区块链促进工业互联网创新发展（2021-2023）

编辑导语：工业互联网是全球工业系统与高级计算、分析、感应技术以及互联网连接融合的一种结果，本文作者分析了区块链的技术优势，总结了未来三年的工业互联网应该如何利用区块链技术为实现中国制造2025提供创新解决方案。

2021年1月13日，工业和信息化部对外发布了关于印发《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》的通知^[1]，这是继2018年发布《工业互联网发展行动计划（2018-2020年）》以来，又一个工业互联网三年规划。

是我国全面实现中国制造2025过程中承上启下的关键性行动计划，也是深入贯彻落实党的十九大精神，深化“互联网+先进制造业”的具体行动。

工业互联网是通过构建网络、平台、安全三大功能体系，打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施，形成智能化发展的新业态和新模式，是推进制造强国和网络强国建设的重要基础^[2]。

工业互联网发展工程在过去三年中（起步发展期），带动总投资近700亿元，遴选4个国家级工业互联网产业示范基地和258个试点示范项目，打造了一批高水平的公共服务平台，培育了一批龙头企业和解决方案供应商。

网络基础、平台中枢、数据要素、安全保障作用进一步显现，工业互联网新型基础设施不断夯实，新模式新业态创新活跃，产业生态不断壮大，各地方、产业各界共识不断凝聚，积极性不断提升，为下一步发展打下坚实基础。

本文通过分析区块链技术优势，以及在工业互联网创新发展行动计划中的重点任务，从“创新、融合、可信”角度，重点总结了未来三年的工业互联网创新发展行动中，如何充分利用区块链技术的产业分布式协同优势，挖掘优化生产关系潜能，为实现中国制造2025提供创新解决方案。

一、工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）关注重点

工业互联网创新发展未来三年的行动计划中，着力解决工业互联网发展中的深层次难点、痛点问题，推动产业数字化，带动数字产业化。

提出了在：基础设施建设、深化融合应用、强化技术创新、壮大产业生态、提升安全保障水平五个主要方面，11项重点行动和10大重点工程计划^[3]。它们分别是：

1. 新型基础设施建设

在新型基础设施方面，继续推进工业互联网平台化的互联互通，重点打造5G连接工厂样板；积极推进工业互联网标识解析体系从顶层基础设施和标准建设，到底层标识解析应用发展。

重点建设二级节点、企业节点和递归节点；继续推进工业互联网平台化建设，打造具备行业、区域和综合服务平台；推动数据按区域或行业的多中心化发展，实现区域级、中央级的数据协同共享。

2. 深化融合应用

在融合应用方面，推进工业互联网在智能制造、网络协同、个性化定制、制造业服务化、柔性化生产和数字化管理等新模式和新业态的创新。加速发展产业大中小融通、123产业融通，实现基于全面跨企业、行业、平台和产业的数字化协同保障。

3. 强化技术创新

在技术创新方面，重点强化关键基础性技术和卡脖子技术的软硬件研发，推动技术产品化和技术融合化发展；深化基础设施标准、技术标准、应用标准和评估标准等体系化标准化制定，占领技术发言权和制高点。

4. 壮大产业生态

在壮大产业生态方面，通过继续培育产业龙头、小巨人企业，用主体协作带动产业可持续、健康发展；持续打造产业生态圈，利用产业集群、产业基地的示范和规模效应，在区域构建多边、开放、包容的政商环境，鼓励区域产业在新模式新业态方面优先试行。

5. 提升安全保障

在提升安全保障方面，推进工业互联网安全监测评估，完善网络安全分类分级管理制度，打造“两库一机制”，即：国家工业互联网安全漏洞库，基础资源库和健全完善监测预警、信息共享、协同处置等闭环工作机制。

见下图：

2021-2023创新发展行动计划重点示意

二、区块链在工业互联网发展中的显性角色

接下来，我们把目光重新聚焦到区块链来，在本次《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》中直接包含区块链内容的共有5处、7个关键字匹配，分别是：

在完善标识解析体系建设中的“完善标识解析体系建设。建设兼容开放、服务全球的标识解析服务系统，推动标识解析与区块链、大数据等技术融合创新，提升数据综合服务能力，增强对域名等网络基础资源的支撑能力”。
在专栏2工业互联网标识解析体系增强工程中的“构建基于标识解析的区块链基础设施，支持各地部署不少于20个融合节点，提供基于区块链的标识资源分配、管理、互操作等基础服务”。
在平台体系壮大行动中的“提升平台技术供给质量。加强平台设备接入、知识沉淀、应用开发等支持能力。突破研发、生产、管理等基础工业软件，加速已有工业软件云化迁移，形成覆盖工业全流程的微服务资源池。推动基础工艺、控制方法、运行机理等工业知识的软件化、模型化，加快工业机理模型、知识图谱建设。深化“平台+5G”“平台+人工智能”“平台+区块链”等技术融合应用能力。”
在新型模式培育行动中的“拓展服务化延伸。支持装备制造企业搭建产品互联网络与服务平台，开展基于数字孪生、人工智能、区块链等技术的产品模型构建与数据分析，打造设备预测性维护、装备能效优化、产品衍生服务等模式”。
在技术能力提升行动中的“突破新型关键技术与产品。支持领先企业加快网络、标识、平台与安全的关键技术与产品研发。推动边缘计算、数字孪生、区块链等与工业互联网的融合技术研究，加强融合产品及其解决方案的测试验证和商业化推广”。

通过与2018-2020行动计划对比（2018-2020行动计划中区块链只出现1处、1个关键字匹配）不难发现，在上一个行动计划中区块链只是作为一种新型前沿技术，仅出现在核心技术标准突破中，而现在区块链技术已经在作为工业互联网融合性应用在技术型产品、平台、新模式、标识解析应用广泛出现，重要性已不可同日而语。

接下来我将重点分析区块链在行动计划中的具体任务：

1、区块链与工业互联网标识解析

工业互联网的应用核心是通过对人、机、物全面连接，变革传统制造模式、生产组织方式和产业形态。

这里的人、机、物全面连接，除了网络互联互通基础设施外，最重要的就是标识解析体系，工业互联网标识解析体系无论是过去三年还是未来三年一直是行动计划的重中之重。

目前标识解析体系主要分为：经典DNS体系、DNS改良型和革新路径体系，目前我国工业互联网标识解析体系采用基于革新路径体系的DOA技术为核心、兼容Handle、OID、Ecode、GS1等主流标识技术的融合型方案，其架构由国际根节点、国家顶级节点、二级节点、企业节点和递归节点等要素组成^[4]。

目前，我国工业互联网标识解析的北京、上海、广州、武汉、重庆五大国家顶级节点稳定运行，南京、贵阳两个灾备节点启动建设，上线运行二级节点达93个，覆盖22个省级行政区、包含船舶、集装箱、汽车、石化、食品、医疗器械等33个行业，接入企业突破1万家，标识注册量已超100亿。

在2021-2023年行动计划中虽然提到了区块链的应用，但并未提供具体的应用路径。我们可以这样理解区块链和工业互联网标识解析体系的关系：基于分布式账本技术的标识解析和基于标识解析的区块链应用。

1）基于分布式账本技术的标识解析

目前国内外关于标识解析研究才刚刚起步，国际标准组织相关标准也呈现多条技术路径并进的现象。

我国工业互联网标识解析体系采用基于DOA技术为核心的兼容方案，由国际根节点、国家顶级节点、二级节点、企业节点和递归节点组成，分别兼容以Handle为代表的二级解析架构、以DNS为基础的传统或改良型树形解析架构。

同时国际上也在研究基于区块链去中心化的解析体系，例如：W3C 的Decentralized Identifiers (DIDs) v1.0就是采用类似区块链分布式账本、Hash算法和非对称加密体系，目的是建立一种去中心化的标识创建、解析和应用的网络，通过数字签名技术保证解析数据的安全性，实现不依赖某个中心节点的全网标识唯一解析^[6]。

但完全去中心化的标识解析体系对目前工业互联网建设和市场监督管理都提出了不小的挑战，所以可以将区块链分布式一致性和密码学验证优势应用在工业互联网标识二级节点或者企业节点集群中，建立基于分布式账本的标识注册、同步、解析的扁平化区块链网络。特别是针对供应链网络中人、企业、设备、产品的联动标识解析和跨行业、跨企业一次性标识解析。

见下图：

基于区块链标识解析示意图

2）基于标识解析的区块链行业应用

工业互联网标识解析的作用在于对产品生产、流通、消费、回收等环节的全生命周期和基于产品的加工、组装、分装等生产要素，实现基于对象化的全球唯一标识识别管理。工业互联网标识是生产要素的身份证，也是打造高质量发展供应链和安全消费市场的前提。

就像互联网IP地址一样，虽然通过DNS的域名解析，可唯一解析出该IP地址，但无法识别此地址的真实用途。

工业互联网标识解析体系也只能证明生产要素以什么名义注册，却无法深入认证该要素的真伪、信用、质量、评价等业务视图。所以从某种角度上看，基于标识解析的区块链行业应用比基于区块链的标识解析更急需。

区块链可作为工业互联网标识到工业APP之间的连接纽带，实现生产要素识别到认证的高可信网络，例如：航天信息承建的工信部2020 年工业互联网创新发展工程：“基于区块链的工业产品防伪溯源平台”本质上就是一种基于工业互联网标识的区块链行业应用。

见下图：

基于标识解析的区块链行业应用

2. 区块链与工业互联网平台融合

“平台+区块链”的融合应用，本质是平台集约化技术和区块链分布式技术的融合应用，也是目前我们讨论利用区块链技术解决工业互联网“连而不互”和“互联不网”问题的主要方向。

“连而不互”和“互联不网”是形容在工业产业链中，缺少垂直和横向产业的信息共享和交互，工业互联网平台的建设很容易成为各个平台企业独自为战的“信息孤岛”缺少垂直和横向产业的信息共享和交互，工业互联网平台的建设很容易成为各个平台企业独自为战的“信息孤岛” ^[7]^[8] 。

我国目前各类型工业工业互联网平台数量总计已有数百家之多，具有一定区域、行业影响力的平台数量超过了50多家，而这50多家平台主要由传统工业技术解决方案企业转型和大型制造企业内部孵化而来。

它们都有共同的优劣势，即：依托原有工业制造两化领域方面的系统沉淀，可快速导入已有客户资源和应用；但也由于这些平台缺乏互联网基因，在产业链生态搭建，形成垂直产业链和跨行业企业协作方面乏善可陈。

区块链与工业互联网平台的融合应该是兼容、调和，而非替代。由于区块链本质是一种融合性技术，是基于加密学、分布式共识、点对点通信、链式数据结构、博弈论等基础技术或理论上的融合，并可在跨网络、平台、操作系统间灵活部署。

融合点可以是：

工业互联网平台边缘层融合：通过基于工业互联网边缘层设备的接入，可以高效、便捷地解决区块链入链设备数据的协议适配难和数据实时性问题。在工业智能物联设备、传感器、DCS、PLC等设备中，通过集成区块链的SDK、API，实现物联设备的轻节点。
工业互联网平台IaaS层融合：利用工业互联网云平台主机虚拟化、弹性伸缩、高可用、负载均衡、资源利用率高、易维护的优势，将区块链底层网络、存储和计算需求部署到IaaS层，稳定、高效地实现区块链的底层技术需求。
工业互联网平台PaaS层融合：利用工业互联网平台层服务化优势，将加密算法、共识算法、区块管理、节点管理、数据安全处理、智能合约、数字身份、交易、存证、分布式账本应用和分布式CA、运维和监控等区块链基础应用能力封装为平台PaaS服务，低成本地实现BaaS化的区块链应用，提供给产业链上下游企业快速集成。
工业互联网平台SaaS层融合：利用工业互联网平台应用层能力开放优势，提供标识防伪、产品溯源、生产品控、质检管理、采购、质量信用、物流、售后、保险、金融和行业监管等分布式的区块链行业应用。

3. 基于区块链的融合性技术和产品创新

区块链是技术还是产品，一直以来业界都有不小的争议。

中本聪在“Bitcoin- A Peer-to-Peer Electronic Cash System”论文中介绍的比特币，并未提及“Block Chain”一词（只提到了block和chain of hash-based proof-of-work），更未对“Block Chain”给出相关定义，中本聪更多的是介绍了一种安全的点对点电子现金支付方案或产品。

很难说区块链是某种技术，更多的具备分布式证明特性的可信交易网络，这里的分布式的证明根据共识协议不同可分为：间接证明和直接证明，而产业应用推荐采用的联盟链共识协议（Raft、PBFT）一般是直接证明。

所以我更愿意把区块链看为是一种产品，通过融合了共识算法、数据结构、密码学、P2P传输和博弈论等技术和理论的分布式协作方案或产品。

而以比特币为代表的数字货币的点对点交易从本质上就是一种去中心化的多方安全协作过程。因此，区块链在工业互联网创新发展的融合性技术和产品，主要关注具备分布式协作需求的场景。

例如：在产品供应、生产、流通、消费环节中，跨企业、跨平台、跨行业的分布式供应链异构协作场景。

见下图：

在分布式协作机制中，共识协议已经被分布式地部署在协作方内（故上图用虚线表示），虽然依然存在协调工作，但已经没有中心化的协调系统了。

点对点的交易，需要用分布式共识协议保障安全可靠的协调工作，还要密码学控制多方状态，分布式的协作更关注状态一致性，而非流程和事务一致性。

具备创新性、融合性的分布式协作场景需要具备如下几个特点：

可实现商业协作在时间、空间的动态一致性和继承性证明；
可实现灵活的商业规则和交叉销售协作能力；
可在控制权分散的实体间建立基于“原子主义”的可信交易环境；
可提高商业协作创新的整体网络效能；
在原子主义的协作环境下，更有利于保护商业机密和个人隐私；
可降低自律性、混合监管的监测、监管成本。

4. 区块链与工业互联网新模式

传统制造业模式是以产品研发驱动的商业模式，产品研发、制造、销售、售后过程被传统供应链阻隔为相对独立的环节，传统供应链中产品供应、制造、流通和销售虽然实现了价值交换但并未实现价值传递。

例如：企业制造的产品，企业并不关心被谁购买了，使用情况如何？而工业互联网新模式是以需求和订单驱动，普遍认为利用互联网技术构建产品供给侧与消费侧融通，是未来产业升级的新模式。

智能化制造、网络化协同、个性化定制、服务化延伸、柔性化生产，数字化管理等场景，则被认为是工业互联网新模式的重点方向。

从宏观上看，区块链具有优化生产关系，构建可信交易网络的优势，有利于传统制造业产业链向消费市场延伸和跨行业协同；
从微观看，区块链技术在分布式记账、数据防篡改、分布式状态一致性方面的技术特性，对网络化协同、制造业服务化、柔性生产方面具备应用优势。区块链虽然不是解决数据传递和汇聚效率问题的最优方式，但却是建立新型自主、共享、协作型商业模式的有效技术路径。

1）新模式一：区块链技术助力制造业服务化

制造业服务化通常有两个层面的理解，一个是制造中间投入的服务化；一个是制造业产出的服务化。

但无论在OECD（经济合作与发展组织）的制造投入产出样本数据中显示，制造业中间投入出现服务化趋势，还是像IBM和GE这样的全球巨头的产出服务性收入占比已经超过一半，都预示全球制造业的服务化是已是大势所趋。

区块链技术可以在分布式的数据环境下建立可信交易网络，这一优势在金融服务化已经充分体现。

制造业相比金融行业具备更分散的产业链，例如：一辆汽车大约有三万多个零部件，至少由几百家供应商构成。区块链公开透明的记账模式在分散的不同经营实体间，建立可信的服务化收费模式，提供了基础环境。

2）新模式二：区块链技术助力构建智能制造产业生态圈

利用区块链技术在联盟内的数据透明，交易可信、数据安全方面的优势。

通过分布式节点，联合装备制造企业、通信设备制造商、电子信息制造商，软件服务企业、工业自动化公司、系统集成企业、科研院所，ICT运营商，金融和保险服务机构等，建立跨行业的涵盖技术研发、产品制造、技术服务、系统集成和金融服务等功能在内的智能制造产业生态圈，避免企业陷入单打独斗的困境，为我国智能制造产业升级，提供安全可信的营商环境。

3）新模式三：区块链技术助力构建协同协作型生产环境

就目前工业自动化生产线来讲，已经可以通过生产线和厂区的边缘计算中心实现生产线内的设备协同。但在生产线之间、厂区之间、上下游企业之间的实时协同就需要更灵活和低成本的协同网络。

通过在区块链应用层构建供应链、生产线、质检、售后、运维等环节的业务流程和数据模型，利用分布式任务协同节点，将业务流程和数据模型的状态在全网实时更新和同步，从而实现跨生产线、厂区和上下游企业的生产协同。

三、区块链在工业互联网发展中的协同角色

在《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》中除了以上直接提及的区块链显性应用场景外，还涉及供应链协同、平台协同、数据协同、产业协同和网络化协同等发展行动规划，其实从区块链协同特性的角度看，笔者认为区块链在更长的产业链协同和“123”产业融合层面更具创新意义。

在《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》中，涉及“协同”一词的共有11处、18个关键字匹配。可见在未来三年的工业互联网发展中对协同的重视。

产业协同根据参与方不同可分为：内部单一协同和外部多方协同。

内部单一协同指对单一经营实体内部开展基于流程的强相关协作和事务的一致性同步；外部多方协同则是指在多个经营实体间开展基于状态的弱相关协作和一致性同步。

另外，根据协同内容不同还可分为：流程协同、无状态协同和状态协同。

流程协同指利用流程/规则预定义、任务自动同步、信息强一致性特点，建立基于自动化流程推进的持续协同机制，企业常用的ERP、OA、CRM等系统都属于流程协同；无状态协同则是采用异步、接口标准化方式的一次性协同机制，目前大多数的产品交接都属于无状态协同；状态协同是围绕多协同方抽象后状态机制实现可持续同步保障。

而在工业产业链中，又具有链条长、环节多、涉及企业或平台复杂、多方业务目标不一致等特点。如果采用流程协同就必然会需要基于一个中心化的第三方企业或平台，统一产业链全部的业务流程和规则，这显然不现实。

现实中，工业产业链中的资源供应、产品制造、产品流通和销售的多环节协同中往往都采用“无状态协同”机制，即：利用物流、订单等单据交接实现一次性价值交换，而并未持续关注产品或订单状态。

例如：生产企业通过供应链将产品流通到销售企业中，最后到达消费者，依托的是产品一次性的价值交换，生产企业无法获取产品最终的使用体验状态。

利用区块链状态一致性同步机制则可在“123”产业融合、产品供应链、商品供应链之间和多方经营实体之间建立高可信的状态一致性维护机制；依托区块链防篡改的数据结构和时间序列，可将传统供应链体系中的价值交换转变为价值传递；建立供应到消费端到端产业协同场景。

见下图：

产业协同示意图

四、总结

目前，工业互联网创新发展已进入快速发展阶段，在深化新型基础设施建设、发展新模式新业态、实现123产业融通、关键技术创新、搭建产业生态发展环境和加固安全保障等方面提出了全新要求。

其中，区块链作为一种发布式协同框架，可充分发挥其在网络对等、平台互信、数据校验与证明分离、状态协同等方面的优势，促进工业互联网创新发展。

区块链的应用价值研究目前还处于初期，在协同动力、模型协议化、状态密码化方面还有待更深入的研究，相信随着更多学界、产业界朋友的共同努力，挖掘区块链相关技术在分布式产业结构融合、协同方面的巨大潜能，把区块链作为工业互联网平台化、集约化的网络协调器，为全面实现中国制造2025提供基础性保障。

参考文献：

工业和信息化部工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）http://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-01/13/content_5579519.htm
国务院关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-11/27/content_5242582.htm
《工业互联网创新发展行动计划（2021-2023年）》解读 http://www.gov.cn/zhengce/2021-02/18/content_5587565.htm
国家工业信息安全发展研究中心和工业信息安全产业发展联盟工业互联网标识解析安全白皮书（2020）
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