산업 자동화 분야의 블록체인에 대한 잠재적 애플리케이션 및 과제

이전 기사에서는 블록체인이 작동하는 방식과 안전한 이유를 설명하고 공급망 및 자산 추적과 같은 물류에 블록체인을 사용하는 방법을 소개했습니다. 이 기사에서는 산업 자동화에서 블록체인에 대한 예제와 잠재적인 응용 프로그램을 계속 제공할 것입니다.

블록체인 및 IoT

사물 인터넷(IoT)은 전 세계적으로 수백만 개의 애플리케이션을 보유하고 있지만 동시에 많은 보안 위험에 노출되어 있습니다. 악의적인 공격자가 무선 카메라, Amazon Alexa, 스마트 온도 조절기 등의 IoT 제품을 해킹하여 데이터를 훔쳤다는 소식을 종종 듣습니다.

블록체인은 IoT 애플리케이션의 보안 결함에 대한 격차를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 많은 IoT 애플리케이션은 통신에 MQTT를 사용합니다. MQTT는 스키마에 블록체인 기반 OTP(일회성 비밀번호) 인증을 도입하여 보안을 유지할 수 있습니다.

그림 1에서 사용자는 로컬 장치를 사용하여 브로커에 인증 요청을 전송하여 원격 장치를 브로커에 등록합니다. 브로커는 트랜잭션을 생성하고 스마트 계약의 기능을 시작합니다. 그런 다음 OTP를 생성하여 사용자에게 다시 보냅니다. 이후 사용자는 OTP를 블록체인에 게시하여 인증 요청의 독창성을 입증합니다.

그림 1. 블록체인으로 구현한 IoT. 미국 국립 의학 도서관 제공 이미지 사용

OTP는 만료일이 있으므로 사용자는 OTP가 만료되지 않았는지 확인하기 위해 로컬 장치에서 스마트 계약을 호출해야 합니다. OTP가 검증되면 원격 장치는 블록체인에서 OTP를 검색하여 브로커로 보냅니다. 마지막으로 브로커는 블록체인에서 OTP를 가져와 기기 등록을 승인합니다.

위의 모든 통신은 이더리움 게이트웨이를 통해 이루어지며, IoT 애플리케이션은 OTP를 생성 및 검증하고 이더리움 게이트웨이와 통신하는 작업을 하고 있습니다.

블록체인을 사용한 산업 제어 시스템(ICS) 사이버 보안

IoT 장치 및 해당 데이터에 대한 액세스 제어를 보호하는 또 다른 방법은 블록체인을 사용하여 장치 목록 및 트랜잭션을 저장하는 것입니다. 블록체인은 Truffle Suite를 사용하여 Ethereum 플랫폼에서 설계할 수 있습니다. Truffle Suite는 EVM(Ethereum Virtual Machine)을 사용하여 스마트 계약을 생성하는 데 사용되는 도구입니다. 인증 목적과 트랜잭션을 안전하게 유지하기 위해 레코드 추적 및 변경할 수 없는 데이터베이스를 생성합니다. 불변 데이터베이스의 데이터는 삭제하거나 업데이트할 수 없습니다.

생성된 이더리움 블록체인은 방화벽 뒤에 있는 사설망이며 서버는 HTTPGet 및 HTTPPost 방법을 사용하여 이더리움 블록체인과 통신합니다. 스마트 계약은 매번 각 거래를 인증하도록 설계되었습니다. 프라이빗 블록체인 네트워크는 이더리움 블록체인을 사용하며, 자바 기반 솔리디티(Solidity)는 계약을 정의합니다.

블록체인 및 프로세스 제어

프로세스 자동화 시스템(PAS)을 위한 블록체인 기반 수직 통합 아키텍처는 산업 프로세스를 제어하고 모니터링할 수 있습니다. 수직 통합은 가장 낮은 필드 및 장치 수준에서 데이터를 수집하고 정보가 가장 높은 수준으로 이동할 수 있도록 합니다. 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 최고 수준에서 제어 루프에 대한 설정값 변경과 같은 필드 장치로.

분산형 블록체인 기반 네트워크 아키텍처는 실시간 시스템과 병렬로 작동하는 PAS 계층 수준의 수직 통합으로 구현할 수 있습니다. 이것은 HMI(인간-기계 인터페이스) 수준에서 운영자가 수행하는 컴파일, 실행 및 모니터링과 같은 작업 순서에 블록체인을 도입합니다.

그림 2와 같이 블록체인 네트워크는 기업 경영, 공장 관리, 감독 수준을 연결하는 미들웨어로 사용되며, 각 수준은 블록체인 클라이언트 역할을 하며 서로 분산된 방식으로 상호 작용합니다.

프로세스 제어 레벨 장치는 PLC(프로그래밍 가능한 논리 컨트롤러)를 통해 필드 장치와 센서 간의 통신을 중재합니다. 또한 작업 실행 및 원시 데이터 수집을 정의하고 액세스 제어 및 보안 관리를 수행하는 스마트 계약을 통해 PAS의 3개 수준과 통신합니다. 이 정보는 비즈니스 및 제조 관련 의사 결정을 지원할 수 있습니다.

그림 2. 블록체인으로 구현된 프로세스 제어. Cornell University에서 제공한 이미지 사용 [PDF]

이 아키텍처에서 PLC 장치 관리 및 제어 정보는 트랜잭션이 검증되는 블록체인 네트워크의 원장에 저장됩니다. 각 거래는 고유한 주소로 식별되며 PAS의 다른 수준 간에 교환될 모든 관련 정보를 저장합니다.

블록체인의 도전 과제

암호화폐에서 블록체인 기반 네트워크의 성공에도 불구하고 블록체인은 다른 산업 응용 프로그램에 복사하여 붙여넣을 수 없습니다. 다음은 블록체인을 산업 자동화 및 제조 애플리케이션에 성공적으로 통합하기 위해 블록체인 개발자가 고려해야 하는 몇 가지 과제입니다.

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블록체인 채굴기 :암호화폐에서 채굴자는 복잡한 수학 방정식을 풀 때 금전적 보상을 받습니다. 산업 응용 프로그램에서 광부의 작업은 이러한 집중적인 책임을 수행하기 위해 계산 프로세스 또는 단위로 대체되어야 합니다. 이렇게 하면 필요한 범위와 리소스가 증가하므로 IoT 또는 제어 네트워크 구축 비용이 증가합니다.

보안 :우리는 여전히 해커가 암호 화폐 사용자의 계정을 비우는 길을 찾았다는 뉴스를 가끔 듣습니다. 블록체인 네트워크에는 몇 가지 보안 결함이 있습니다. 블록체인의 분산된 특성은 보안을 강화할 수 있지만 해커가 악용할 수 있는 더 많은 대상을 생성합니다. 연구원은 프로토콜 계층에서 보안을 강화할 수 있는 더 나은 방법을 찾아야 합니다.

속도 :1비트코인을 채굴하는 데 걸리는 시간은 알고리즘의 복잡성과 채굴 네트워크에서 통과해야 하는 시간 때문에 10분입니다. 금융시장에서는 괜찮을지 모르지만, 실시간 관제 시스템에서는 불가능할 수 있습니다. 연구원은 블록체인이 산업용 애플리케이션에 더 많이 적용되도록 대역폭, 암호화 속도를 높이고 컴퓨팅 성능 낭비를 줄여야 합니다.

느린 채택 :블록체인은 효과적으로 작동하기 위해 광범위한 채택이 필요한 생태계입니다. 예를 들어, 공급망 네트워크에서 추적 및 추적하려면 조직이 블록체인 네트워크를 채택해야 할 뿐만 아니라 공급업체도 채택해야 합니다. 회사는 다른 사람들과 합의를 도출해야 할 때 새로운 기술을 더디게 채택하는 경향이 있습니다. 서로 다른 비즈니스 엔터티는 보안과 트랜잭션이 서로 완벽하게 작동할 수 있는 호환 가능한 블록체인을 형성하기 위해 함께 협력하고 서로를 신뢰해야 합니다.

숙련된 개발자 :블록체인은 떠오르는 기술입니다. 이를 개발하고 마스터하는 데 필요한 기술은 시장에서 널리 사용되지 않습니다. 조직이 블록체인 개발자와 엔지니어를 확보하는 것은 어려운 일이며 급여도 경쟁이 치열합니다. 이러한 인재 장벽 획득은 블록체인을 레거시 시스템에 통합하는 속도를 늦출 수 있습니다. 그러나 다른 기술에서 보았듯이 수요가 있을 때 교육 기관과 기술 커뮤니티는 충분히 훈련된 인력을 따라잡고 공급할 수 있습니다.

블록체인에 몇 가지 문제가 있는 것처럼 보이지만 좋은 소식은 이러한 결함을 해결하기 위해 진행 중인 작업이 많다는 것입니다. 조직과 기술 리더는 블록체인의 이점과 잠재력을 인식하고 이 기술에 투자하고 있습니다. 다른 새로운 기술과 마찬가지로 블록체인이 주류로 채택되기 전에 엄격한 도전에 직면할 시간이 있을 것입니다.

암호화폐가 호황인지 불황인지는 시간만이 알 수 있습니다. 그러나 그것이 만드는 데 도움이 되는 블록체인 기술은 산업 응용 분야에서 오랫동안 그 가치를 유지할 것입니다.