Возможности и вызовы для блокчейн в новой индустриализации

Abstract

Индустрия 4.0 включает создание киберфизических систем, способных децентрализованно управлять производством, продажами, самообучаться и развиваться. Функционирование таких систем нуждается в аналогичных "умных" технологиях хранения и распространения информации. Блокчейн, обеспечивший децентрализацию и кибербезопасность в сфере криптовалют и создавший "умные" контракты, стал рассматриваться как подобная технология. Однако экстраполяция блокчейн с узкой сферы цифровых денег до универсального применения в индустрии и публичном секторе столкнулась с серьезными трудностями. Некоторые из них могут быть преодолены в рамках существующего поколения блокчейн (например, улучшением алгоритмов консенсуса). Большинство же требует существенных трансформаций технологии, комбинирования ее с другими информационными и промышленными инновациями. Трудности такого переходного этапа породили критику блокчейн и, нередко, отказ от его использования. Появились гибридные решения, взявшие от блокчейн лишь часть инновационной идеи (блочную организацию реестра транзакций) и имплантировав ее в традиционные технологии. Предложено считать такие решения неполноценным "квазиблокчейном". На основе анализа эволюции блокчейна обосновано, что дальнейшее развитие его децентрализованных версий наиболее отвечает концепции Индустрия 4.0. Показано, что внедрению таких версий сейчас препятствуют внутренние противоречия: "трилемма" блокчейн плюс его высокая энергоемкость. Исследованы перспективы выхода из тупика "трилеммы" блокчейн с помощью смежных инновационных решений, таких как протокол второго уровня (Lightning Network) и ему подобные. Освещены тенденции дальнейшего развития различных форм и архитектур блокчейн. Предложена классификация, связывающая блокчейн с традиционными распределенными базами данных и учитывающая логику их развития. Проанализированы эффективные методы промышленного внедрения блокчейн, включая реализацию с его помощью цифровых счетов-фактур (e-Invoice) и коммуникаций для промышленного Интернета вещей. Выполненные исследования позволили разработать критерии выбора и оптимизации конкретных блокчейн-решений для индустриального применения.

Індустрія 4.0 включає створення кіберфізичних систем, здатних децентралізовано керувати виробництвом, продажами, самонавчатися та розвиватися. Функціонування таких систем потребує аналогічних "розумних" технологій зберігання та поширення інформації. Блокчейн, забезпечивши децентралізацію та кібербезпеку у сфері криптовалют і створивши "розумні" контракти, став розглядатися як подібна технологія. Однак екстраполяція блокчейн із вузької сфери цифрових грошей до універсального застосування в індустрії та публічному секторі зіткнулася із серйозними труднощами. Частина з них можуть бути подолані в рамках удосконалення теперішньої генерації блокчейн (наприклад, удосконаленням алгоритмів консенсусу). Більшість же потребує суттєвих трансформацій технології, комбінування її з іншими інформаційними та промисловими інноваціями. Труднощі такого перехідного етапу призвели до критики блокчейн й інколи відмови від його використання. З'явилися гібридні рішення, що взяли від блокчейну лише частину інноваційної ідеї (блокову організацію реєстру транзакцій) й імплантувати її у традиційні технології. Запропоновано вважати такі рішення неповноцінним "квазіблокчейном". На основі аналізу еволюції блокчейну обґрунтовано, що розвиток його децентралізованих версій найбiльшою мірою відповідає концепції Індустрія 4.0. Продемонстровано, що впровадженню таких версій зараз перешкоджають внутрішні протиріччя: "трилема" блокчейн плюс його висока енергоємність. Досліджено перспективи виходу із глухого кута "трилеми" блокчейн за допомогою суміжних інноваційних рішень, таких як протокол другого рівня (Lightning Network) тощо. Висвітлено тенденції подальшого розвитку форм та архітектур блокчейн. Запропоновано класифікацію, що зв'язує блокчейн із традиційними розподіленими базами даних й ураховує логіку їх розвитку. Проаналізовано найбільш ефективні методи промислового впровадження блокчейн, включаючи реалізацію за його допомогою цифрових рахунків-фактур (e-Invoice) і комунікацій для промислового Інтернету речей. Виконані дослідження дозволили розробити критерії вибору й оптимізації конкретних блокчейн-рішень для індустріального застосування.

Concept of Industry 4.0 includes the creation of cyber-physical systems, capable to decentralized control over production, sales, etc., as well as self-education and self-development. Such systems’ functioning requires similar "smart" technologies for information storing and distributing. Due to decentralization support, ensuring cybersecurity for cryptocurrency and creating environment for “smart” contracts, blockchain was considered as a fast solution. But blockchain’s projection from the narrow scope of digital money to general purpose technology for industry and public sector faced serious difficulties. Some of them can be overcome by partial improving within the present generation of blockchain (e.g. - amending consensus’ algorithms). Others require significant transformations of the core technology, coupling it with other innovations in computer science and industry. Difficulties of transition phase gave rise to criticism and even led to rejections to use blockchain in practice. Then some hybrid solutions appeared, which took only a part of blockchain’s innovative idea (blocks-organized ledger) and implanted it onto old-fashioned technologies (abandoning the idea of distributed architecture). It is offered to consider such solutions as an inferior "quasi-blockchain". The evolution of blockchain has been studied and it has been proven that the development of its decentralized versions is most compatible with concept of Industry 4.0. However, industrial application of such versions, as it is shown in the paper, is hampered by the internal contradictions: blockchain "trilemma" plus inefficient energy use. Prospects for getting out of "blockchain trilemma" impasse have been explored, including some modern innovative solutions, such as the Level-2 protocol (Lightning Network). The evolution scenarios for such innovations are described. A classification, which links blockchain to classical distributed databases and takes into account the logic of their development, is proposed. The most promising fields for blockchain industrial applications, including digital invoices (e-Invoice) and Industrial Internet of Things, are studied. The research, conducted in the paper, has helped to develop a criteria to select and optimize specific blockchain solutions for industrial applications.