Desbloqueando el potencial de Blockchain en la automatización industrial: Oportunidades y obstáculos

El artículo anterior explicó cómo funciona blockchain, por qué es seguro e introdujo el uso de blockchain para logística, como la cadena de suministro y el seguimiento de activos. En este artículo, continuaremos proporcionando ejemplos y aplicaciones potenciales de blockchain en la automatización industrial.

Blockchain e IoT

El Internet de las Cosas (IoT) tiene millones de aplicaciones en todo el mundo, pero simultáneamente ha expuesto muchos riesgos de seguridad. A menudo escuchamos en las noticias que actores maliciosos hackearon productos IoT como cámaras inalámbricas, Amazon Alexa y termostatos inteligentes y robaron datos.

Blockchain puede ayudar a cerrar la brecha en la deficiencia de seguridad para aplicaciones IoT. Muchas aplicaciones IoT usan MQTT para la comunicación. MQTT puede asegurarse introduciendo autenticación OTP (contraseña de un solo uso) basada en blockchain en su esquema.

En la figura 1, un usuario registra un dispositivo remoto con el broker enviando una solicitud de autenticación al broker usando un dispositivo local. El broker genera una transacción e inicia la función de un contrato inteligente. Luego genera un OTP y lo envía de vuelta al usuario. Posteriormente, el usuario publica el OTP en la blockchain para demostrar la originalidad de su solicitud de autenticación.

Figura 1. IoT implementado con blockchain. Imagen cortesía de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.

Dado que el OTP tiene una expiración, el usuario debe llamar al contrato inteligente desde el dispositivo local para verificar que el OTP no ha expirado. Una vez validado el OTP, el dispositivo remoto lo recupera de la blockchain y lo envía al broker. Finalmente, el broker recupera el OTP de la blockchain y aprueba el registro del dispositivo.

Todas las comunicaciones anteriores se realizan a través de la puerta de enlace Ethereum, y la aplicación IoT está funcionando para generar y verificar el OTP y comunicarse con la puerta de enlace Ethereum.

Ciberseguridad de sistemas de control industrial (ICS) con Blockchain

Otro método para asegurar el control de acceso a los dispositivos IoT y sus datos es usar blockchain para almacenar la lista de dispositivos y transacciones. La blockchain puede diseñarse en una plataforma Ethereum usando Truffle Suite. Truffle Suite es una herramienta usada para crear contratos inteligentes usando Máquina Virtual Ethereum (EVM). Crea una base de datos inmutable y de seguimiento de registros para propósitos de autenticación y para mantener las transacciones seguras. Los datos en la base de datos inmutable no pueden ser eliminados ni actualizados.

La blockchain Ethereum creada es una red privada detrás de un firewall, y el servidor se comunica con la blockchain Ethereum usando métodos HTTPGet y HTTPPost. El contrato inteligente está diseñado para autenticar cada transacción cada vez. La blockchain Ethereum se usa para la red blockchain privada, y Solidity basado en Java define los contratos.

Blockchain y control de procesos

Una arquitectura de integración vertical basada en blockchain para un sistema de automatización de procesos (PAS) puede controlar y monitorizar un proceso industrial. Una integración vertical recopila datos en el nivel más bajo de campo y dispositivo y permite que la información viaje al nivel más alto. Y viceversa, desde el nivel más alto a los dispositivos de campo, como cambiar puntos de ajuste para bucles de control.

Una arquitectura de red descentralizada basada en blockchain puede implementarse en la integración vertical de niveles jerárquicos de PAS, que funciona en paralelo con el sistema en tiempo real. Esto introduce la blockchain en las órdenes de tareas como compilación, ejecución y monitorización, realizadas por el operador en el nivel de interfaz hombre-máquina (HMI).

Como se muestra en la figura 2, la red blockchain se usa como middleware para conectar la gestión corporativa, la gestión de planta y los niveles de supervisión, donde cada nivel actúa como un cliente blockchain e interactúa entre sí de manera descentralizada.

Los dispositivos de nivel de control de proceso arbitran la comunicación entre dispositivos de campo y sensores a través del controlador lógico programable (PLC). También se comunica con los tres niveles del PAS a través de contratos inteligentes que definen la ejecución de tareas y la recopilación de datos brutos, y realizan control de acceso y gestión de seguridad. La información puede apoyar la toma de decisiones comerciales y de fabricación.

Figura 2. Control de procesos implementado con blockchain. Imagen cortesía de la Universidad de Cornell [PDF]

En esta arquitectura, la gestión y la información de control del dispositivo PLC se almacenan en los libros contables (ledgers) en la red blockchain donde se validan las transacciones. Cada transacción se identifica por una dirección única y almacena toda la información relevante para ser intercambiada entre diferentes niveles en el PAS.

El desafío por delante con Blockchain

Incluso con el éxito de las redes basadas en blockchain en criptomonedas, la blockchain no puede copiarse y pegarse en otras aplicaciones industriales. A continuación se presentan algunos de los desafíos que deben considerar los desarrolladores de blockchain para integrar exitosamente blockchain en aplicaciones de automatización industrial y fabricación.

• Minero de blockchain: En criptomonedas, los mineros son recompensados monetariamente cuando resuelven una ecuación matemática compleja. En una aplicación industrial, las tareas del minero tendrán que ser reemplazadas por procesos o unidades computacionales para realizar estas responsabilidades intensivas. Esto aumentará el alcance y los recursos requeridos, y por lo tanto, el coste de construir la red IoT o de control.
• Seguridad: Aún escuchamos en las noticias ocasionalmente que hackers encuentran su camino para vaciar cuentas de usuarios de criptomonedas. Hay algunos fallos de seguridad en la red blockchain. La naturaleza descentralizada de blockchain puede aumentar su seguridad, pero también crea más objetivos para que los hackers los exploten. Los investigadores deben encontrar una mejor manera de aumentar la seguridad en la capa de protocolo.
• Velocidad: El tiempo para minar 1 Bitcoin es de 10 minutos debido a la complejidad del algoritmo y el tiempo que necesita para recorrer la red de minería. Puede estar bien en un mercado financiero, pero puede no ser factible para un sistema de control en tiempo real. Los investigadores tendrán que aumentar el ancho de banda, la velocidad de encriptación y reducir el desperdicio de poder computacional para que blockchain sea más aplicable en aplicaciones industriales.
• Adopción lenta: Blockchain es un ecosistema que requiere una adopción amplia para funcionar eficazmente. Por ejemplo, el seguimiento y rastreo en redes de cadena de suministro no solo requeriría que una organización adopte una red blockchain, sino también que sus proveedores adopten también. Las empresas tienden a ser lentas para adoptar nuevas tecnologías cuando necesitan llegar a un consenso con otras. Diferentes entidades empresariales deben trabajar juntas y confiar entre sí para formar blockchains compatibles donde la seguridad y las transacciones puedan funcionar sin problemas entre ellas.
• Desarrolladores cualificados: Blockchain es una tecnología emergente. Las habilidades requeridas para desarrollar y dominarla no están ampliamente disponibles en el mercado. Es un desafío para una organización adquirir desarrolladores e ingenieros de blockchain, y sus salarios son altamente competitivos. Esta barrera de adquisición de talento puede ralentizar la integración de blockchain en sistemas heredados. Sin embargo, como hemos visto con otras tecnologías, cuando hay demanda, las instituciones educativas y la comunidad técnica pueden ayudar a ponerse al día y suministrar suficientes fuerzas de trabajo capacitadas.

Aunque parece haber algunos desafíos con blockchain, la buena noticia es que hay mucho trabajo en progreso para combatir estas deficiencias. Organizaciones y líderes tecnológicos han reconocido los beneficios y potenciales de blockchain, y están invirtiendo en esta tecnología. Al igual que con otras nuevas tecnologías, habrá tiempo para que blockchain enfrente un desafío riguroso antes de convertirse en una adopción generalizada.

Solo el tiempo dirá si la criptomoneda es un boom o un bust. Pero la tecnología blockchain que ayuda a crear mantendrá su valor por mucho tiempo en el ámbito de aplicaciones industriales.