区块链工业应用技术孔宪光_孔宪光_9787111762973

本书共10章，从区块链的工作原理、基础架构与发展趋势等方面，介绍了区块链技术与工业互联网大数据的关系，区块链在企业内部、供应链、跨产业链中的应用，还介绍了目前典型区块链与工业区块链平台，以及应用实践案例。本书实用易学、简繁得当，分析了当前的工业区块链的现状与发展趋势，描述了工业区块链与工业互联网的关系，紧密贴合平台服务与产业应用，帮助读者厘清概念、掌握技术、熟悉应用、了解趋势。
本书可作为普通高等院校或大专院校机械、控制、计算机、通信、网络安全、工业互联网、智能制造、大数据、人工智能等专业的选修教材，也可供从事工业区块链研究、教学的专业人员使用，以及企业、研究所、政府部门的工程技术人员、管理人员自学和参考。

前言

随着第四次工业革命的到来，以信息技术与制造技术融合为核心的智能制造、数字制造、网络制造等新型制造模式，正在对制造业未来的发展方向产生深远影响。工业互联网作为互联网和新一代信息技术与工业系统全方位深度融合形成的产业和应用形态，是工业智能化发展的关键综合信息基础设施。
在工业数字化、网络化、智能化转型需求带动下，以泛在互联、全面感知、智能优化、安全稳固为特征的工业互联网不断发展壮大。随着与制造业加快融合，新一代信息技术在产业链、供应链上下游不断延伸，网络和数据安全已成为关乎国家安全、经济社会发展、传统制造业转型升级的重大主题。2019年7月26日，工业和信息化部等10部门联合印发了《加强工业互联网安全工作的指导意见》，明确提出了利用区块链等新技术提升企业工业互联网安全防护水平。
区块链技术具有可信协作、隐私保护等技术优势，可与工业互联网实现深度融合，尤其是在工业互联网数据的确权、确责和交易等领域有着广阔应用前景。首先在工业互联网数据确权方面，利用区块链数字签名技术可以有效地解决工业互联网数据确权问题，保障数据所有方对数据的权属关系；同时利用区块链共享账本、智能合约、时间戳等技术，能够保障工业互联网数据流通的可靠性。其次，区块链加密技术、冗余存储和匿名隐私保护技术，可以有效解决工业互联网数据文件失窃和篡改问题，降低企业数据丢失带来的商业风险，为构建国家工业互联网数据资源管理和服务体系提供坚实的技术基础。因此，开展工业互联网区块链的深度应用和创新发展相关研究，对促进我国工业生产数字化、网络化和智能化转型，推动实体经济高质量发展具有非常重要的意义。
2020年12月，工业和信息化部发布《工业互联网创新发展行动计划（20212023年）》，明确提出推动边缘计算、数字孪生、区块链等与工业互联网融合的技术研究，加强融合产品及其解决方案的测试验证和商业化推广。可以预见，工业区块链和工业互联网将在标识解析、协同制造、供应链金融、边云协同、行业创新应用等工业区块链多个领域实现融合发展。目前，我国区块链产业正在逐步形成中，已经开始在供应链金融、征信、产品溯源、版权保护、数字身份、政务数据流转、疫情防治等领域快速应用。加快区块链与工业互联网深度融合，有利于实体经济降成本提效率，构建诚信产业环境，推动我国经济体系实现技术变革、组织变革和效率变革。
工业区块链在发展的过程中，也面临许多挑战。一是相关的法律法规和监管政策有待完善。区块链领域尚无完备的法律法规和监管政策，亟须建立健全工业数据有序流动监管机制。二是工控区块链标准化建设基本空白。区块链已有一些通用标准，但在工业互联网领域尚处于起步阶段，不利于工业互联网区块链的应用推广。需要加快标准制定步伐，为工业互联网区块链技术研发、产业推广和深化应用奠定坚实基础。三是工业应用场景复杂度高，落地难度大。工业互联网区块链应用场景复杂，涉及工业生产制造全过程、全产业链、产品全生命周期等多环节、多领域、多场景，增加了区块链技术研发、产品开发和应用推广的复杂性。
区块链作为信息技术时代新型基础设施建设的信任基石，无论从安全角度还是改善运营效率和降低成本的角度，其应用空间都势必从虚拟货币、金融领域向工业互联网等领域渗透。因此，更需要大家全面了解工业区块链概念、技术及应用，急需一本深入介绍其原理、系统地介绍技术、全面地介绍平台应用汇聚多方面知识点的教材和专业书籍，为我国工业区块链人才培养和产业发展助力。
正如党的二十大报告所强调的：我们要坚持教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动，加快建设教育强国、科技强国、人才强国，坚持为党育人、为国育才，全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，聚天下英才而用之。本书正是在这一精神指导下，通过融入数字技术的世界大国工匠：大勇不惧科学家精神身经百战的汉阳造两弹一星精神等课程思政元素的融入，旨在培养学生的创新意识和社会责任感，激发他们对科技探索的热情，同时加深对国家发展战略和科技创新重要性的理解。
本书共10章，从区块链工作原理、基础架构与发展趋势等方面，介绍了区块链技术与工业互联网大数据的关系，区块链在企业内部、供应链、跨产业链中的应用，还介绍了目前典型区块链与工业区块链平台，以及应用实践案例。本书实用易学、简繁得当，分析了当前工业区块链的现状与发展趋势，描述了工业区块链与工业互联网的关系，紧密贴合平台服务与产业应用，帮助读者厘清概念、掌握技术、熟悉应用、了解趋势。因此，本书可作为普通高等院校或大专院校机械、控制、计算机、通信、网络安全、工业互联网、智能制造、大数据、人工智能等专业的选修教材，也可供从事工业区块链研究、教学的专业人员使用，以及企业、研究所、政府部门的工程技术人员、管理人员自学和参考。
本书由孔宪光教授担任主编，孙雪华、殷磊、冷杰武、林颖担任副主编，胡雪、贾超、高云鹏、廖宇桥、梁漱洋参编。孔宪光编写前言、第1章、第2章，贾超、高云鹏参与编写；殷磊编写第4章、第5章、第8章，胡雪、廖宇桥参与编写；冷杰武编写第6章、第7章；孙雪华编写第3章、第10章；林颖编写第9章，梁漱洋参与编写。东华大学张洁教授对本书大纲提供了指导，中国工业互联网研究院李霖、中国电子技术标准化研究院苏伟和王程安也对本书提出了宝贵意见，在此表示衷心的感谢。
感谢西安电子科技大学智能制造与工业互联网（大数据）研究中心、西安邮电大学工业互联网研究院、陕西省电子制造SMT产线质量大数据工程中心、陕西省5G 工业互联网通信终端技术工程中心、西安市工业大数据与智能系统工程中心、西安市智能质检创新联合体的积极参与。感谢一直以来华为、中兴通讯、中国信息通信研究院、中国电子技术标准化研究院、中国工业互联网研究院、工业和信息化部电子第五研究所、国家工业信息安全发展研究中心、腾讯、网易、陕西瀚光数字科技有限公司、无锡启工数据科技有限公司、中国航天精密机械研究所、陕汽、陕西法士特汽车传动集团有限责任公司、陕西柴油机重工有限公司、中国航空油料集团有限公司研发中心、三一重机、西电集团、西飞、中航工业第一飞机设计研究院、南京康尼、中电科十所、西安市工业互联网研究院、安庆精密机电装备智能制造研究院等合作单位的大力支持！

编　者

目录
前言
第1章　绪论　 1
1.1　工业互联网的发展现状　 1
1.2　区块链的发展现状　 3
1.3　区块链对工业互联网发展的作用　 5
1.4　工业区块链的发展现状　 7
1.5　本章习题　 9
第2章　区块链的工作原理　 10
2.1　区块链的基本概念　 10
2.2　区块链的类型　 10
2.3　区块链的特征　 14
2.4　区块链的发展历程　 15
2.5　区块链的核心技术　 17
2.5.1　分布式账本　 17
2.5.2　共识算法　 19
2.5.3　密码学　 20
2.5.4　智能合约　 21
2.6　本章习题　 22
第3章　区块链的基础架构　 24
3.1　区块链体系架构和工业区块链架构　 24
3.2　数据层　 27
3.2.1　数据的存储　 27
3.2.2　数据安全　 31
3.3　网络层　 33
3.3.1　P2P网络　 33
3.3.2　数据传播机制　 35
3.3.3　数据验证机制　 35
3.4　共识层　 36
3.4.1　共识层简介　 36
3.4.2　共识算法的理论基础　 37
3.4.3　拜占庭容错技术　 40
3.4.4　典型的共识层机制　 42
3.5　合约层　 44
3.5.1　智能合约框架　 44
3.5.2　智能合约典型技术　 46
3.6　应用层　 47
3.6.1　应用层简介　 47
3.6.2　应用层使用的技术　 48
3.6.3　区块链工具　 50
3.7　本章习题　 51
第4章　区块链技术与工业互联网大数据　 53
4.1　工业互联网大数据背景　 53
4.1.1　工业互联网大数据的概念　 53
4.1.2　工业互联网大数据的主体来源　 54
4.1.3　工业互联网大数据的关键技术　 56
4.1.4　工业互联网大数据的技术架构　 61
4.1.5　工业互联网大数据的核心价值　 63
4.2　工业互联网大数据的发展现状与困境　 66
4.2.1　工业互联网大数据的发展现状　 66
4.2.2　工业互联网大数据的发展困境　 67
4.3　区块链技术与工业互联网大数据的融合　 70
4.3.1　解决数据权属问题　 72
4.3.2　解决数据资源丰富度问题　 72
4.3.3　解决数据质量问题　 73
4.3.4　解决数据孤岛问题　 73
4.3.5　解决数据安全问题　 74
4.4　本章习题　 75
第5章　工业区块链在企业内部的应用　 76
5.1　设备身份管理　 76
5.1.1　设备身份管理的发展现状　 76
5.1.2　设备身份管理存在的问题　 77
5.1.3　基于区块链的设备身份管理解决方案　 78
5.2　可信访问控制　 80
5.2.1　访问控制的发展现状　 81
5.2.2　访问控制存在的问题　 82
5.2.3　基于区块链的访问控制机制　 83
5.3　本章习题　 88
第6章　工业区块链在供应链中的应用　 89
6.1　传统供应链管理的难题　 90
6.2　工业区块链应用于供应链管理的优势　 91
6.3　基于工业区块链的企业信息化参考架构　 92
6.4　工业区块链在供应链管理中的应用场景　 93
6.4.1　工业区块链使能的工业物联网　 93
6.4.2　工业区块链增强的供应链数字孪生　 95
6.4.3　工业区块链智能合约使能的供应链资源调度　 96
6.4.4　工业区块链赋能的产品全生命周期管理　 96
6.5　工业区块链使能的供应链分布式管理模式　 100
6.5.1　认知制造式供应链　 100
6.5.2　全球制造式供应链　 101
6.5.3　云制造式供应链　 103
6.5.4　社群制造式供应链　 104
6.5.5　开放制造式供应链　 105
6.6　工业区块链在供应链管理中的应用方向展望　 106
6.7　本章习题　 106
第7章　工业区块链在跨产业链中的应用　 108
7.1　工业企业供应链金融　 108
7.1.1　工业企业供应链金融发展现状　 109
7.1.2　工业企业供应链金融存在的问题　 111
7.1.3　基于区块链的工业企业供应链金融的解决方案　 111
7.2　工业设备融资租赁　 113
7.2.1　工业设备融资租赁发展现状　 114
7.2.2　工业设备融资租赁存在的问题　 115
7.2.3　基于区块链的工业设备融资租赁解决方案　 117
7.3　工业设备二手交易　 121
7.3.1　工业设备二手交易发展现状　 121
7.3.2　工业设备二手交易存在的问题　 122
7.3.3　基于区块链的工业设备二手交易解决方案　 123
7.4　本章习题　 124
第8章　典型区块链与工业区块链平台　 126
8.1　国外区块链平台　 126
8.1.1　国外区块链平台发展现状　 126
8.1.2　国外典型区块链平台　 127
8.2　国内区块链平台　 130
8.2.1　国内区块链平台发展现状　 130
8.2.2　国内典型区块链平台　 131
8.3　国外工业区块链平台　 140
8.3.1　国外工业区块链平台发展现状　 140
8.3.2　国外典型工业区块链平台　 140
8.4　国内工业区块链平台　 143
8.4.1　国内工业区块链平台发展现状　 143
8.4.2　国内典型工业区块链平台　 144
8.5　本章习题　 154
第9章　工业区块链应用案例　 155
9.1　旺链云信用区块链电子信用凭证平台　 155
9.1.1　主要痛点　 155
9.1.2　解决方案及应用成效　 156
9.2　船舶供应链管理及协同设计和制造区块链平台溯源　 157
9.2.1　主要痛点　 158
9.2.2　解决方案及应用成效　 160
9.3　基于区块链的半导体设备行业生态　 161
9.3.1　主要痛点　 161
9.3.2　解决方案及应用成效　 161
9.4　工业品防伪溯源服务平台　 163
9.4.1　主要痛点　 163
9.4.2　解决方案及应用成效　 163
9.5　物联网区块链环保大数据管理平台　 166
9.5.1　主要痛点　 166
9.5.2　解决方案及应用成效　 167
9.6　基于区块链的供应链应用　 168
9.6.1　主要痛点　 168
9.6.2　解决方案及应用成效　 169
9.7　本章习题　 171
第10章　工业区块链挑战与展望　 172
10.1　工业区块链面临的挑战　 172
10.1.1　技术成熟度有待提高　 172
10.1.2　技术标准和相关法规尚不完善　 174
10.1.3　应用安全性存在挑战　 175
10.2　工业区块链发展展望　 176
10.2.1　技术发展展望　 176
10.2.2　应用场景展望　 177
10.3　本章习题　 179
参考文献　 181

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