Applications potentielles et défis pour la blockchain dans l'automatisation industrielle

L'article précédent expliquait le fonctionnement de la blockchain, pourquoi elle est sécurisée et introduit l'utilisation de la blockchain pour la logistique, telle que la chaîne d'approvisionnement et le suivi des actifs. Dans cet article, nous continuerons à fournir des exemples et des applications potentielles de la blockchain dans l'automatisation industrielle.

Blockchain et IoT

L'Internet des objets (IoT) compte des millions d'applications dans le monde, mais a simultanément exposé de nombreux risques de sécurité. Nous entendons souvent par les nouvelles que des acteurs malveillants ont piraté des produits IoT tels que des caméras sans fil, Amazon Alexa et des thermostats intelligents et ont volé des données.

La blockchain peut aider à combler l'écart sur le manque de sécurité pour les applications IoT. De nombreuses applications IoT utilisent MQTT pour la communication. MQTT peut être sécurisé en introduisant l'authentification OTP (mot de passe unique) basée sur la blockchain dans son schéma.

Dans la figure 1, un utilisateur enregistre un périphérique distant auprès du courtier en envoyant une demande d'authentification au courtier à l'aide d'un périphérique local. Le courtier génère une transaction et initie la fonction d'un contrat intelligent. Il génère ensuite un OTP et le renvoie à l'utilisateur. Ensuite, l'utilisateur publie l'OTP sur la blockchain pour démontrer l'originalité de sa demande d'authentification.

Figure 1. IoT implémenté avec blockchain. Image utilisée avec l'aimable autorisation de la Bibliothèque nationale de médecine des États-Unis

Étant donné que l'OTP a une expiration, l'utilisateur doit appeler le contrat intelligent à partir de l'appareil local pour vérifier que l'OTP n'a pas expiré. Une fois l'OTP validé, l'appareil distant le récupère dans la blockchain et l'envoie au courtier. Enfin, le courtier récupère l'OTP de la blockchain et approuve l'enregistrement de l'appareil.

Toutes les communications ci-dessus sont effectuées via la passerelle Ethereum, et l'application IoT fonctionne pour générer et vérifier l'OTP et communiquer avec la passerelle Ethereum.

Cybersécurité du système de contrôle industriel (ICS) avec Blockchain

Une autre méthode pour sécuriser le contrôle d'accès aux appareils IoT et à leurs données consiste à utiliser la blockchain pour stocker la liste des appareils et les transactions. La blockchain peut être conçue sur une plate-forme Ethereum à l'aide de Truffle Suite. Truffle Suite est un outil utilisé pour créer des contrats intelligents à l'aide d'Ethereum Virtual Machine (EVM). Il crée une base de données immuable et de suivi des enregistrements à des fins d'authentification et pour sécuriser les transactions. Les données de la base de données immuable ne peuvent pas être supprimées ou mises à jour.

La blockchain Ethereum créée est un réseau privé derrière un pare-feu, et le serveur communique avec la blockchain Ethereum à l'aide des méthodes HTTPGet et HTTPPost. Le contrat intelligent est conçu pour authentifier chaque transaction à chaque fois. La blockchain Ethereum est utilisée pour le réseau de blockchain privé, et Solidity basé sur Java définit les contrats.

Blockchain et contrôle des processus

Une architecture d'intégration verticale basée sur la blockchain pour un système d'automatisation de processus (PAS) peut contrôler et surveiller un processus industriel. Une intégration verticale collecte les données au niveau le plus bas du champ et de l'appareil et permet aux informations de voyager jusqu'au niveau le plus élevé. Et vice versa, du plus haut niveau aux appareils de terrain tels que la modification des points de consigne pour les boucles de régulation.

Une architecture de réseau décentralisée basée sur la blockchain peut être mise en œuvre dans l'intégration verticale des niveaux hiérarchiques PAS, qui fonctionne en parallèle avec le système en temps réel. Cela introduit la blockchain dans les commandes de tâches telles que la compilation, l'exécution et la surveillance, effectuées par l'opérateur au niveau de l'interface homme-machine (IHM).

Comme le montre la figure 2, le réseau blockchain est utilisé comme un middleware pour connecter les niveaux de gestion d'entreprise, de gestion d'usine et de supervision, où chaque niveau agit comme un client blockchain et interagit les uns avec les autres de manière décentralisée.

Les dispositifs de niveau de contrôle de processus arbitrent la communication entre les dispositifs de terrain et les capteurs via le contrôleur logique programmable (PLC). Il communique également avec les trois niveaux du PAS via des contrats intelligents qui définissent l'exécution des tâches et la collecte de données brutes, et effectuent le contrôle d'accès et la gestion de la sécurité. Les informations peuvent soutenir la prise de décision commerciale et de fabrication.

Figure 2. Contrôle de processus mis en œuvre avec blockchain. Image utilisée avec l'aimable autorisation de l'Université Cornell [PDF]

Dans cette architecture, les informations de gestion et de contrôle des appareils CPL sont stockées dans les registres du réseau blockchain où les transactions sont validées. Chaque transaction est identifiée par une adresse unique et stocke toutes les informations pertinentes à échanger entre les différents niveaux du PAS.

Le défi à relever avec la blockchain

Même avec le succès des réseaux basés sur la blockchain dans la crypto-monnaie, la blockchain ne peut pas être copiée et collée dans d'autres applications industrielles. Vous trouverez ci-dessous quelques-uns des défis que les développeurs de blockchain doivent prendre en compte pour réussir l'intégration de la blockchain dans les applications d'automatisation et de fabrication industrielles.

• Mineur de blockchain :En crypto-monnaie, les mineurs sont récompensés monétairement lorsqu'ils résolvent une équation mathématique complexe. Dans une application industrielle, les tâches du mineur devront être remplacées par des processus ou des unités de calcul pour effectuer ces responsabilités intensives. Cela augmentera la portée et les ressources nécessaires, et donc le coût de construction de l'IoT ou du réseau de contrôle.
• Sécurité :Nous entendons encore occasionnellement dans les nouvelles que des pirates informatiques parviennent à vider les comptes des utilisateurs de crypto-monnaie. Il existe des failles de sécurité dans le réseau blockchain. La nature décentralisée de la blockchain peut augmenter sa sécurité, mais crée également plus de cibles à exploiter pour les pirates. Les chercheurs doivent trouver un meilleur moyen d'augmenter la sécurité dans la couche de protocole.
• Vitesse :Le temps pour extraire 1 Bitcoin est de 10 minutes en raison de la complexité de l'algorithme et du temps qu'il faut pour parcourir le réseau de minage. C'est peut-être bien sur un marché financier, mais ce n'est peut-être pas faisable pour un système de contrôle en temps réel. Les chercheurs devront augmenter la bande passante, la vitesse de cryptage et réduire le gaspillage de puissance de calcul pour que la blockchain soit plus applicable dans les applications industrielles.
• Adoption lente :La blockchain est un écosystème qui nécessite une large adoption pour fonctionner efficacement. Par exemple, le suivi et le traçage dans les réseaux de la chaîne d'approvisionnement exigeraient non seulement qu'une organisation adopte un réseau blockchain, mais également que ses fournisseurs l'adoptent également. Les entreprises ont tendance à être lentes à adopter de nouvelles technologies lorsqu'elles doivent parvenir à un consensus avec les autres. Différentes entités commerciales doivent travailler ensemble et se faire confiance pour former des chaînes de blocs compatibles où la sécurité et les transactions peuvent fonctionner parfaitement entre elles.
• Développeurs qualifiés :La blockchain est une technologie émergente. Les compétences requises pour le développer et le maîtriser ne sont pas largement disponibles sur le marché. C'est un défi pour une organisation d'acquérir des développeurs et des ingénieurs blockchain, et leurs salaires sont très compétitifs. Cette acquisition de barrière de talents peut ralentir l'intégration de la blockchain dans les systèmes existants. Cependant, comme nous l'avons vu avec d'autres technologies, lorsqu'il existe une demande, les établissements d'enseignement et la communauté technique peuvent aider à rattraper leur retard et fournir suffisamment de main-d'œuvre formée.

Même s'il semble y avoir quelques défis avec la blockchain, la bonne nouvelle est qu'il y a beaucoup de travail en cours pour lutter contre ces lacunes. Les organisations et les leaders technologiques ont reconnu les avantages et les potentiels de la blockchain et investissent dans cette technologie. Comme pour les autres nouvelles technologies, la blockchain aura le temps de relever un défi rigoureux avant qu'elle ne devienne une adoption grand public.

Seul le temps peut dire si la crypto-monnaie est un boom ou un buste. Mais la technologie blockchain qu'elle contribue à créer conservera sa valeur pendant longtemps dans le domaine des applications industrielles.