126
8.1.2 國外典型區(qū)塊鏈平臺 127
8.2 國內區(qū)塊鏈平臺 130
8.2.1 國內區(qū)塊鏈平臺發(fā)展現(xiàn)狀 130
8.2.2 國內典型區(qū)塊鏈平臺 131
8.3 國外工業(yè)區(qū)塊鏈平臺 140
8.3.1 國外工業(yè)區(qū)塊鏈平臺發(fā)展現(xiàn)狀 140
8.3.2 國外典型工業(yè)區(qū)塊鏈平臺 140
8.4 國內工業(yè)區(qū)塊鏈平臺 143
8.4.1 國內工業(yè)區(qū)塊鏈平臺發(fā)展現(xiàn)狀 143
8.4.2 國內典型工業(yè)區(qū)塊鏈平臺 144
8.5 本章習題 154
第9章 工業(yè)區(qū)塊鏈應用案例 155
9.1 旺鏈云信用區(qū)塊鏈電子信用憑證平臺 155
9.1.1 主要痛點 155
9.1.2 解決方案及應用成效 156
9.2 船舶供應鏈管理及協(xié)同設計和制造區(qū)塊鏈平臺溯源 157
9.2.1 主要痛點 158
9.2.2 解決方案及應用成效 160
9.3 基于區(qū)塊鏈的半導體設備行業(yè)生態(tài) 161
9.3.1 主要痛點 161
9.3.2 解決方案及應用成效 161
9.4 工業(yè)品防偽溯源服務平臺 163
9.4.1 主要痛點 163
9.4.2 解決方案及應用成效 163
9.5 物聯(lián)網(wǎng) 區(qū)塊鏈環(huán)保大數(shù)據(jù)管理平臺 166
9.5.1 主要痛點 166
9.5.2 解決方案及應用成效 167
9.6 基于區(qū)塊鏈的供應鏈應用 168
9.6.1 主要痛點 168
9.6.2 解決方案及應用成效 169
9.7 本章習題 171
第10章 工業(yè)區(qū)塊鏈挑戰(zhàn)與展望 172
10.1 工業(yè)區(qū)塊鏈面臨的挑戰(zhàn) 172
10.1.1 技術成熟度有待提高 172
10.1.2 技術標準和相關法規(guī)尚不完善 174
10.1.3 應用安全性存在挑戰(zhàn) 175
10.2 工業(yè)區(qū)塊鏈發(fā)展展望 176
10.2.1 技術發(fā)展展望 176
10.2.2 應用場景展望 177
10.3 本章習題 179
參考文獻 181