前瞻性声明：本文内容除实际发生的事件外，还包含大量未被验证，尚处于探讨阶段的理论和方案。读者应理性和客观地看待以下陈述。当下述陈述可能涉及到相关上市企业，对于可能影响读者投资认知、决策的内容，读者不应过分依赖以下前瞻性陈述。
近日区块链技术重回风口浪尖，从有关部门的口径看，旨在将区块链技术运用在未来社会生产和生活的方方面面：数字货币、电子政务、无纸化办公、国际贸易、智慧城市……言而总之社会诸多领域都将感受到分布式网络应用的变革。蹭此热点本文将对区块链在材料制造业，从供应链可追溯性和区块链技术理论在增材制造工艺流程的运用两个角度进行肤浅的假设和探讨。
区块链（Blockchain）指在数据层面是由连续区块（Blocks）经哈希函数和不对称密码技术加密，按时间顺序储存。后区块包含前区块的加密散列（Cryptographic hash function，CHF），一般以默克尔树（Merkle tree，亦可称为哈希链）算法记录。默克尔树最广外人知的应用实例是P2P网络协议，所以迅雷的股价于近日在美股飞翱直上。前后区块含有时间戳（Timestamps）按时间顺序储存数据。当某一区块被该分布式网络确认后，其副本会发布至所有节点下，此时该区块永久成为该分布式网络中的一部分，最终构成一条长长的数据链。
图1. 区块链由区块组成，这些区块继而包含哈希树；区块链上的区块反向链接到前面的区块，并通过工作量证明算法进行验证。©Jonathan Waldman，MSDN，绘：CERADIR
基于上述数据层特性，决定了区块链技术的几个明显特点：【1】弱中心化甚至去中心化，由于每个后区块都包含前区块的副本，因此中心服务器或信任颁发机构成为非必要项，任意节点下的副本皆可发挥验证前区块的作用，实现了分布式网络的自我监督；另一方面该特性从扩展角度决定了算力的无限上限（但并非所有应用实例需要类似数字货币领域的激励机制）；【2】从本质上讲，区块链是一种防篡改数据结构，可以跟踪不同所有者之间传递的数据内容。“内容”可以是任何一种数字资产，如数字货币、数字文档或设备的硬件序列号等。只要是可以与唯一的数字指纹关联的项，就能在区块链上进行跟踪（《Blockchain Fundamentals》，Jonathan Waldman）。对数据的非法篡改需要取得所有节点的修改权限并对所有副本进行修改，这种独立而连锁的机制注定了区块链的安全性，在物联网和公有链等应用实例中将起到十分重要的作用；【3】数据的可追溯性；【4】区块链的业态组成类型可分为：私有链、公有链、联盟链，其实已经可以预见在成熟行业的区块链解决方案基本会以联盟链的形式得以实施。同时这个特性也决定了区块链技术下的数据具有高度的透明性，即除了需要依托中心化机构的私有链解决方案以外，在公有链和联盟链的系统架构下，数据参与者皆可访问数据而相对地不必担心数据安全和数据归属的问题。
综上技术理论的特性所述，讨论该理论在材料制造业的应用无一不指向一个共同点：即供应链的可追溯性（Traceability）能力。
可追溯性的定义最早出现在ISO8402标准中，在ISO9000体系下对可追溯性进行了明确的定义：能够通过被记录的可识别性数据对某物件或其特征进行包括历史记录、应用目标、使用情况、地理迁移情况的追溯能力（Traceability is the ability to trace the history, application, use and location of an item or its characteristics through recorded identification data. ISO9000）。在质量管理体系（QMS）中以ISO9001认证为体现。在材料制造业实例中生产的制品需要通过精密仪器进行抽样检测，仪器生产商或第三方检测机构的仪器若能提供ISO17025的校准认证，那么其检测结果可在全球范围内被各大采购方认可和接受。这也是生产厂商向客户展示其QMS实力的重要依据，有利于在采购评估中占据主动优势。
图2. 供应链内部可追溯性图解。©《可追溯性的教科书》，基恩士（keyence）
生产可追溯性对供应链管理和提高投资回报率起到重要的积极影响（《可追溯性综谈》，智能制造e杂志<19期>）：【1】提高生产效率，有利于精益化生产管理。厂商通过部署MES系统（Manufacturing Execution System）实现对生产的科学管控，系统实施过程本身就是业务流程重组和再造，提高生产效率的过程。可追溯性数据是MES系统实施后的结果。【2】有助于早期缺陷检测，降低因设计缺陷而意外产生的生产成本。【3】合规，包括跨区域采购的政策性合规，其次可满足采购方的内部审计需要。在采购实务中，尤其是跨国采购中，原料掺假、修改源头单据、修改品名、舱单等操作屡见不鲜。今年八月业内某头部企业的四名员工就因牵扯供应链贪腐案锒铛入狱（<2019> 湘01刑终898号），厂商是受害者但对品牌形象亦造成负面影响。【4】有利于质保和召回，提高履约满意度，从而建立长期稳定的供应关系。
而区块链在供应链管理上的应用并不完全相似于单纯的信息系统部署。以船公司法国达飞（DAFY）为例，☛今年中旬达飞向Traxens下了集装箱追踪器的订单，采购五万个追踪器以对集团下的集装箱进行信息追踪。追踪器向数据中心实时反馈包括箱内温度、地理位置轨迹等数据，所有数据汇集在达飞集团所掌握的物联网中心（IoT Hub）。
在区块链技术理论下，成千上万的集装箱将拥有自己唯一的数据指纹。而这些数据区块将是某个贸易联盟链的其中一环。例如在近日英国的恶性案件中涉及的集装箱因其非法用途被多手转运，其转运记录一定被篡改和掩饰。这使得国际刑警需要耗费大量的精力进行调查。虽说区块链技术理论在地区性信息隐私保护法规（例如欧盟的GDPR，尤其当数据内容包含个人隐私时，任何数据可追溯性技术都无法绕开法规约束）下可能无法协助警方直接破案，但其可追溯性（不同于数字货币，区块链在供应链领域的应用一定具备可追溯性）则能提供比较现在更有助于推理的直接线索。
在另一家船公司马士基（Maersk）的实例中展示了一整柜农产品运抵至卖家手上所需耗费的成本（《Changing the rules: Blockchain is dramatically improving the efficiency of shipping and logistics》, INSOLAR）：整个贸易实务流程涉及至少30名/个不同国家的个人、代理服务公司和监管机构，过程制作超过至少200页纸质/数字文档，制作文书材料的成本估算至少需要支付300美金的代理服务费用，从头至尾整个贸易环节产生约2000美金的运输成本。马士基的解决方案旨在建立一个全球性的联盟链（Global Trade Digitization），采用和达飞相似的IoT技术方案反馈实时数据，每笔贸易的利益相关者都可从中验证贸易记录的可追溯记录。买卖双方、港口管理机构、船公司、货代、海关、物流公司等贸易链上的参与者都将获益。
图3. 马士基提出的区块链在船运领域的应用逻辑。©Insolar
目前国内各自贸区正在推广的“单一窗口3.0”在未来亦可成为国际贸易公有链/联盟链的其中一环。以“电子代理报关委托”功能为例，该系统模块旨在通过为企业提供无纸化的在线委托协议签订、委托关系管理等具体功能，完善和简化各关口的报关流程、推进随附单证电子化、强化海关监管的作用（《<单一窗口>标准版用户手册》，中国国际贸易单一窗口）。由于必须进行IC卡绑定或者以卡介质登陆的形式使用单一窗口系统，今后在国内进行电子代理报关委托是有数据可查的。
在区块链技术理论下，上述报关流程将传输包含时间戳、不对称加密技术等可识别并经过官方签署的数据。进入公海和他国监管区域后，签订有国别贸易协定的联盟链即可直接验证其报关资料的真实性。未签订贸易协定的地区亦可通过第三方中立的公有链进行验证。这对于国际贸易、跨境电商的发展有着非比寻常的意义。
目前应用于3D打印机的可追溯性技术还属于前沿应用。去年（2018）二月新加坡航天航空技术（ST Aerospace）和意法航空（MOOG）签订生产订单以应用3D打印技术生产定制化航空部件。在此次合作中，双方使用了微软的Azure Blockchain解决方案完成包含智能订单、部件设计、供应链质量管理等跨组织协作。此类服务可实现在不同企业之间操作多个共享的业务流程，并可迅敏部署公有云上的应用程序完成集合不完全受信任组织（multiple, semi-trusted organizations）间的跨组织协作（《Introducing Azure Blockchain Workbench》，Stefano Tempesta）。
图4. ADMAFLEX 130可通过选配内窥监视系统导出3D陶瓷打印日志，该文件可作为可追溯文档的重要文书材料。©ADMATEC
荷兰的ADMATEC则在九月（2019）发布了可追踪性检测系统。目前这套选配的可监控模块集成在ADMAFLEX 130上，ADMAFLEX 130是业内知名3D打印陶瓷零部件的黑科技设备。新版本的系统中用户可使用软件对打印过程进行内窥监视，并导出日志文本，日志文本包含了详细的打印步骤和程序参数，可用作可追溯性证明文件提供给客户。
和数字货币比较起来，区块链在物联网领域的应用更为现实许多。例如现有已被智慧工厂讨论的传感器采集实例之一是采用MQTT传输协议，该协议支持区块链技术对物联网设备进行识别：MQTT Broker中心管理者能够接收数个数据发布者的数据，再转发给任意数量的订阅者，这种灵活性使MQTT可以管理物联网下持续海量的数据传输。在区块链技术理论下由于数据篡改需要取得节点权限并修改所有区块副本，这使得智慧工厂在海量数据传输的场景下，其生产数据极难被篡改。
从基站部署的技术架构看，NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，基于蜂窝的窄带物联网）和LoRa（Long Range Radio，远距离无线电）则主导当前IoT连接方式（《物联网技术能为现代城市的发展带来什么》，亿欧）。2017年3月深圳水务携手华为、中国电信共同推动了全球首个NB-IoT物联网智慧水务商用项目（《全球首个NB-IoT智慧水务在深圳正式规模商用》，中国新闻网），系统运作一年后水务局的抄表成功率达到了100%，漏水量减少约40%，极大提升服务质量（《开启万亿级物联市场 NB-IoT 2018“重擂战鼓”再迎高潮》，华强电子网）。
☛CSDN社区在7月曾发过一篇译文（《为何5G、物联网和区块链，可以成为科技铁三角？》，CSDN），文中结语写道：“5G、物联网和区块链的发展需要三者相互协同，才能在这个全球化的世界中茁壮成长。5G和物联网的大趋势已经确定，所以我们必须寄希望于工程师和开发人员，希望他们能找到解决或绕过区块链可扩展性问题的方法，以便这三种技术能够完全融合以释放它们的潜力（In conclusion, 5G, IoT and blockchain all need and impact each other to thrive in this globalized world. There is no stopping 5G and IoT now, so we must hope that engineers and developers will find a way to solve or go around the anticipated blockchain scalability issues so that the three technologies can reach their unified potential. Usiagwu Michael）。”
