工業互聯網時代已經呼嘯而來，但由於現行生產模式和商業模式的限制，工業互聯網的應用現狀仍存在諸多問題。將工業雲和區塊鏈技術結合起來，可以建立起一個雲鏈混合的、面向未來的分佈式智能生產網絡。依託其去中介化的加密算法和共識機制，能夠有效解決工業互聯網領域的價值互信問題，從而實現對既有製造業商業模式的全新重構。
工業互聯網落地的三大難點
各個企業的工業互聯網戰略，在實施層面都存在諸多問題，這導致工業互聯網的落地非常困難，實用性較差，出現了大量的“空氣雲”。工業互聯網的落地難，主要存在三個方面的問題。
第一，是數據安全問題。企業類客戶不同於個人客戶，它們對於數據安全的要求非常高，這主要是由於企業數據，尤其是生產數據，中間包含了大量企業的工藝和商業秘密。工業互聯網大多采用中心化的工業雲平臺，數據集中在雲服務商處存儲和管理，這對於用戶企業來說具有巨大的安全隱患。工業企業普遍是風險厭惡型而非創新導向型，任何一個單點的安全問題都可能會導致重大的安全事故，所以數據的安全和可靠是工業企業不能妥協的指標。
第二，是成本過高問題。所謂工業互聯網，其實是企業信息化的升級版。中國製造企業約三十多萬家，其中97.4%的企業是中小製造企業，他們都碰到同樣的問題——信息化、物聯網技術缺失。對於中小企業而言，他們並沒有太多的資金、技術、人才等資源來完成升級，更沒有緊迫感來完成升級，生存對於他們來說才是第一要務。工業互聯網大多采用中心化工業雲方案，運營維護成本都過高，是一般製造企業無法承受的。
第三，是靈活性問題。工業互聯網通常伴隨著大規模的自動化和信息化升級改造，而一個生產系統的自動化信息化水平越高，往往製造的柔性化越差。而當下製造企業面臨的共同問題是外部市場每時每刻的快速變化，傳統的工業互聯網解決方案花費上千萬資金成本、系統功能紛繁複雜，無法做到快速響應，中小企業無法根據現實情況變化而靈活選擇。
區塊鏈技術出手
推進工業互聯網落地實施的較好方式，是通過工業雲和區塊鏈技術結合，建立起一個雲鏈混合的、面向未來的分佈式智能生產網絡(Distributed Intelligent Production Network，國際上多簡稱為“工業區塊鏈”或“DIPNET”)，對製造業商業模式進行整體重構。
在DIPNET中，製造單元內大部分採用中心化的工業雲技術，效率更高、響應更快、能耗更低。而生產中的跨組織數據互信全部通過區塊鏈來完成，訂單信息、操作信息和歷史事務等全部記錄在鏈上，分佈式存儲、不可篡改，所有產品的溯源和管理將更加安全便捷。
分佈式智能生產網絡中整個供應鏈上的交易流程全部由智能合約自動執行，將工業製造分解為如“樂高積木”一樣能夠按單、按次重組的“工業4.0”組件。使得後端的生產系統能夠快速響應外部市場的變化，大幅降低產業鏈重組中的信任成本。同時，通過區塊鏈技術與數字化工廠技術的結合，可以為每一個物理世界的工業資產生成虛擬世界的“數字化雙胞胎”，並進行確權和流轉，完成工業資產的數字化，幫助重資產的製造企業實現輕資產擴張。
工業區塊鏈的經濟系統
工業區塊鏈(DIPNET)是一個面向工業製造領域的智能合約平臺，提供底層協議的完整實現、配套工具、API 接口集等。區塊鏈技術的去中心化、安全性、匿名性等優勢，吸引著廣大傳統制造企業，試圖基於區塊鏈技術重構企業價值流轉和信息流轉方式。工業區塊鏈(DIPNET) 通過將企業業務流抽象為智能合約範式，幫助製造商輕鬆的進入區塊鏈網絡，實現業務流的通證化，加速企業資源、信息流轉。企業上鍊，以區塊鏈技術重構供應鏈系統，並在此基礎上，構建共享工廠、去中心化電商平臺、價值生命週期管理系統等應用。
工業區塊鏈(DIPNET) 使用母子雙鏈模式，分別是對於 DPOS 主鏈和 DAG 子鏈。對工業製造領域的不同生產環節，使用不同的共識方案，兼顧可靠性和性能。基礎架構包含應用層、接口層、合約層、基礎服務層和網絡層，如圖1所示：
圖1 工業區塊鏈的基礎架構
(1)網絡層
其主要實現基本節點發現、數據傳輸等功能。以太坊的 devp2p 協議實現，已經經過以太坊網絡多年運作實踐，其隱私性、健壯性、性能等方面均得到很好驗證。因此可以將基於以太坊 devp2p 協議(DPT、IPFS等)，實現工業區塊鏈(DIPNET)底層網絡。
(2)基礎服務層
其主要實現交易數據、區塊生成、維護共識等功能。工業區塊鏈(DIPNET) 採用DPOS共識的鏈式區塊結構，後期隨著交易數量增加，最終同時支持 DAG 實現，將與支付無關的數據交互轉移至 DAG 子鏈，並對 IOT 大規模數據提供底層支持。
區塊服務層為 工業區塊鏈(DIPNET) 提供：賬戶管理、組織交易、交易驗證、區塊驗證等服務。
工業區塊鏈(DIPNET) 使用 ECDSA-secp256k1 數字簽名方案。工業區塊鏈(DIPNET) 中包含三種賬戶類型：
普通賬戶
合約範式賬戶
合約實例賬戶
其中普通賬戶由用戶私鑰控制，合約範式賬戶和合約實例賬戶均由特定算法生成。區塊服務層接受上層傳入的參數，可構建特定類型的交易數據，經過交易發送者簽名後，通過網絡層實現交易廣播。
對於 DPOS 主鏈和 DAG 子鏈的交易，工業區塊鏈(DIPNET) 將使用不同的驗證策略。值得注意的是，對於 DAG 子鏈，不存在區塊的概念。
(3)合約層
其主要實現交易數據、區塊生成、維護共識等功能。工業區塊鏈(DIPNET) 通過 VM 實現智能合約。所有合約範式及合約實例化交易，均僅允許在主鏈提交，以保障智能合約的時序及可靠性。其中合約範式由開發者提交，智能合約實例由用戶通過合約範式初始化而來。智能合約可以直接訪問 DAG子鏈中的數據。合約層是實現工業區塊鏈(DIPNET)業務的核心環節，訂單意向的達成、訂單交割等均由智能合約自動執行。
(4)接口層
其主要實現對外提供區塊數據訪問、智能合約交互等接口功能。接口層對用戶及Dapp提供對底層區塊數據、工業區塊鏈(DIPNET) 賬戶、智能合約、合約範式的訪問，是與工業區塊鏈(DIPNET)服務交互的主要途徑。
主鏈與子鏈的雙鏈共識
選擇共識方案，主要從安全性、去中心化、健壯性三個方面考慮。但區塊鏈上有一個不可能三角理論，就是一個區塊鏈系統不可能同時做到安全、去中心化和高效，這三者構成一個不可能三角。因此，要構建共識機制，就是在這裡三角中取一個兼顧各方的位置，市場上各種公鏈都是在共識機制構建領域的嘗試。
圖2 區塊鏈的不可能三角
工業區塊鏈(DIPNET) 選擇 DPOS 共識機制實現母鏈，這是效率、安全性、去中心化之間的一個平衡點。DPOS 共識下，通過社區對超級節點的監督，確保大多數節點是誠實的，同時獲得了更高的效率和更簡單的網絡結構。
工業區塊鏈(DIPNET) 為每一個訂單確定供應鏈，並在供應鏈內預設了快速的結算系統，所有供應商都直接的與最終消費者達成結算關係。對於特定的訂單，各個環節的關注程度是不一樣的。用戶下單、簽收環節，企業希望保留可靠的記錄;但對訂單供應鏈各單元的流轉過程，則只需要保留一般記錄。因此，要考慮將供應鏈中的流轉信息、物流信息及其他物聯網相關信息，記錄在DAG子鏈上，只將最後的交易及清算結果記錄在主鏈上。DAG 子鏈是完全異步的數據模型，並且可以理論極大的數據帶寬。DPOS 與 DAG 雙鏈模式下，為不同特性的數據提供了額外的共識選擇，尤其是當工業區塊鏈(DIPNET)與物聯網結合時，大量的生產、物流數據可以使用 DAG 子鏈。
合約範式
合約範式是由開發者發佈的智能合約模版，開發者將提供詳細的應用指導說明，並由社區進行審核、提供信用背書。使用者無需任何開發經驗，只需要從海量的合約範式中，選取適合自身業務的合約範式，根據指導說明，通過簡單的配置即完成可靠的智能合約部署。合約範式是母鏈上的特殊交易，是不完全的智能合約代碼，僅提供一些通用的靜態接口及實例化接口，不提供任何業務相關功能。合約範式內也指定了手續費及收款地址，開發者可以從用戶的交易中，獲得少量手續費作為報酬，實現“開發即挖礦”模式。
三大發展方向
在工業互聯網領域，區塊鏈技術的發展趨勢主要有三個方向：
一是“一鍵重複定製”。互聯網時代下製造業逐漸轉向以滿足消費者碎片化需求與大規模定製為核心的生產模式，生產性服務業發展日漸成為製造業轉型發展新趨勢。在這樣的現實背景下，工業區塊鏈(DIPNET)主張企業的生產都不是簡單的複製，而是在滿足消費者個性化需求上的價值創造，工業區塊鏈(DIPNET)也將致力於為每一位接入企業提供便捷合約範式，使每一次重複都能產生獨一無二的價值。
圖3 DIPNET應用遠嘉程服裝定製系統
二是“價值全生命週期管理”。分佈式智能生產網絡所形成的分佈式製造模式，以用戶創造內容為代表，使人人都有能力進行製造並參與到產品全生命週期當中，徹底顛覆傳統制造業模式，生產企業也能因此而受益。在產品開發方面，新模式使產品設計、生產製造由原來的以生產商為主導逐漸轉向以消費者為主導，消費者能夠更早、更準確的參與到產品設計和製造過程中，並通過龐大的分佈式網絡對產品不斷完善，使企業的產品更容易適應市場需求，並獲得利潤上的保證;在產品創新方面，新模式延伸了創新邊界。通常，研發和創新因成本問題而無法緊密聯繫。如今新模式使用於產品初始階段的成本大幅下降，新技術、新產品的產學研得以緊密結合。另外，藉助龐大的分佈式製造網絡等社會資源，企業的創新能力與研發實力均能獲得大幅度提升，創新邊界得以延伸。
傳統的製造體系中，產品生命週期管理(PLM)是重要組成部分。PLM是以一個產品的生命週期為視角，將研發、設計、生產、銷售等環節的數據進行閉環管理，實現“數據流動自動化”，這也就是工業4.0三大集成中“端到端的技成”。
而今天，以工業區塊鏈(DIPNET)技術為核心的價值生命週期管理(VLM)正在出現。VLM是以一個產品或一條產業鏈價值的生命週期為視角，將產品價值的準備、生產、流轉、增值、減值和消滅等環節的數據進行閉環管理，實現“價值流動自動化”，這同樣屬於工業4.0三大集成中端到端集成的範疇，只是基於不同的視角。
通過VLM，企業能夠更好將物流、信息流和價值流統一進行管理，通證技術和數字化工廠技術能夠更好的連接，金融科技與實體經濟將深度融合，這是工業的未來，也是金融的未來。
圖4 價值 vs產品 生命週期管理
三是無限交互的標準化與網絡化。數據可在任意節點間進行點對點傳輸，信息實時交互，實現研發、設計、生產、製造、銷售等環節數據打通。訂單信息、事務歷史記錄等記錄在鏈上，分佈式存儲不可篡改，可實現去中心化協作，產品溯源安全便捷。交易流程由智能合約自動執行，提高效率。
圖5 區塊鏈的卡位
小結
融合了工業互聯網技術的工業區塊鏈(DIPNET)，將開創一個全新的扁平式、合作性的全球新工業市場，而非傳統意義上層級式、自上而下的產業結構。一個由成千上萬節點組成的分佈式製造網絡代替了從設計到製造在內的所有環節，大幅降低產品的生產成本。這是面向未來製造最為震撼的基礎設施。
