工业互联网数据要素化:隐私计算可信数据空间初露端倪

6月22日,中央深改委第26次会议审议通过了《关于构建数据基础制度更好发挥数据要素作用的意见》,对数据确权、流通、交易、安全等方面做出部署。会议明确,促进数据高效流通使用、赋能实体经济。深改委相关工作部署,意味着数据要素市场化正呈加速态势。

工业互联网、工业大数据的发展,无疑推动着工业数据要素市场的发展和成形。尽管工业大数据目前主要在企业内部或供应链间分享流通,但进一步的跨域流通和交易需求已经不远——这需要以安全为前提。目前,业界正在探索隐私计算等技术体系,推进工业数据要素资源的交换流通与交易,其中之一,就是中国信通院牵头,数十家工业与ICT界企业及院校参与的“可信数据空间”体系的研发。

数字经济视角的要素市场化

近年来,部分地方政府相继出台数据条例、数字经济条例,其核心组成部分就是数据生产要素。其中,共享、流通、交易是数据要数市场化的重要途径,也是产业界关注的重点。

数据要素市场是一个强技术属性市场,共享或交易,仅有法规、制度,难免会沦为一纸空文。需要一套基于法规、制度和国际规则的技术体系,能保证过程中数据的安全、各方权益,这个技术体系可以是无感的、流通交易中任意一方不可篡改的。

而从数字经济国际合作(事实上数字经济天然具有国际合作的属性)的角度,研究提出甚至是中国能作为国际合作规则主导力量之一的“中国方案”的呼吁不绝于耳。这个中国方案,技术体系必须是其中之一。目前,中国数字经济体量位于世界第二,美国居首。

当前,地方数据交易所或公共数据服务平台所共享或交易的数据以政务数据为主。但数据作为生产要素,已全面融入生产、流通、消费和服务等经济社会各个环节。尤其在工业互联环境下,数据驱动所有业务。工业大数据的跨企业、跨行业流通、交易不可避免,确保安全成为前提。

隐私计算能否解决这一问题呢?

综合网络信息,隐私计算是一类技术统称,旨在保护数据不泄露的前提下,实现数据分析计算。他可以针对不同的应用场景、信任环境和需求,将不同技术、算法、接口集成在一个平台上,结合人工智能、机器学习、区块链等跨学科技术,为需求方提供综合的解决方案。

根据百度百科,目前主流的隐私计算技术主要分为三大方向:第一类是以多方安全计算为代表的基于密码学的隐私计算技术;第二类是以联邦学习为代表的人工智能与隐私保护技术融合衍生的技术;第三类是以可信执行环境为代表的基于可信硬件的隐私计算技术。

实际场景中,上述技术往往组合使用,在保证原始数据安全和隐私性的同时,完成对数据的计算和分析任务。据称,隐私计算已在金融、政府、医药等行业场景初步商业落地,应用模式包括跨域分布式身份认证、数据授权分享、区块链钱包管理与隐私交易、数据安全匹配、多方联合建模、安全建模应用等。

在工业,隐私计算刚刚开始。

什么是可信数据空间

为解决工业数据资源共享流通中的技术、标准、应用与产业培育等主要问题,中国信通院提出了面向工业数据可信、安全共享和流通的新型基础设施——可信工业数据空间(Trusted Industrial Data Matrix)。并为此联合多家企业搭建“面向3D模型可信共享流通的工业数据空间测试床”,针对实际应用场景和技术路径进行了验证,取得了良好的效果。

可信数据空间可以认为是数据与资源共享的数字化基础设施,旨在促进不同利益攸关方之间可信、安全、透明的进行数据共享、交换、流通与交易,从而实现数据的“可用不可见、可用不可存、可控可计量”。——这看起来有些“费劲”。我们从时间线看看可信数据空间的发展。

2021年11月26日,中国信通院组织举办《可信工业数据生态链-系统架构1.0白皮书》研讨会(第二次)。华为、北交大、中国电信、华控清交、东方电气、沈鼓、青岛四方、国能信控、光华冠群、北大、航天工业信息技术中心、工业大数据应用技术国家工程实验室、东风设计院、石化盈科、百度、智能云科、中汽数据及中车株洲等研究机构和企业代表参会。

2021年12月24日,工业互联网产业联盟发布《可信工业数据空间架构1.0》白皮书。该白皮书系统阐述了可信工业数据空间的概念内涵、行业需求、应用价值、实施路径等内容,为探索工业数据要素市场化提出发展思路和实现路径。

2022年1月19日,中国信通院举行可信工业数据空间生态链大会。大会正式发布《可信工业数据空间系统架构1.0》白皮书,同时宣布成立可信工业数据空间生态链(TDMC)。

工信部信发司副司长王建伟出席了本次生态链会议,他表示,探索建设可信工业数据空间,是推动工业数据在更大范围、更加充分和有序地共享流通的有效手段,也是激发数据要素价值、扩大数据生产力乘数效应的重要途径。

中国信通院院长余晓晖在发言中总结了可信工业数据空间领域主要工作成果,提出“下一步将围绕数据要素市场建设加强规则体系、技术产业和应用模式研究,探索构建我国数据要素市场化建设的发展路线,依托生态链与各方一道积极推进可信工业数据空间产业实践走深走实”。

2个月后的3月24日,中国信通院牵头提出IEEE P 3158《可信数据空间系统架构》在IEEE标准协会成功立项。标准由IEEE SA标准委员会下的Trusted Data Matrix工作组组织开展研究和编制工作,中国信通院信息化与工业化融合研究所副总工程师韦莎任工作组主席。

5月11日,IEEE P 3158《可信数据空间系统架构(Standard for Trusted Data Matrix System Architecture)》工作组首次全体会议召开。来自北交大、南理工、北航、天津大学、中国电信、中国移动、国家电网、东方电气、浙江中控、阿里、华控清交、数鑫科技、西门子、中国核能协会等单位的40余位国内外专家,以及IEEE标准协会中国战略合作负责人王亮迪博士、IEEE标准协会高级项目经理Jonathan Goldberg出席会议。

6 月 6 日 - 7 日,IEEE P 3158《可信数据空间系统架构(Standard for Trusted Data Matrix System Architecture)》工作组举行第二次全体会议,确定下一步工作方向。会上,9家单位通过可信工业数据空间生态链总体组初审,并经执行委员会审议通过,正式加入到TDMC。

上述背景显示出,围绕可信数据空间,1个准联盟、1个技术体系逐渐成型,1个国内国际标准正在研制。

是什么与有何用

那么,可信数据空间看起来致力于解决工业数据共享、流通、交易的技术问题,通过技术规则激活工业数据要素价值,这与隐私计算有何关系?——提出这个问题,是希望弄清楚,可信数据空间到底是什么。

工业数据空间是一个为数据安全流动和应用而搭建的数据流通、运行、管理环境。不同于数据平台,它由一个个经过技术认证的数据盒子相互连接而成,数据在盒子之间加密传递,并在盒子中进行运算和应用。盒子采用一套数据控制技术,构建了特殊的使用环境,在盒子中数据的天然属性被限制,并赋予数据提供者全程掌控数据流向和使用方式的能力。工业数据空间可保证数据在使用完毕后,从使用方的盒子中自动删除,从而满足数据提供方对数据主权的掌控。

在技术基础上,工业互联网产业联盟今年1月在1.0白皮书发布上所指出的,工业数据空间是基于数据使用控制、隐私计算、安全技术、存证溯源等技术综合构建的,遵从统一标准的,覆盖数据全生命周期的数据管控系统和价值生态体系,是实现数据要素高效配置的新型基础设施。

其主要功能,一是为数据拥有者提供数据适用对象、范围、方式的控制能力,消除流通顾虑,释放数据供给;二是为数据处理者提供数据流通处理的日志存证,提供内外部合规记录,实现数据资源有效管理;三是为数据供需双方提供数据要素流通的中间服务,便利供需对接,促进应用场景和数据价值化配置。

白皮书提出了可信工业数据空间的总体架构,这包括业务视图、功能视图、技术视图,以及相应的5类角色、2种模式、5个功能层次、7类主要技术。

可见,在可信数据空间的架构中,隐私计算只是其中一种技术。事实上,工业数据共享、流通,在供应链或在企业内部已经有较长时间的存在,如协同研发涉及到的研发数据、工业智能中机器学习需要的大量数据等众多场景,探索已经有较长时间。

可以说,工业数据空间实现了两大价值。

一是,让数据像实物一样被管理。数据定向传递,只传递给希望给到的接受方。供需双方就数据使用时长、条数、次数、是否允许下载等达成的共识,在空间内自动执行。数据在达到条件后会被自动清除,保障提供方对数据主权的控制。

二是,数据处理行为存证,提供数据使用、流动、交易、合规证据。数据的供、需及处理各方都是实名制参与。数据全生命周期全过程行为可留存日志备查。为数据供需企业、交易中介、政府管理部门提供数据安全内部审计、合法依规及安全风险评估的可靠证据。而且这一过程不会读取数据内容,企业无需担心敏感信息泄漏。

我们注意到,3月24日,中国信通院牵头提出IEEE P 3158《可信数据空间系统架构》在IEEE标准协会成功立项。

IEEE电气与电子工程师协会呢,最熟知也最知名的可能是期刊也就是出版物,每年出版的电气电子和计算机科学领域的技术文献约占世界总量的1/3,而且其文献的引用率在电子、通信和其他领域也名列前茅。此外,IEEE也是世界权威的标准制定机构,目前已经为通信、信息技术、发电产品等制定了许多现行产业标准,其中包括著名的IEEE 802。

IEEE标准协会即IEEE SA的一大特点是市场驱动,个人会员、团体(公司)会员,都可以发起标准制定请求,立项后,由发起人和IEEE SA推荐的专家共同进行标准制定,以及后续的确认、批准、发布、测试等流程。IEEE P 3158《可信数据空间系统架构》的立项,是一个开端。

国际数据空间及隐私计算

可信数据空间,国际上还有一个相对早一些的联盟和标准,这就是IDSA。其牵头单位是大名鼎鼎的德国弗劳恩霍夫协会,说到这个,都会联系到工业4.0、CPS等。

2014年,德国联邦教研部提出了“工业数据空间行动”,旨在构建一个安全可信的工业数据交换空间,目的就是消除数据流通、交易的信任问题。弗劳恩霍夫协会是这个行动的牵头单位。为落实“工业数据空间行动”,2016年协会联合大众汽车等18家成员企业成立“工业数据空间联盟”(IDSA)。2017年,联盟推出“工业数据空间参考架构模型1.0”。随着数字经济的发展,“工业数据空间联盟”变更为“国际数据空间联盟”,行业也不仅仅是工业了。2019年,国际数据空间参考架构模型3.0发布,目前已成为正式标准。

数据空间(IDS)是一种基于标准通信架构、实现数据安全流通共享的虚拟空间架构。在后来的欧洲云(Gaia-X)项目中,也融入了国际数据空间的理念与相关标准。虽然Gaia-X项目前途未卜,但在项目中关于“数字主权”的探索,如果成功,未必不值得借鉴。

根据官方信息,数据空间(IDS)是具有自主权的数据进行交换和处理的空间。数据提供方将数据通过IDS连接器(IDS Connector)传入数据空间的设备。允许其他人使用这些数据,同时保留对使用人、使用方式、使用时间、使用目的和使用价格的控制。

IDS 连接器是一个专用的软件组件(可以理解为一个网关),为各参与者提供将数据使用规则附加在数据空间中,执行使用规则并无缝追踪数据来源的功能。连接器是数据与服务的网关,也为各应用程序和软件提供可信任的运行环境。此外,数据空间还包括应用程序、代理服务、交换所、身份认证管理、数据描述以及认证程序等组件。

2021年,工业互联网平台卡奥斯曾发布消息,与弗劳恩霍夫协会合作的海尔海外洗衣机工厂智能衣物检测案例使用了IDS的相关技术。生产商可通过洗衣机内的传感器收集洗衣数据,经由COSMOPlat平台计算优化洗涤程序,IDS技术确保用户拥有数据主权,实现数据的安全、可控交换。消息称,卡奥斯COSMOPlat是欧盟以外首个将平台架构融入到欧洲的数据和云主权中的工业互联网平台。

近期,与可信空间、隐私计算的还有两件事。

一件是由深圳数据交易有限公司(简称“深数交”)、华为云计算技术有限公司(简称“华为云”)、深圳数鑫科技共同发起成立的“国际数据空间创新实验室”正式发布。实验室主要聚焦孵化并构建自主知识产权、安全、可信、可控、可追溯的数据流通技术体系,借鉴国际数据空间(IDS)理念和参考架构的同时,充分融合国内数据流通产业特点、行业应用场景、数据保护及交易法规等。

在其定位中,有两点值得注意:一是通过将数据空间解决方案与隐私计算等现有流通技术体系的融合,构建完整的可信数据流通体系,能支撑落地更广泛的数据流通交易场景;二是实验室构建的可信数据流通体系能更好支撑与欧盟、日本等以IDS构建数据流通体系的发达经济体,实现跨境数据流通。

也就是说,IDS是其技术底座;再就是其工作目标除了支撑国内,还瞄准了数据跨境的需求。

另一件,是隐私计算的标准探索。

据报道,今年3月份,IEEE-SA全票通过了《隐私计算一体机技术要求》(P3156)立项,并在IEEE-SA成立了隐私计算一体机工作组,该标准由蚂蚁集团、国内外专家共同参与筹备,是全球首个隐私计算一体机国际标准。

2021年12月,蚂蚁集团向IEEE-SA提交了《隐私计算一体机技术要求》的立项申请,针对隐私计算一体机框架、功能要求、性能要求和安全要求等问题提出标准解决方案。经过为期2个多月的3轮评审后,正式通过立项评审。

为何是蚂蚁集团提出呢?资料显示,从2015年开始蚂蚁集团推进隐私计算技术及其规模化应用,为解决行业面临的数据信任难点、数据孤岛等问题提出了多项创新性技术方案,隐私计算一体机就是其中之一。

2021年世界互联网大会期间,蚂蚁集团发布了首个隐私计算一体机产品,针对隐私计算应用场景中数据安全、算力不足、运算速度慢等问题,利用蚂蚁自研的芯片、硬件、软件实现了隐私计算软硬件一体化解决方案,大大降低了隐私计算开发门槛。

目前,隐私计算一体机作为隐私计算产业落地的重要技术探索,在国内外受到行业关注。

除了国际标准,中国信通院联合蚂蚁集团在隐私计算联盟制定了《隐私计算一体机技术规范》团体标准,目前也已经形成征求意见稿。

来源:工业互联网周刊

责任编辑:LuYue

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建立健全两化深度融合标准体系,依托全国两化融合管理标委会(TC573)、科研院所、联盟团体等各类专业技术组织,开展两化融合度、两化融合管理体系、数字化转型、工业互联网、信息物理系统(CPS)、数字孪生、数字化供应链、设备上云、数据字典、制造业数字化仿真、工业信息安全等重点领域国家标准、行业标准和团体标准制修订工作。 ——《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》 突破工业现场多维智能感知、基于人机协作的生产过程优化、装备与生产过程数字孪生、质量在线精密检测、生产过程精益管控、装备故障诊断与预测性维护、复杂环境动态生产计划与调度、生产全流程智能决策、供应链协同优化等共性技术。 推动数字孪生、人工智能、5G、大数据、区块链、虚拟现实(VR)/增强现实(AR)/混合现实(MR)等新技术在制造环节的深度应用,探索形成一批“数字孪生+”“人工智能+”“虚拟/增强/混合现实(XR)+”等智能场景。 推动数字孪生、人工智能等新技术创新应用,研制一批国际先进的新型智能制造装备。研发融合数字孪生、大数据、人工智能、边缘计算、虚拟现实/增强现实(VR/AR)、5G、北斗、卫星互联网等新技术的智能工控系统、智能工作母机、协作机器人、自适应机器人等新型装备 推动数字孪生、数据字典、人机协作、智慧供应链、系统可靠性、信息安全与功能安全一体化等基础共性和关键技术标准制修订,满足技术演进和产业发展需求,加快开展行业应用标准研制。 ——《“十四五”智能制造发展规划》 提高生产智能水平。构建面向主要生产场景、工艺流程、关键核心设备的数字孪生模型。 ——《“十四五”原材料工业发展规划》 推动数字化智能化绿色化融合发展。深化产品研发设计、生产制造、应用服役、回收利用等环节的数字化应用,加快人工智能、物联网、云计算、数字孪生、区块链等信息技术在绿色制造领域的应用,提高绿色转型发展效率和效益。 ——《“十四五”工业绿色发展规划》 建筑工程领域 在建筑工程领域,《“十四五”建筑业发展规划》明确提出,要加快推进建筑信息模型(BIM)技术在设计、审查、生产、施工、管理、监理等工程环节的集成应用。规划还指出,要推进自主可控 BIM 软件研发、完善 BIM 标准体系、建立基于 BIM 的区域管理体系、建立基于 BIM 的区域管理体系以及开展 BIM 报建审批试点,到2025 年,要基本形成 BIM 技术框架和标准体系。 加快推进建筑信息模型(BIM)技术在工程全寿命期的集成应用,健全数据交互和安全标准,强化设计、生产、施工各环节数字化协同,推动工程建设全过程数字化成果交付和应用。 推进BIM技术、物联网、人工智能等现代信息技术在工程监理中的融合应用。在工程总承包项目中推进全过程 BIM 技术应用,促进技术与管理、设计与施工深度融合。强化施工图审查作用,全面推广数字化审查,探索推进 BIM 审查和人工智能审查。 2025 年,基本形成 BIM 技术框架和标准体系。 1、推进自主可控 BIM 软件研发。积极引导培育一批BIM 软件开发骨干企业和专业人才,保障信息安全。 2、完善 BIM 标准体系。加快编制数据接口、信息交换等标准,推进 BIM 与生产管理系统、工程管理信息系统、建筑产业互联网平台的一体化应用。 3、引导企业建立 BIM 云服务平台。推动信息传递云端化,实现设计、生产、施工环节数据共享。 4、建立基于 BIM 的区域管理体系。研究利用BIM 技术进行区域管理的标准、导则和平台建设要求,建立应用场景,在新建区域探索建立单个项目建设与区域管理融合的新模式,在既有建筑区域探索基于现状的快速建模技术 5、开展 BIM 报建审批试点。完善 BIM 报建审批标准,建立BIM辅助审查审批的信息系统,推进 BIM 与城市信息模型(CIM)平台融通联动,提高信息化监管能力。 ——《“十四五”建筑业发展规划》 水利应急领域 在水利应急领域,《“十四五”水安全保障规划》重点提出,要加快已建水利工程智能化改造,不断提升水利工程建设运行管理智能化水平,要推进数字流域、数字孪生流域建设,实现防洪调度、水资源管理与调配、水生态过程调节等功能,推动构建水安全模拟分析模型,要在重点防洪区域开展数字孪生流域试点建设。另外,《“十四五”国家应急体系规划》也提出了,要加强城乡防灾基础设施建设,推动基于城市信息模型的防洪排涝智能化管理平台建设。 推进智能水利建设。积极推进BIM 技术在水利工程全生命周期运用,新建骨干项目鼓励按照智能化要求同步进行规划建设管理,同步构建实体工程和数字孪生工程。加快建设覆盖重大水利工程,联通国家、流域、区域的水利工程控制网和业务网,实现水流、信息流和业务流的互联互通。 推进数字流域建设。以流域为单元、数字地形为基石、干支流水系为骨干、水利工程为重要节点,对物理流域的全要素进行数字化映射。加强自然地理、经济社会等信息数据采集与处理,深化遥感技术和地面监测技术的有机结合,推进建立空天地一体化的流域全覆盖监测。构建覆盖全国主要江河流域的数字化映像,开展长江、黄河、淮河、海河、珠江、松辽、太湖等大江大河大湖数字流域建设。 推动数字孪生流域建设。集成耦合水文、水力学、泥沙动力学、水资源、水工程等专业模型和可视化模型,推进集防洪调度、水资源管理与调配、水生态过程调节等功能为一体的数字孪生流域模拟仿真能力建设。推动构建水安全全要素预报、预警、预演、预案的模拟分析模型,强化洪水演进等可视化场景仿真能力。选择淮河、海河流域重点防洪区域,开展数字孪生流域试点建设。 建设流域防洪管理与调度体系。以数字流域为基础,加快流域水工程防灾联合调度系统建设,在国家防汛抗旱指挥系统的基础上,汇集气象、水情、雨情、工情、墒情、灾情等信息,优化水库、河道、蓄滞洪区等工程联合调度运用,加强对洪水资源的调度、管理与利用,制定动态优化的精细数字预案,开展人机互动的同步仿真预演,形成智慧防洪体系,实现及时准确预报、全面精准预警,提高流域防洪管理和调度运用水平。 按照大系统设计、分系统建设、模块化链接的建设思路,以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径,积极探索构建水利数字孪生应用场景,推动构建水利“2+N”智能业务应用体系,提升仿真、分析、预警、调度、决策和管理支撑能力。 ——《“十四五”水安全保障规划》 推动基于城市信息模型的防洪排涝智能化管理平台建设。 ——《“十四五”国家应急体系规划》 综合交通领域 在综合交通领域,《“十四五”铁路科技创新规划》提出,要推进数字孪生等前沿技术与铁路领域深度融合,加强智能铁路技术研发应用,开展铁路设备智能建造数字孪生平台研发应用。《公路“十四五”发展规划》则提出要建设智慧公路,推动建筑信息模型、路网感知网络与公路基础设施同步规划建设。《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》提出,构建设施运行状态感知系统,加强重要通道和枢纽数字化感知监测覆盖,增强关键路段和重要节点全天候、全周期运行状态监测和主动预警能力。 研究5G成套技术,推进毫米波通信、无线大数据、数字孪生、云网边端协同、感知-通信-计算一体化等技术在铁路通信信号领域的应用。 围绕全生命周期与全业务融合目标,持续加强智能铁路顶层规划研究,构建智能铁路技术体系架构2.0版本。深化智能建造、智能装备、智能运营技术创新,开展智能建造数字孪生平台研发应用。 ——《“十四五”铁路科技创新规划》 建设智慧公路。推动建筑信息模型、路网感知网络与公路基础设施同步规划建设,加快公路基础设施数字化改造,推进公路基础设施全要素、全周期数字化转型发展,加强重点基础设施关键信息的主动安全预警。 ——《公路“十四五”发展规划》 完善设施数字化感知系统。推动既有设施数字化改造升级,加强新建设施与感知网络同步规划建设。构建设施运行状态感知系统,加强重要通道和枢纽数字化感知监测覆盖,增强关键路段和重要节点全天候、全周期运行状态监测和主动预警能力。 ——《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》 标准构建领域 在标准构建领域,《“十四五”推动高质量发展的国家标准体系建设规划》提出,要围绕智慧城市建设内容,加强城市数字孪生、城市数据大脑、城市数字资源体系等方面的标准体系建设,规范引导智慧城市发展。 围绕智慧城市分级分类建设、基础设施智能化改造、城市数字资源利用、城市数据大脑、人工智能创新应用、城市数字孪生等方面完善标准体系建设,面向智慧应急、智慧养老、智慧社区和智慧商圈等典型领域加快标准研制。开展标准实验验证与应用实施,以标准化引领和支撑智慧城市建设。 ——《“十四五”推动高质量发展的国家标准体系建设规划》 能源安全领域 在能源领域,《“电力安全生产“十四五”行动计划》提出,要基于三维数字信息模型技术进行安全预警;依托互联网推动数字孪生、边缘计算等技术应用。 大力推进新能源智慧电站建设。运用基于三维数字信息模型技术,实现机组设备在线故障诊断和异常情况即时预警功能,提高新能源发电安全管理成效。 打造基于工业互联网的电力安全生产新型能力,组织开展“工业互联网+安全生产”应用试点,推动5G+安全生产、边缘计算、数字孪生、智慧屏、安全芯片等新技术新产品应用和展示。 ——《电力安全生产“十四五”行动计划》 城市发展领域 在城市发展领域,《“十四五”支持老工业城市和资源型城市产业转型升级示范区高质量发展实施方案》提出,要加速推进老工业城市和资源型城市的智慧城市建设,推进数字技术与经济社会发展和产业发展各领域广泛融合,完成城市绿色化改造。 加快构筑数字社会,支持发展远程办公、远程教育、远程医疗、智慧楼宇、智慧社区和数字家庭。加快智慧城市建设,推进数字技术广泛应用于市域社会治理现代化。推动 5G 网络 规模化部署,争取至 2025 年覆盖所有示范区城市。 ——《“十四五”支持老工业城市和资源型城市产业转型升级示范区高质量发展实施方案》[详细]2023-03-06 09:55

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