3D打印下的智能制造供应链易受网络攻击，区块链将成破解利器

编者按：

随着科学技术的进步，增材制造（3D打印技术）在不断的应用推广，这项技术能够帮助企业大幅降低运输成本、提高运营效率。但也可能会使供应链更容易受到网络攻击和造假的影响。与此同时区块链技术的诞生可以在安全性方面提供很大的帮助。

试想一下，一名工人能够在建筑工地就可以打印出专门的部件或者一名工程师通过单击几个按钮就可以替换有故障的发动机部件。这听起来像科幻小说，但目前增材制造（AM）正在将这个设想变成现实。

增材技术（Additive Manufacturing 简写AM）

AM是一项通过添加一层又一层的材料来构建3D物体的技术，不管这种材料是塑料、金属、混凝土甚至是人体组织。它正在从根本上改变企业生产、分销和产品管理的方式。由于AM允许零部件在需要的时间和地点来进行生产，越来越多的企业正在向分散式生产模式进行改变，从而希望摆脱传统的地理限制。

这种模式极大地改变了供应链的性质，由潜在制造商和分包商组成的巨大生态系统取代了由少数原始设备制造商（OEM）和供应商组成的传统网络。同时它还使供应链日益动态化并为请求者/客户提供了方便的供应来源。产品生命周期明显缩短，而上升和下降周期则更为剧烈。

虽然增材制造能够带来很大的便利性甚至是突破性的作用，但是同时也会有很多额外的风险产生。增材制造供应链的数字化特征使其更加容易受到网络攻击、伪造和篡改的影响。这些问题可能在另一项创新技术：区块链上找到答案。

风险无处不在！

即使是在传统的模式下，制造业同样也是网络攻击最具针对性的行业之一。LNS Research 最近做了一项研究，参与调查的制造企业中，有超过一半以上在过去一年中都经历过网络安全漏洞的困扰。（标注1）这些攻击通常集中在制造现场和机器设备上的工业控制系统中。

增材制造的诞生为网络犯罪分子又提供了一个新的潜在目标：零件本身或者更确切的说是他们的“数字孪生兄弟”，一个包含零件规格和制造说明的数字文件。这是因为增材制造的有效性几乎完全依赖于数字文件的完整性来告诉3D打印机该做什么。打印出来的物品最终的状态只能跟打印机收到的指令是一致的。因此，这些数字文件的交付和安全性是至关重要的。

增材制造技术不仅要求数字文件的重要性，而且还增加了对接收高度敏感的产品数据的组织数量。在传统的生产模型中，创建设计文件的企业还需要处理最终产品的生产和运输。然而，在增材制造供应链中，情况已经发生了改变。在增材制造系统中，许多产品的变体是通过多个方面传输的，同时这些方面又都是相互协作互通的。所有的这些传输都可能被泄露或破解，例如设计文件可能落入未经授权的人之手，并/或被用于创建伪造、恶意修改或未经认证的组件。

区块链技术的应用和潜力

为了确保数字文件的完整性和可跟踪性，同时确保它们在供应链的每个节点（从文件开发人员到最终用户）的安全交付，越来越多的企业都在应用区块链技术。区块链的功能类似于一个分布式的数据库，它在维护一个不断增长的有序记录列表（“块”）。由于区块链对每个记录都进行了时间戳，并将其与之前的区块连接到一起，因此它们具有天生抗拒数据修改的特性。

区块链通过参与节点上存储数字供应链设计、分发、制造和现场管理等每个阶段的信息（例如设计文件）来进行工作。节点可以是连接到区块链网络中的任何电子设备，它自动下载和储存区块链的副本。数据块内的所有事务（例如文件从一个实体到另外一个实体的传输或对设计文件的修改）都与前一个块一起进行哈希（或给定一个唯一的数字指纹），以形成当前块。因此，任何数据修改都将产生一个新的数字指纹，而且由于区块链网络是由共识管理的，因此任何交易的真实性都可能被视为评判真假的条件。

虽然区块链技术有许多不同的形式和不同的应用，但所有基于区块链的系统基本概念是相似的。尽管区块链没有直接保持其传输数据的安全性，但是它能够确保显示制定的文件何时被篡改以及何时文件被损坏。

因此，如果一个增材制造供应链的事务节点级别实现了区块链，那么它将确保所有资产都是可跟踪的，同时它们的来源都是透明的，用户可以看到部件的完整生命周期。没有区块链，安全性仅仅依赖于加密，而且无法真正确定数字文件是否已被损坏。如果文件已被损坏或修改，区块链可以通过公开来授予其应有的真实性。

然而，为了有效，在增材制造数字供应链的每个阶段，是否确保供应链数据的安全是至关重要的。从设计阶段开始，零件的最终设计和所有相关的工程数据都需要被认为是需要保护的高价值资产。保护供应链数据可能需要文件加密、数字许可证和智能契约、数字引用以及区块链的应用。

通过加密设计文件，部件设计人员确保只有经过授权的用户才能访问其所包含的信息。这样做能够监管对设计文件的访问，直到它被制定的AM机器解密为止。职能合同作为一种许可机制，允许知识产权所有者定义谁可以访问这些数据，访问的时间是多长以及这些数据将如何以及在哪里用于制造零件。

在传统的生产模型中，创建设计文件的企业还将处理生产业运输环节。然而，在AM供应链中，情况已不再如此。部件设计人员通过电子邮件、脱机系统或从一个系统到另外一个系统的直接访问（取决于所需安全措施的级别）将加密的设计文件（以及附带的数字许可证）传输给下游企业，这些企业同样是供应链的一部分。

考虑到这些措施都可能受到损害，在这使用智能契约的区块链是十分有必要的。这样做允许区块链事务对数字分发许可证进行身份验证、传输和记录。它还允许区块链中所有成员参与并证实设计数据的来源，同时执行smart契约设置的分发和资产管理规则。

工程师还可以运用区块链将业务和生产规则应用于加密的设计文件，这些文件将制定允许执行设计的机器的制造和模型，允许构建材料类型以及各种其他构建参数。制造商只要在满足这些规范之后才能解密设计文件。此外生产规则还将控制每个制造商获准打印的数量。这确保质量标准能够得到满足，并防止在授权设备上制造假冒产品。同时区块链分类账将跟踪和储存与部件设计的生命周期相关的所有时间，这样就可以验证每个部件的出处，并可以跟踪最终产品中检测的任何错误。

最后，当一个实体部件被制造出来时，它应该被标记在数字参考并记录在区块链分类账中。例如，部件可以用化学跟踪器、射频识别标签或序列号进行编码，然后这些序列号可以与储存的数字分类账中的信息相匹配。这样做在数字和物理线程之间提供了一个连接。可以使用该连接跟踪任何部件的制造商、创建该部件的机器、创建该部件的条件以及原始设计创建者。区块链分类账还可以用于性能建模、故障模拟和特定部件的整体性能的改进。

一个优雅的解决方案

随着越来越多的行业认识到增材制造的好处，企业认识到AM的产品只有在创建他们的数字文件和打印机的完整性方面才是可行的，这一点将变得十分重要。显然，用区块链技术确保数字供应链安全是至关重要的。区块链可以对冲知识产权（IP）盗窃造成的收入损失。

在政府和军用领域中的制造商来说，区块链的优势甚至超出了防止知识产权盗窃，因为假冒部件可能威胁到国家安全。美国国防部（DoD）在其2017年国防工业能力年度报告中将供应链完整性和假冒零部件列为电子行业最关注的两大问题。

根据美国国防部的报告显示，假冒零部件进入到供应链的一个关键因素就是技术陈旧，设备不再由OEM生产，必须从第三方购买。根据国防部的报告，这个问题在被发现的时候，有50%-80%的可疑伪造部件是由过时的设备制造的。

增材制造在国防领域的优势之一是，它允许供应商储存OEM已经停止生产的替换部件的设计数据，并在现场进行生产。同时区款连可以验证供应商是否使用了正确的设计文件。

基于这些原因，美国国防部对区块链在增材制造供应链领域上的应用潜力十分重视。“区块链是一个优雅的解决方案”美国海军技术和创新主任Steven Dobesh指挥官在J4参谋长联席会议上说到“这将解决增材制造的数字线程的安全问题，我认为这是对可溯性和来源这一重要问题的最佳解决方案。”“当我们从打印机上取下一个部件时，我们必须具有与当前从货架上取下一个物理部件时具有同样的信心。区块链将帮助我们通过一个只追加的不可变的交易分类账来实现这一点。”

任何新的技术都可能对文化、思维和供应链带来创新。与区块链技术配套的增材制造正是这种颠覆。虽然这些都还需要通过确定通过支持区块链的安全解决方案来保护和验证数据并最终改进数字供应链的最佳实践。但区块链技术无疑掌握了减少假冒、数据完整性、遵从性权利和反馈监视的关键。

最终，将区块链纳入制造周期，通过加快上市时间和减少物理储存需要来加快生产。这将使增材制造充分发挥其潜力。

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