産業IoTにおけるブロックチェーン：基礎と応用 - パート1

2018年が終わろうとする中、ブロックチェーンはガートナーのハイプ・サイクルにおける「幻滅の谷間」に近づいています。この用語は不吉に聞こえますが、テクノロジーは依然としてヘッドラインを賑わせています。多くの人にとって、ブロックチェーンは適切な業界への適用を待つ強力なツールです。

暗号通貨が最も目立つユースケースですが、その莫大なエネルギー消費と変動性により、多くのエンジニアがその関連性を疑問視しています。対照的に、産業分野ではサプライチェーン・トレーサビリティ、在庫管理、トランスアクティブ・エネルギー管理へのブロックチェーン採用が徐々に進んでいます。ミッション・クリティカルなリアルタイム・システムでRTI Connext DDSを使用している場合、暗号通貨やサプライチェーン機能が主なドライバーになることは通常ありません。

RTIの専任研究チームは、エネルギー省と提携し、ブロックチェーンが産業システムをどう保護できるかを探求してきました。取り組みは陸軍、海軍、空軍、DARPA、DOE、ミサイル防衛などに及びますが、本記事ではリアルタイム産業環境への影響に焦点を当てます。

ブロックチェーン・テクノロジーとは

ブロックチェーンは、台帳の管理を複数の、しばしば信頼できない参加者に分散させ、単一障害点を排除します。各参加者は台帳のローカル・コピーを保持し、すべてのブロックは暗号学的にリンクされているため、改ざんにはすべてのコピーを同時に変更する必要があります。

データはブロックに格納され、契約、特許、センサ読み取り値、システム状態など、ほぼあらゆる情報を含められます。産業コンテキストでは、センサ・データ、運用ログ、構成スナップショットが最も一般的なエントリであり、これらが不変に保存されます。

チェーンの設計上、新しいブロックは前のブロックを参照しなければならず、改ざん検知可能な履歴が作られます。過去のブロックを変更しようとすると、すべてのノードでチェーン全体を書き換える必要があり、計算上不可能です。

ブロックチェーンが必要になるのはいつか

ブロックチェーンは、中央の仲裁者を信頼せずに、複数の自律的な主体が共有の改ざん防止レコードを必要とする場合に威力を発揮します。単一主体のシナリオでは、ライト・ワンス・データベースで十分かもしれません。しかし、サプライチェーン、ジョイント・ベンチャー、共有産業施設などのマルチ・カンパニー・エコシステムでは、ブロックチェーンが必要なデータ完全性を提供できます。

従来のトランザクション型ブロックチェーン

ほとんどのパブリック・ブロックチェーンはトランザクション（状態変更）を記録し、検証・追加された時点で台帳が前進します。このモデルはレイテンシを導入し、特にトランザクションが包含を競合する場合（ビットコインの典型的な1時間確認ウィンドウなど）に顕著です。

トランザクション型ブロックチェーンは一部の産業ユースケースに適合しますが、そのレイテンシはリアルタイム・アプリケーションにとって障壁となり得ます。この課題への解決策は後続の投稿で探ります。

産業システム向けブロックチェーン

私たちの焦点は、セキュアなConnextデータバスから特定のデータを取り込み、それを独立して所有される別々の台帳に直接書き込むことです。システムを制御するのではなく観測するだけであるため、トランザクションの競合はなく、レイテンシは無視できます。

制御フロー・パスの外側で動作するブロックチェーンを設計することで、トランザクション検証に伴う従来のボトルネックを排除します。このアーキテクチャは、パフォーマンスを犠牲にすることなくデータ完全性を確保できるため、リアルタイム産業環境に適しています。

このブロックチェーン・レイヤーを既存のDDS導入に統合するのは簡単で、ダウンタイムなしで実行できます。ブロックチェーンの設計と特定のユースケースが、最適な実装戦略を決定します。

パート2では、オイル＆ガスのユースケースに深く踏み込み、プロトタイプ実装を詳細に説明し、なぜブロックチェーンがソリューションの一要素に過ぎないかを解説します。