歐洲科學(xué)院院士、挪威皇家科學(xué)院院士、挪威工程院院士、挪威奧斯陸大學(xué)教授張彥在《區(qū)塊鏈融合數(shù)字孿生賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)》的主題演講中提到：數(shù)字經(jīng)濟(jì)有三大特征，一是數(shù)字化，二是安全性，三是智能化，這三大特征與信息技術(shù)領(lǐng)域的數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈和人工智能三大技術(shù)相對應(yīng)，也是未來數(shù)字經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域非常重要的三大技術(shù)。張彥院士詳解了區(qū)塊鏈融合數(shù)字孿生的六大優(yōu)勢和十大應(yīng)用場景，企業(yè)網(wǎng)D1Net對演講內(nèi)容進(jìn)行精編整理，以下是張彥院士演講的核心內(nèi)容。

張彥 歐洲科學(xué)院院士、挪威皇家科學(xué)院院士、挪威工程院院士、挪威奧斯陸大學(xué)教授

數(shù)字孿生的概念

Gartner新興技術(shù)成熟度曲線表明：2017年數(shù)字孿生引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注;2018年數(shù)字孿生的關(guān)注度達(dá)到頂峰。2019年Gartner發(fā)布的未來十大戰(zhàn)略性技術(shù)發(fā)展趨勢中，將數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈列為兩大極具潛力的戰(zhàn)略性技術(shù)。

數(shù)字孿生的定義是以數(shù)字化的方式，對物理世界中的實(shí)體進(jìn)行多維度、多粒度的精準(zhǔn)虛擬映射，形成“數(shù)據(jù)感知—實(shí)時(shí)分析—智能決策”的實(shí)時(shí)智能閉環(huán)，其中物理世界中的實(shí)體，概念十分廣泛，既可以是設(shè)備、傳感器、機(jī)器人、工業(yè)生產(chǎn)流程或復(fù)雜的物理系統(tǒng)，也可以是一個城市。數(shù)字孿生也就是基于物理實(shí)體在數(shù)字空間建立一個100%精確復(fù)制的數(shù)字孿生體，物理世界發(fā)生的事也會在數(shù)字孿生體中發(fā)生，同時(shí)數(shù)字孿生體可以對物理實(shí)體進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測。

物理空間和虛擬空間之間可以起到相互作用。首先從物理空間向數(shù)字空間傳輸大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與狀態(tài)信息，建立數(shù)字孿生體的模型。在數(shù)據(jù)傳遞的過程中有幾個特征：大數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)(實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)時(shí)的訓(xùn)練)、機(jī)器學(xué)習(xí)、高可靠。數(shù)字孿生體模型建立之后，通過分析數(shù)據(jù)，持續(xù)更新模型，能夠“規(guī)劃、設(shè)計(jì)、優(yōu)化、分析和預(yù)測”物理系統(tǒng)的運(yùn)行，而預(yù)測是數(shù)字孿生的重要優(yōu)勢之一。

數(shù)字孿生的3個元素和4個需求

對于數(shù)字孿生而言，數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，模型是核心，軟件是載體，這是構(gòu)成數(shù)字孿生的三大元素。張彥認(rèn)為，從這3個元素來理解，數(shù)字孿生就是軟件定義的物理空間。

他將數(shù)字孿生的4個需求概括為：

實(shí)時(shí)高效：通過機(jī)器學(xué)習(xí)和實(shí)時(shí)通訊技術(shù)，進(jìn)行模型訓(xùn)練，對效率的要求非常高。

精準(zhǔn)映射：建立與物理實(shí)體精準(zhǔn)映射的數(shù)字孿生體。

高容錯：映射的過程中一定會存在誤差，因此必須是高容錯的。

低延遲：在分析和預(yù)測對時(shí)間敏感的數(shù)據(jù)時(shí)，可能會遇到延遲問題。

數(shù)字孿生的5層架構(gòu)

數(shù)字孿生架構(gòu)從下到上依次是：

物理層：有大量的數(shù)據(jù);

數(shù)據(jù)層：進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)傳輸;

模型層：包括機(jī)理數(shù)學(xué)模型、數(shù)據(jù)驅(qū)動AI模型兩種;

功能層：包括表征、診斷、預(yù)測和決策;

應(yīng)用層：例如智能工廠、智能交通、智慧城市、智慧建筑、智慧醫(yī)療等等。

張彥提到，新加坡正在運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)建立虛擬新加坡的動態(tài)三維城市模型，用于城市的規(guī)劃和治理。數(shù)字孿生具有廣泛的應(yīng)用場景，目前主要集中在智能制造領(lǐng)域，在航空、油氣、交通、能源、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用也將越來越廣泛。

區(qū)塊鏈融合數(shù)字孿生

縱觀區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程可以發(fā)現(xiàn)，2017年是一個分界線，2017年以前區(qū)塊鏈的熱度逐年下降，2017年區(qū)塊鏈與能源行業(yè)結(jié)合的成果發(fā)表，在業(yè)界產(chǎn)生了積極地影響，區(qū)塊鏈作為一種向行業(yè)賦能的技術(shù)，正在逐漸提高熱度。張彥預(yù)計(jì)，2023年，區(qū)塊鏈或?qū)⒊蔀榕c電信網(wǎng)絡(luò)一樣的基礎(chǔ)設(shè)施。

近期，張彥與他的團(tuán)隊(duì)率先開展了區(qū)塊鏈融合數(shù)字孿生的相關(guān)研究工作(區(qū)塊鏈和數(shù)字孿生賦能6G和物聯(lián)網(wǎng))。他認(rèn)為，物理空間與數(shù)字空間之間的數(shù)字孿生體必須進(jìn)行保護(hù)，不能由外界隨意獲得其數(shù)據(jù)和模型。例如，對于個人而言，數(shù)字孿生體就是數(shù)字身份，不能共享給他人。

張彥提到：區(qū)塊鏈和數(shù)字孿生的融合是天然的，區(qū)塊鏈可與數(shù)字孿生體模型的創(chuàng)建、訪問和控制等相結(jié)合，進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)和事件記錄，保證數(shù)字孿生的安全。

從區(qū)塊鏈與數(shù)字孿生賦能數(shù)字經(jīng)濟(jì)的角度來看，政府將在區(qū)塊鏈的運(yùn)行規(guī)則、信息監(jiān)管、數(shù)據(jù)隱私、數(shù)字孿生體監(jiān)管、優(yōu)化城市以及隱私權(quán)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。例如，新加坡利用數(shù)字孿生優(yōu)化城市建設(shè)。

區(qū)塊鏈融合數(shù)字孿生具備六大優(yōu)勢

一是身份管理：包括數(shù)字證書存儲和防偽造管理;

二是數(shù)據(jù)安全：包括加密算法和防篡改;

三是實(shí)時(shí)監(jiān)測：包括物理空間鏡像和實(shí)時(shí)同步更新;

四是可靠協(xié)同：包括分布式賬本和共識協(xié)議;

五是接入控制：包括認(rèn)證接入列表和分布式控制;

六是追溯審計(jì)：包括透明公開數(shù)據(jù)和事件鏈可追溯。

以數(shù)字身份這一場景為例，數(shù)字身份大致分為設(shè)計(jì)、構(gòu)建、測試和交付4個步驟，區(qū)塊鏈與數(shù)字身份相結(jié)合，可以在創(chuàng)建和使用的整個過程中起到重要的保護(hù)作用。

另外，區(qū)塊鏈與數(shù)字孿生和人工智能相結(jié)合能夠增強(qiáng)數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)。張彥提到：聯(lián)邦學(xué)習(xí)是人工智能的熱門方向之一，它是一種分布式的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，能夠保護(hù)人們的個人隱私信息，區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生和聯(lián)邦學(xué)習(xí)結(jié)合后，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)能力，例如將數(shù)字孿生體放到區(qū)塊鏈中，通過記錄、檢索和驗(yàn)證數(shù)據(jù)、參數(shù)以及模型，保護(hù)數(shù)字孿生體的接入和使用。

張彥還進(jìn)一步提出了數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)的概念，他認(rèn)為不同終端在虛擬空間建立的數(shù)字孿生體模型，不應(yīng)該是互相獨(dú)立的，而是可以通過數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互連接、互動或共享的，這與元宇宙的思想非常接近。

負(fù)載與延遲的平衡

張彥強(qiáng)調(diào)，數(shù)字孿生還要充分考慮到負(fù)載和延遲的平衡問題。數(shù)字孿生體的模型既可以放在公有云，也可以放在私有云，還可以放在邊緣服務(wù)器中，后者無疑延遲更小。但是，如果100個用戶都將數(shù)字孿生體的模型放在同一個邊緣服務(wù)器上，那么這個服務(wù)器的負(fù)載將非常大，因此，負(fù)載和延遲的平衡問題也是需要重點(diǎn)考慮的問題。

張彥認(rèn)為，通過數(shù)字孿生與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，采用全新的邊緣計(jì)算資源共享理念進(jìn)行邊緣關(guān)聯(lián)，可以解決這一問題。區(qū)塊鏈的原理是在互不可信的用戶之間建立信任，可增強(qiáng)數(shù)字孿生體的安全性和可靠性，實(shí)現(xiàn)存儲DT數(shù)據(jù)和信息、驗(yàn)證訓(xùn)練的參數(shù)和數(shù)字孿生模型、管理授權(quán)用戶信息和參數(shù)信息等諸多功能。

面向未來數(shù)字經(jīng)濟(jì)的區(qū)塊鏈和數(shù)字孿生

區(qū)塊鏈融合數(shù)字孿生將給未來的數(shù)字經(jīng)濟(jì)帶來一些新的應(yīng)用場景，張彥列舉了其中的十大應(yīng)用場景，他認(rèn)為在場景落地時(shí)要充分考慮移動性、帶寬、算力、緩存、交互性、異構(gòu)性以及容錯能力等因素。

場景一：元宇宙

元宇宙在近期備受資本青睞，張彥認(rèn)為：元宇宙或?qū)⒊蔀槔^電氣時(shí)代、數(shù)字時(shí)代后的一種新的平臺和基礎(chǔ)架構(gòu)，元宇宙平臺下虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界將完全融合在一起，每個人在元宇宙中都將對應(yīng)一個數(shù)字孿生體，完全虛實(shí)同步，而元宇宙將會作為一種基礎(chǔ)架構(gòu)存在。

元宇宙涉及AR/VR、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈(支持去中心化認(rèn)證)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、AI以及高可靠超低延遲通信等多項(xiàng)基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)。張彥認(rèn)為，現(xiàn)在距離實(shí)現(xiàn)元宇宙的虛實(shí)同步還有很長一段時(shí)間，數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈作為元宇宙的兩大基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)，將在以下熱點(diǎn)問題中發(fā)揮關(guān)鍵作用：例如元宇宙中分布式的數(shù)字孿生體的信任關(guān)系;虛實(shí)同步達(dá)到沉浸式體驗(yàn);建立地球級虛擬世界帶來的能耗問題等。

場景二：疫情管理與公共安全

疫情背景下，健康碼的推出，讓復(fù)工復(fù)產(chǎn)更加精準(zhǔn)、科學(xué)、有序。實(shí)際上，健康碼就是我們每個人的數(shù)字孿生體和數(shù)字身份，它依據(jù)個人的健康狀況、接觸史、所在位置、移動行為等因素進(jìn)行更新。

在健康碼應(yīng)用的過程中，健康服務(wù)共享數(shù)據(jù)的安全性問題、數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)問題、健康服務(wù)數(shù)據(jù)的動態(tài)實(shí)時(shí)更新，以及地區(qū)之間或國家之間的健康碼互認(rèn)等，將給區(qū)塊鏈和數(shù)字孿生的融合帶來新的應(yīng)用模式和發(fā)展空間。

場景三：國家大數(shù)據(jù)交易

區(qū)塊鏈和數(shù)字孿生融合將在大數(shù)據(jù)交易領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。例如，北京成立的國際大數(shù)據(jù)交易所，在大數(shù)據(jù)交易平臺上，數(shù)字孿生作為一種數(shù)據(jù)元素，可以進(jìn)行數(shù)字孿生體整體的安全交易，即數(shù)據(jù)及其模型的整體交易，而數(shù)據(jù)供需準(zhǔn)確匹配、數(shù)字孿生體交易、數(shù)據(jù)存儲/交易/傳輸?shù)陌踩?、?shù)據(jù)隱私保護(hù)、平臺的能耗和能效等問題都將依賴數(shù)字孿生與區(qū)塊鏈技術(shù)融合解決。

場景四：智能交通

在智能交通領(lǐng)域，通過數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算、人工智能等技術(shù)，可建設(shè)孿生的數(shù)字城市安全智能“大腦”，利用數(shù)字空間，在復(fù)雜動態(tài)拓補(bǔ)環(huán)境中進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)交通態(tài)勢數(shù)據(jù)的上報(bào)與共享，以及車輛的安全接入。

場景五：6G網(wǎng)絡(luò)

5G地面網(wǎng)絡(luò)加上終端直連衛(wèi)星的能力，就是6G網(wǎng)絡(luò)。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)在天邊，很難實(shí)現(xiàn)可控，如果能夠建立一個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字孿生模型，對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測，將大幅提高效率。

場景六：智慧能源

在智慧能源場景，供需適配精確平衡，基于AI的精準(zhǔn)預(yù)測，降低能耗提高能效，可再生新能源的靈活整合都是非常熱點(diǎn)的問題，數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈將圍繞這些問題產(chǎn)生新的應(yīng)用模式，例如數(shù)字空間試錯、360°實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障預(yù)測以及分布式能源安全共享等。

場景七：電動汽車

挪威是全球電動汽車市場占有率最高的國家，每4輛汽車中就有一輛是電動汽車，如何進(jìn)行分布式能量的交易管理和新能源動態(tài)整合，以及電動汽車充電樁的分布式共享至關(guān)重要，數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈將在信息與能量的安全共享、基于數(shù)字空間的能量和信息管控等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

場景八：碳中和

碳排放權(quán)交易是特斯拉的主要收益來源之一。碳中和涉及到碳排放權(quán)認(rèn)證、額度計(jì)量、預(yù)警和處罰等一系列問題，通過數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈技術(shù)融合，能夠建立智能交易、可信環(huán)境，實(shí)現(xiàn)碳交易、統(tǒng)計(jì)和處罰的智能化，協(xié)同金融、中介及碳金融衍生品，構(gòu)建完整的碳交易生態(tài)。

場景九：無人機(jī)巡航

無人機(jī)巡航也是典型的應(yīng)用場景之一，例如連通歐亞非三大洲的主要國際海運(yùn)航道蘇伊士運(yùn)河，曾在2021年3月發(fā)生貨輪擱淺事故，導(dǎo)致航道被切斷7天時(shí)間。實(shí)際上，可以通過無人機(jī)巡航對船舶進(jìn)行引導(dǎo)，將無人機(jī)作為邊緣計(jì)算的存儲節(jié)點(diǎn)，可以快速建立輕量級的船舶數(shù)字孿生模型，利用數(shù)字空間實(shí)現(xiàn)快速決策與協(xié)同控制，從而避免此類事件的再次發(fā)生。

張彥強(qiáng)調(diào)，在這一場景中，不需要建立100%精確的復(fù)雜數(shù)字孿生模型，只需建立輕量級的數(shù)字孿生體，關(guān)注船身尺寸、動力、發(fā)動機(jī)分布以及周圍環(huán)境(水深、天氣)等信息即可。

場景十：智能制造

區(qū)塊鏈與數(shù)字孿生的融合在工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用最為普遍，例如在分布式制造中的設(shè)計(jì)、工程、生產(chǎn)、運(yùn)營等完整流程，基于性能預(yù)測的物理實(shí)體與價(jià)格管理，能夠降低資源開銷，優(yōu)化性能，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵信息防護(hù)、用戶定制以及分布式制造。