工业互联网时代的风险管理:工业4.0与网络安全

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工业互联网时代的风险管理:工业4.0与网络安全,第1张

2009年,恶意软件曾操控某核浓缩工厂的离心机,导致所有离心机失控。该恶意软件又称“震网”,通过闪存驱动器入侵独立网络系统,并在各生产网络中自动扩散。通过“震网”事件,我们看到将网络攻击作为武器破坏联网实体工厂的可能。这场战争显然是失衡的:企业必须保护众多的技术,而攻击者只需找到一个最薄弱的环节。

但非常重要的一点是,企业不仅需要关注外部威胁,还需关注真实存在却常被忽略的网络风险,而这些风险正是由企业在创新、转型和现代化过程中越来越多地应用智能互联技术所引致的。否则,企业制定的战略商业决策将可能导致该等风险,企业应管控并降低该等新兴风险。

工业40时代,智能机器之间的互联性不断增强,风险因素也随之增多。工业40开启了一个互联互通、智能制造、响应式供应网络和定制产品与服务的时代。借助智能、自动化技术,工业40旨在结合数字世界与物理操作,推动智能工厂和先进制造业的发展 。但在意图提升整个制造与供应链流程的数字化能力并推动联网设备革命性变革过程中,新产生的网络风险让所有企业都感到措手不及。针对网络风险制定综合战略方案对制造业价值链至关重要,因为这些方案融合了工业40的重要驱动力:运营技术与信息技术。

随着工业40时代的到来,威胁急剧增加,企业应当考虑并解决新产生的风险。简而言之,在工业40时代制定具备安全性、警惕性和韧性的网络风险战略将面临不同的挑战。当供应链、工厂、消费者以及企业运营实现联网,网络威胁带来的风险将达到前所未有的广度和深度。

在战略流程临近结束时才考虑如何解决网络风险可能为时已晚。开始制定联网的工业40计划时,就应将网络安全视为与战略、设计和运营不可分割的一部分。

本文将从现代联网数字供应网络、智能工厂及联网设备三大方面研究各自所面临的网络风险。3在工业40时代,我们将探讨在整个生产生命周期中(图1)——从数字供应网络到智能工厂再到联网物品——运营及信息安全主管可行的对策,以预测并有效应对网络风险,同时主动将网络安全纳入企业战略。

数字化制造企业与工业40

工业40技术让数字化制造企业和数字供应网络整合不同来源和出处的数字化信息,推动制造与分销行为。

信息技术与运营技术整合的标志是向实体-数字-实体的联网转变。工业40结合了物联网以及相关的实体和数字技术,包括数据分析、增材制造、机器人技术、高性能计算机、人工智能、认知技术、先进材料以及增强现实,以完善生产生命周期,实现数字化运营。

工业40的概念在物理世界的背景下融合并延伸了物联网的范畴,一定程度上讲,只有制造与供应链/供应网络流程会经历实体-数字和数字-实体的跨越(图2)。从数字回到实体的跨越——从互联的数字技术到创造实体物品的过程——这是工业40的精髓所在,它支撑着数字化制造企业和数字供应网络。

即使在我们 探索 信息创造价值的方式时,从制造价值链的角度去理解价值创造也很重要。在整个制造与分销价值网络中,通过工业40应用程序集成信息和运营技术可能会达到一定的商业成果。

不断演变的供应链和网络风险

有关材料进入生产过程和半成品/成品对外分销的供应链对于任何一家制造企业都非常重要。此外,供应链还与消费者需求联系紧密。很多全球性企业根据需求预测确定所需原料的数量、生产线要求以及分销渠道负荷。由于分析工具也变得更加先进,如今企业已经能够利用数据和分析工具了解并预测消费者的购买模式。

通过向整个生态圈引入智能互联的平台和设备,工业40技术有望推动传统线性供应链结构的进一步发展,并形成能从价值链上获得有用数据的数字供应网络,最终改进管理,加快原料和商品流通,提高资源利用率,并使供应品更合理地满足消费者需求。

尽管工业40能带来这些好处,但数字供应网络的互联性增强将形成网络弱点。为了防止发生重大风险,应从设计到运营的每个阶段,合理规划并详细说明网络弱点。

在数字化供应网络中共享数据的网络风险

随着数字供应网络的发展,未来将出现根据购买者对可用供应品的需求,对原材料或商品进行实时动态定价的新型供应网络。5由于只有供应网络各参与方开放数据共享才可能形成一个响应迅速且灵活的网络,且很难在保证部分数据透明度的同时确保其他信息安全,因此形成新型供应网络并非易事。

因此,企业可能会设法避免信息被未授权网络用户访问。 此外,他们可能还需对所有支撑性流程实施统一的安全措施,如供应商验收、信息共享和系统访问。企业不仅对这些流程拥有专属权利,它们也可以作为获取其他内部信息的接入点。这也许会给第三方风险管理带来更多压力。在分析互联数字供应网络的网络风险时,我们发现不断提升的供应链互联性对数据共享与供应商处理的影响最大(图3)。

为了应对不断增长的网络风险,我们将对上述两大领域和应对战略逐一展开讨论。

数据共享:更多利益相关方将更多渠道获得数据

企业将需要考虑什么数据可以共享,如何保护私人所有或含有隐私风险的系统和基础数据。比 如,数字供应网络中的某些供应商可能在其他领域互为竞争对手,因此不愿意公开某些类型的数据,如定价或专利品信息。此外,供应商可能还须遵守某些限制共享信息类型的法律法规。因此,仅公开部分数据就可能让不良企图的人趁机获得其他信息。

企业应当利用合适的技术,如网络分段和中介系统等,收集、保护和提供信息。此外,企业还应在未来生产的设备中应用可信的平台模块或硬件安全模块等技术,以提供强大的密码逻辑支持、硬件授权和认证(即识别设备的未授权更改)。

将这种方法与强大的访问控制措施结合,关键任务操作技术在应用点和端点的数据和流程安全将能得到保障。

在必须公开部分数据或数据非常敏感时,金融服务等其他行业能为信息保护提供范例。目前,企业纷纷开始对静态和传输中的数据应用加密和标记等工具,以确保数据被截获或系统受损情况下的通信安全。但随着互联性的逐步提升,金融服务企业意识到,不能仅从安全的角度解决数据隐私和保密性风险,而应结合数据管治等其他技术。事实上,企业应该对其所处环境实施风险评估,包括企业、数字供应网络、行业控制系统以及联网产品等,并根据评估结果制定或更新网络风险战略。总而言之,随着互联性的不断增强,上述所有的方法都能找到应实施更高级预防措施的领域。

供应商处理:更广阔市场中供应商验收与付款

由于新伙伴的加入将使供应商体系变得更加复杂,核心供应商群体的扩张将可能扰乱当前的供应商验收流程。因此,追踪第三方验收和风险的管治、风险与合规软件需要更快、更自主地反应。此外,使用这些应用软件的信息安全与风险管理团队还需制定新的方针政策,确保不受虚假供应商、国际制裁的供应商以及不达标产品分销商的影响。消费者市场有不少类似的经历,易贝和亚马逊就曾发生过假冒伪劣商品和虚假店面等事件。

区块链技术已被认为能帮助解决上述担忧并应对可能发生的付款流程变化。尽管比特币是建立货币 历史 记录的经典案例,但其他企业仍在 探索 如何利用这个新工具来决定商品从生产线到各级购买者的流动。7创建团体共享 历史 账簿能建立信任和透明度,通过验证商品真实性保护买方和卖方,追踪商品物流状态,并在处理退换货时用详细的产品分类替代批量分拣。如不能保证产品真实性,制造商可能会在引进产品前,进行产品测试和鉴定,以确保足够的安全性。

信任是数据共享与供应商处理之间的关联因素。企业从事信息或商品交易时,需要不断更新其风险管理措施,确保真实性和安全性;加强监测能力和网络安全运营,保持警惕性;并在无法实施信任验证时保护该等流程。

在这个过程中,数字供应网络成员可参考其他行业的网络风险管理方法。某些金融和能源企业所采用的自动交易模型与响应迅速且灵活的数字供应网络就有诸多相似之处。它包含具有竞争力的知识产权和企业赖以生存的重要资源,所有这些与数字供应网络一样,一旦部署到云端或与第三方建立联系就容易遭到攻击。金融服务行业已经意识到无论在内部或外部算法都面临着这样的风险。因此,为了应对内部风险,包括显性风险(企业间谍活动、蓄意破坏等)和意外风险(自满、无知等),软件编码和内部威胁程序必须具备更高的安全性和警惕性。

事实上,警惕性对监测非常重要:由于制造商逐渐在数字供应网络以外的生产过程应用工业40技术,网络风险只会成倍增长。

智能生产时代的新型网络风险

随着互联性的不断提高,数字供应网络将面临新的风险,智能制造同样也无法避免。不仅风险的数量和种类将增加,甚至还可能呈指数增长。不久前,美国国土安全部出版了《物联网安全战略原则》与《生命攸关的嵌入式系统安全原则》,强调应关注当下的问题,检查制造商是否在生产过程中直接或间接地引入与生命攸关的嵌入式系统相关的风险。

“生命攸关的嵌入式系统”广义上指几乎所有的联网设备,无论是车间自动化系统中的设备或是在第三方合约制造商远程控制的设备,都应被视为风险——尽管有些设备几乎与生产过程无关。

考虑到风险不断增长,威胁面急剧扩张,工业40时代中的制造业必须彻底改变对安全的看法。

联网生产带来新型网络挑战

随着生产系统的互联性越来越高,数字供应网络面临的网络威胁不断增长扩大。不难想象,不当或任意使用临时生产线可能造成经济损失、产品质量低下,甚至危及工人安全。此外,联网工厂将难以承受倒闭或其他攻击的后果。有证据表明,制造商仍未准备好应对其联网智能系统可能引发的网络风险: 2016年德勤与美国生产力和创新制造商联盟(MAPI)的研究发现,三分之一的制造商未对工厂车间使用的工业控制系统做过任何网络风险评估。

可以确定的是,自进入机械化生产时代,风险就一直伴随着制造商,而且随着技术的进步,网络风险不断增强,物理威胁也越来越多。但工业40使网络风险实现了迄今为止最大的跨越。各阶段的具体情况请参见图4。

从运营的角度看,在保持高效率和实施资源控制时,工程师可在现代化的工业控制系统环境中部署无人站点。为此,他们使用了一系列联网系统,如企业资源规划、制造执行、监控和数据采集系统等。这些联网系统能够经常优化流程,使业务更加简单高效。并且,随着系统的不断升级,系统的自动化程度和自主性也将不断提高(图5)。

从安全的角度看,鉴于工业控制系统中商业现货产品的互联性和使用率不断提升,大量暴露点将可能遭到威胁。与一般的IT行业关注信息本身不同,工业控制系统安全更多关注工业流程。因此,与传统网络风险一样,智能工厂的主要目标是保证物理流程的可用性和完整性,而非信息的保密性。

但值得注意的是,尽管网络攻击的基本要素未发生改变,但实施攻击方式变得越来越先进(图5)。事实上,由于工业40时代互联性越来越高,并逐渐从数字化领域扩展到物理世界,网络攻击将可能对生产、消费者、制造商以及产品本身产生更广泛、更深远的影响(图6)。

结合信息技术与运营技术:

当数字化遇上实体制造商实施工业40 技术时必须考虑数字化流程和将受影响的机器和物品,我们通常称之为信息技术与运营技术的结合。对于工业或制造流程中包含了信息技术与运营技术的公司,当我们探讨推动重点运营和开发工作的因素时,可以确定多种战略规划、运营价值以及相应的网络安全措施(图7)。

首先,制造商常受以下三项战略规划的影响:

健康 与安全: 员工和环境安全对任何站点都非常重要。随着技术的发展,未来智能安全设备将实现升级。

生产与流程的韧性和效率: 任何时候保证连续生产都很重要。在实际工作中,一旦工厂停工就会损失金钱,但考虑到重建和重新开工所花费的时间,恢复关键流程可能将导致更大的损失。

检测并主动解决问题: 企业品牌与声誉在全球商业市场中扮演着越来越重要的角色。在实际工作中,工厂的故障或生产问题对企业声誉影响很大,因此,应采取措施改善环境,保护企业的品牌与声誉。

第二,企业需要在日常的商业活动中秉持不同的运营价值理念:

系统的可操作性、可靠性与完整性: 为了降低拥有权成本,减缓零部件更换速度,站点应当采购支持多个供应商和软件版本的、可互操作的系统。

效率与成本规避: 站点始终承受着减少运营成本的压力。未来,企业可能增加现货设备投入,加强远程站点诊断和工程建设的灵活性。

监管与合规: 不同的监管机构对工业控制系统环境的安全与网络安全要求不同。未来企业可能需要投入更多,以改变环境,确保流程的可靠性。

工业40时代,网络风险已不仅仅存在于供应网络和制造业,同样也存在于产品本身。 由于产品的互联程度越来越高——包括产品之间,甚至产品与制造商和供应网络之间,因此企业应该明白一旦售出产品,网络风险就不会终止。

风险触及实体物品

预计到2020年,全球将部署超过200亿台物联网设备。15其中很多设备可能会被安装在制造设备和生产线上,而其他的很多设备将有望进入B2B或B2C市场,供消费者购买使用。

2016年德勤与美国生产力和创新制造商联盟(MAPI)的研究结果显示,近一半的制造商在联网产品中采用移动应用软件,四分之三的制造商使用Wi-Fi网络在联网产品间传输数据。16基于上述网络途径的物联通常会形成很多漏洞。物联网设备制造商应思考如何将更强大、更安全的软件开发方法应用到当前的物联网开发中,以应对设备常常遇到的重大网络风险。

尽管这很有挑战性,但事实证明,企业不能期望消费者自己会更新安全设置,采取有效的安全应对措施,更新设备端固件或更改默认设备密码。

比如,2016年10月,一次由Mirai恶意软件引发的物联网分布式拒绝服务攻击,表明攻击者可以利用这些弱点成功实施攻击。在这次攻击中,病毒通过感染消费者端物联网设备如联网的相机和电视,将其变成僵尸网络,并不断冲击服务器直至服务器崩溃,最终导致美国最受欢迎的几家网站瘫痪大半天。17研究者发现,受分布式拒绝服务攻击损害的设备大多使用供应商提供的默认密码,且未获得所需的安全补丁或升级程序。18需要注意的是,部分供应商所提供的密码被硬编码进了设备固件中,且供应商未告知用户如何更改密码。

当前的工业生产设备常缺乏先进的安全技术和基础设施,一旦外围保护被突破,便难以检测和应对此类攻击。

风险与生产相伴而行

由于生产设施越来越多地与物联网设备结合,因此,考虑这些设备对制造、生产以及企业网络所带来的安全风险变得越来越重要。受损物联网设备所产生的安全影响包括:生产停工、设备或设施受损如灾难性的设备故障,以及极端情况下的人员伤亡。此外,潜在的金钱损失并不仅限于生产停工和事故整改,还可能包括罚款、诉讼费用以及品牌受损所导致的收入减少(可能持续数月甚至数年,远远超过事件实际持续的时间)。下文列出了目前确保联网物品安全的一些方法,但随着物品和相应风险的激增,这些方法可能还不够。

传统漏洞管理

漏洞管理程序可通过扫描和补丁修复有效减少漏洞,但通常仍有多个攻击面。攻击面可以是一个开放式的TCP/IP或UDP端口或一项无保护的技术,虽然目前未发现漏洞,但攻击者以后也许能发现新的漏洞。

减少攻击面

简单来说,减少攻击面即指减少或消除攻击,可以从物联网设备制造商设计、建造并部署只含基础服务的固化设备时便开始着手。安全所有权不应只由物联网设备制造商或用户单独所有;而应与二者同样共享。

更新悖论

生产设施所面临的另一个挑战被称为“更新悖论”。很多工业生产网络很少更新升级,因为对制造商来说,停工升级花费巨大。对于某些连续加工设施来说,关闭和停工都将导致昂贵的生产原材料发生损失。

很多联网设备可能还将使用十年到二十年,这使得更新悖论愈加严重。认为设备无须应用任何软件补丁就能在整个生命周期安全运转的想法完全不切实际。20 对于生产和制造设施,在缩短停工时间的同时,使生产资产利用率达到最高至关重要。物联网设备制造商有责任生产更加安全的固化物联网设备,这些设备只能存在最小的攻击表面,并应利用默认的“开放”或不安全的安全配置规划最安全的设置。

制造设施中联网设备所面临的挑战通常也适用基于物联网的消费产品。智能系统更新换代很快,而且可能使消费型物品更容易遭受网络威胁。对于一件物品来说,威胁可能微不足道,但如果涉及大量的联网设备,影响将不可小觑——Mirai病毒攻击就是一个例子。在应对威胁的过程中,资产管理和技术战略将比以往任何时候都更重要。

人才缺口

2016年德勤与美国生产力和创新制造商联盟(MAPI)的研究表明,75%的受访高管认为他们缺少能够有效实施并维持安全联网生产生态圈的技能型人才资源。21随着攻击的复杂性和先进程度不断提升,将越来越难找到高技能的网络安全人才,来设计和实施具备安全性、警觉性和韧性的网络安全解决方案。

网络威胁不断变化,技术复杂性越来越高。搭载零日攻击的先进恶意软件能够自动找到易受攻击的设备,并在几乎无人为参与的情况下进行扩散,并可能击败已遭受攻击的信息技术/运营技术安全人员。这一趋势令人感到不安,物联网设备制造商需要生产更加安全的固化设备。

多管齐下,保护设备

在工业应用中,承担一些非常重要和敏感任务——包括控制发电与电力配送,水净化、化学品生产和提纯、制造以及自动装配生产线——的物联网设备通常最容易遭受网络攻击。由于生产设施不断减少人为干预,因此仅在网关或网络边界采取保护措施的做法已经没有用(图8)。

从设计流程开始考虑网络安全

制造商也许会觉得越来越有责任部署固化的、接近军用级别的联网设备。很多物联网设备制造商已经表示他们需要采用包含了规划和设计的安全编码方法,并在整个硬件和软件开发生命周期内采用领先的网络安全措施。22这个安全软件开发生命周期在整个开发过程中添加了安全网关(用于评估安全控制措施是否有效),采用领先的安全措施,并用安全的软件代码和软件库生产具备一定功能的安全设备。通过利用安全软件开发生命周期的安全措施,很多物联网产品安全评估所发现的漏洞能够在设计过程中得到解决。但如果可能的话,在传统开发生命周期结束时应用安全修补程序通常会更加费力费钱。

从联网设备端保护数据

物联网设备所产生的大量信息对工业40制造商非常重要。基于工业40的技术如高级分析和机器学习能够处理和分析这些信息,并根据计算分析结果实时或近乎实时地做出关键决策。这些敏感信息并不仅限于传感器与流程信息,还包括制造商的知识产权或者与隐私条例相关的数据。事实上,德勤与美国生产力和创新制造商联盟(MAPI)的调研发现,近70%的制造商使用联网产品传输个人信息,但近55%的制造商会对传输的信息加密。

生产固化设备需要采取可靠的安全措施,在整个数据生命周期间,敏感数据的安全同样也需要得到保护。因此,物联网设备制造商需要制定保护方案:不仅要安全地存放所有设备、本地以及云端存储的数据,还需要快速识别并报告任何可能危害这些数据安全的情况或活动。

保护云端数据存储和动态数据通常需要采用增强式加密、人工智能和机器学习解决方案,以形成强大的、响应迅速的威胁情报、入侵检测以及入侵防护解决方案。

随着越来越多的物联网设备实现联网,潜在威胁面以及受损设备所面临的风险都将增多。现在这些攻击面可能还不足以形成严重的漏洞,但仅数月或数年后就能轻易形成漏洞。因此,设备联网时必须使用补丁。确保设备安全的责任不应仅由消费者或联网设备部署方承担,而应由最适合实施最有效安全措施的设备制造商共同分担。

应用人工智能检测威胁

2016年8月,美国国防高级研究计划局举办了一场网络超级挑战赛,最终排名靠前的七支队伍在这场“全机器”的黑客竞赛中提交了各自的人工智能平台。网络超级挑战赛发起于2013年,旨在找到一种能够扫描网络、识别软件漏洞并在无人为干预的情况下应用补丁的、人工智能网络安全平台或技术。美国国防高级研究计划局希望借助人工智能平台大大缩短人类以实时或接近实时的方式识别漏洞、开发软件安全补丁所用的时间,从而减少网络攻击风险。

真正意义上警觉的威胁检测能力可能需要运用人工智能的力量进行大海捞针。在物联网设备产生海量数据的过程中,当前基于特征的威胁检测技术可能会因为重新收集数据流和实施状态封包检查而被迫达到极限。尽管这些基于特征的检测技术能够应对流量不断攀升,但其检测特征数据库活动的能力仍旧有限。

在工业40时代,结合减少攻击面、安全软件开发生命周期、数据保护、安全和固化设备的硬件与固件以及机器学习,并借助人工智能实时响应威胁,对以具备安全性、警惕性和韧性的方式开发设备至关重要。如果不能应对安全风险,如“震网”和Mirai恶意程序的漏洞攻击,也不能生产固化、安全的物联网设备,则可能导致一种不好的状况:关键基础设施和制造业将经常遭受严重攻击。

攻击不可避免时,保持韧性

恰当利用固化程度很高的目标设备的安全性和警惕性,能够有效震慑绝大部分攻击者。然而,值得注意的是,虽然企业可以减少网络攻击风险,但没有一家企业能够完全避免网络攻击。保持韧性的前提是,接受某一天企业将遭受网络攻击这一事实,而后谨慎行事。

韧性的培养过程包含三个阶段:准备、响应、恢复。

准备。企业应当准备好有效应对各方面事故,明确定义角色、职责与行为。审慎的准备如危机模拟、事故演练和战争演习,能够帮助企业了解差异,并在真实事故发生时采取有效的补救措施。

响应。应仔细规划并对全公司有效告知管理层的响应措施。实施效果不佳的响应方案将扩大事件的影响、延长停产时间、减少收入并损害企业声誉。这些影响所持续的时间将远远长于事故实际持续的时间。

恢复。企业应当认真规划并实施恢复正常运营和限制企业遭受影响所需的措施。应将从事后分析中汲取到的教训用于制定之后的事件响应计划。具备韧性的企业应在迅速恢复运营和安全的同时将事故影响降至最低。在准备应对攻击,了解遭受攻击时的应对之策并快速消除攻击的影响时,企业应全力应对、仔细规划、充分执行。

推动网络公司发展至今日的比特(0和1)让制造业的整个价值链经历了从供应网络到智能工厂再到联网物品的巨大转变。随着联网技术应用的不断普及,网络风险可能增加并发生改变,也有可能在价值链的不同阶段和每一家企业有不同的表现。每家企业应以最能满足其需求的方式适应工业生态圈。

企业不能只用一种简单的解决方法或产品或补丁解决工业40所带来的网络风险和威胁。如今,联网技术为关键商业流程提供支持,但随着这些流程的关联性提高,可能会更容易出现漏洞。因此,企业需要重新思考其业务连续性、灾难恢复力和响应计划,以适应愈加复杂和普遍的网络环境。

法规和行业标准常常是被动的,“合规”通常表示最低安全要求。企业面临着一个特别的挑战——当前所采用的技术并不能完全保证安全,因为干扰者只需找出一个最薄弱的点便能成功入侵企业系统。这项挑战可能还会升级:不断提高的互联性和收集处理实时分析将引入大量需要保护的联网设备和数据。

企业需要采用具备安全性、警惕性和韧性的方法,了解风险,消除威胁:

安全性。采取审慎的、基于风险的方法,明确什么是安全的信息以及如何确保信息安全。贵公司的知识产权是否安全?贵公司的供应链或工业控制系统环境是否容易遭到攻击?

警惕性。持续监控系统、网络、设备、人员和环境,发现可能存在的威胁。需要利用实时威胁情报和人工智能,了解危险行为,并快速识别引进的大量联网设备所带来的威胁。

韧性。随时都可能发生事故。贵公司将会如何应对?多久能恢复正常运营?贵公司将如何快速消除事故影响?

由于企业越来越重视工业40所带来的商业价值,企业将比以往任何时候更需要提出具备安全性、警惕性和韧性的网络风险解决方案。

报告出品方:德勤中国

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它一面具有着超乎想象的应用空间,只要你想,万物都可以容纳进来;另一面却是一种被刻意淡化了的尴尬——那就是时至今日,物联网仍然没有一个足够清晰的概念和完整科学的模型—— 很多人都热切地期待物联网所能带来的财富和生活方式的改变,但与此同时,他们又都在心里疑惑不解:物联网到底是什么 既然业界尚无一个标准的概念给出,为物联网溯本正名也就不是这样一篇文章所能完成的。因此,在这里,我们姑且一道来分析一下物联网的一些特质和形态,以期从中可以寻找到关于物联网的一些模糊但又关键的映像。 解读一:物联网是什么 这是所有研究物联网的人都要迎头撞上的一个问题,也许一千个人就会给出一千种答案来。在去年,我国提出要力推物联网建设的时候,工信部同时指出,物联网“尚无”一个标准的定义和概念。 因此,我们姑且把这个问题变通一下,换成“物联网可以是什么”。 从应用的角度来讲,我们可以把物联网理解为,“捆绑”在各种物体上的传感器与现有互联网的结合。如果这句话还是有些绕口的话,那我们不妨更简洁些—— 物联网:RFID 互联网。(简洁,但不够全面) 解读二:物联网不谈概念只谈应用 物联网概念的难产,究其根源,在于物联网所涉及的行业、领域、技术太宽泛,而其应用模式和场景又过于分散。下面我们转载一段来自百度百科的关于物联网的解释,你就会明白如今的物联网有多“复杂”了—— “物联网的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 正因为如此,物联网似乎很难建立起一个统一的标准模型,也很难给出一个放之四海皆准的概念和协议。那么,物联网还剩下什么呢答案很简单,那就是应用。 于是,各个行业、各个领域纷纷开始了自己的物联网应用之路。这里没有概念,没有模型,没有标准的制约和精细的考证,物联网的应用建设者们只是建立了一种最直接的认识——将你需要连入网络的任何东西,用任何办法连入进来。 起码从目前来看,物联网不是为了建立一个协调统一的大概念而生的,他是为了无数的精彩而又实用的小应用而生的。 让我们回到物联网的英文定义:“The Internet of Things”。 OK,一目了然。 解读三:物联网由“家”及“国” 提到应用,自然就有应用的对象之分。物联网的应用大致可以按此分为两类,一是行业级的用户,作为一个国家的应用单元来普及和推广物联网;另外一部分则是个人用户,作为家庭的成员来感知和使用物联网。 到底哪一个更容易获得成功 最终的发展应该是两者在物联网的应用上取得完整的统一,但就目前的发展来看,由“家”及“国”似乎是一条捷径。因为任何的应用本身,都将是以人为对象的,不管是我们给南美的种植园安装数千台传感器,还是在阿富汗的山区洒下遍地的追踪系统,其最终目标是统一的,那就是方便甚至是替代人类的操作。 由此可见,首先要让人感知到物联网,认同和习惯物联网,才会在最快的时间内大规模的推广和应用。海尔推出物联网冰箱,小天鹅推出物联网洗衣机,美的也在上海世博会上展示了全套的物联网家电产品,还有几大运营商也纷纷推出了基于家庭的无线计划,物联网从家电开始,从应用出发,似乎已为正道。 解读四:RFID是物联网的核心么 任何一个产业的推广,都不会也不可能以某项技术为核心,物联网也不例外。想想当年3G制式之争,以及更早的联通CDMA绿色手机,甚至是Wi-Fi与WiMAX的博弈——最终决定成败的,都是技术之外的东西。 RFID并不是一项新技术,以RFID取代传统商品标签也很早就在国外的零售业有了应用。而在国内,RFID一直以来没有在民用领域得到广泛推广的真正原因,并不是它的技术不够先进,而是它缺乏真正的杀手级应用。 直到等来了物联网这个大时代的开启。 RFID的灵活便携和无线识别同物联网的基本应用需求非常吻合,在“The Internet of Things”中,RFID起到的正是那个“of”的作用,将“物”与“网”链接起来。但反过来,并不是只有RFID能够支撑物联网,其他的无线传输技术,诸如红外、蓝牙、卫星、手机等等,都可以作为连接“物”与“网”的通道。

行业主要上市公司:大富科技(300134)、梦网集团(002123)、共进股份(603118)、胜宏科技(300476)、润和软件(300339)、立昂技术(300603)等

本文核心数据:物联网产业规模、竞争格局、发展前景预测等

产业概况

1、定义

所谓“物联网”(Internet of

Things,IOT),又称传感网,指的是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网连接起来并形成一个可以实现智能化识别和可管理的网络。

早期的物联网是指依托射频识别技术的物流网络,随着技术和应用的发展,物联网的内涵已经发生了较大的变化。现阶段,物联网是指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能力和执行能力的各种信息传感设备,通过网络设施实现信息传输、协同和处理,从而实现广域或大范围的人与物、物与物之间信息交换需求的互联。物联网依托多种信息获取技术,包括传感器、射频识别(RFID)、二维码、多媒体采集技术等。物联网的几个关键环节可以归纳为“感知、传输、处理”。

2、产业链剖析:共有四大层面

所谓产业链,是以生产相同或相近产品的企业集合所在产业为单位形成的价值链,是承担着不同的价值创造职能的相互联系的产业围绕核心产业,通过对信息流、物流、资金流的控制,在采购原材料、制成中间产品以及最终产品、通过销售网络把产品送到消费者手中的过程中形成的由供应商、制造商、分销商、零售商、最终用户构成的一个功能链结构模式。

从产业链条来看,物联网的产业链条由上而下可以分为感知层、传输层、平台层和应用层四个层级。

自2018年中美贸易摩擦以来,美国加大了对中国高新技术出口的限制,不断扩大实体清单,影响了中国一些科技主导型企业的发展,这从侧面警示了中国在全球供应链中地位的脆弱性。物联网通过传感器把物理世界与数字世界联系起来,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。其中传感器作为数据采集的源头,已经成为各种应用能力所需的数据来源所在。目前中国国内也涌现出了一些传感器芯片重点生产企业,如:高德红外、西人马、士兰微、敏芯微电子、博通、全志科技、大唐微电子、复旦微电子等。

行业发展历程:处于市场验证期

物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等

信息传感设备,按约定的协议,把任何物体与因特网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网发展历史悠久,可分为三个阶段:

行业政策背景:政策大力推进

根据最新发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,在“十四五”期间,明确新基建,还要让5G用户普及率提高到56%。并且5次提到关于物联网的规划发展,除了划定数字经济的7大重点产业外,其余4次提到的场合均体现出对物联网发展重点的表述。

十四五规划中划定了7大数字经济重点产业,包括云计算、大数据、物联网、工业互联网、区块链、人工智能、虚拟现实和增强现实,这7大产业也将承担起数字经济核心产业增加值占GDP超过10%目标的重任。

产业发展现状

1、中国物联网连接数快速增长

全球物联网仍保持高速增长。物联网领域仍具备巨大的发展空间,根据GSMA发布的《The mobile economy

2020(2020年移动经济)》报告显示,2019年全球物联网总连接数达到120亿,预计到2025年,全球物联网总连接数规模将达到246亿,年复合增长率高达13%。我国物联网连接数全球占比高达30%,2019年我国的物联网连接数363亿。而根据2021年9月世界物联网大会上的数据,2020年末,我国物联网的数量已经达到453亿个,预计2025年能够超过80亿个。

2、应用层与平台层价值最高

从产业链价值分布看,应用层和平台层贡献最大的附加值,分别占到35%左右,传输连接层虽然重要,但产值规模较小;底层的感知层元器件由于种类众多,产业价值也较大,占到20%左右。

3、物联网应用者使用情况调研

微软发布的第三版《IoT Singal(物联网信号)》报告显示,2021年物联网的应用持续保持增长。91%的受访组织是物联网应用者。

物联网项目可分为四个阶段:学习、试验/概念验证、购买和使用。2021年,29%的物联网项目处于学习阶段;处于试验/概念验证阶段的项目比例仍保持不变,2020年和2021年均为25%;处于购买阶段的项目比例增加了1%,从2020年的21%增加到2021年的22%;处于使用阶段的项目在2020年和2021年保持稳定,均为25%。

4、中国物联网市场规模突破25万亿

目前,物联网已较为成熟地运用于安防监控、智能交通、智能电网、智能物流等。近几年来,在各地政府的大力推广扶持下,物联网产业逐步壮大。再加之近几年厂商对物联网这一概念的普及,民众对物联网的认知程度不断提高,使得我国物联网市场规模整体呈快速上升的趋势。2019年我国物联网市场规模约在176万亿元左右,2020年根据赛迪公布的数据,我国物联网市场规模约达到214万亿元左右。初步统计,2021年市场规模为263万亿元。预计未来三年,中国物联网市场规模仍将保持18%以上的增长速度。中国物联网市场投资前景巨大,发展迅速,在各行各业的应用不断深化,将催生大量的新技术、新产品、新应用、新模式。

产业竞争格局

1、区域竞争:北京物联网相关项目最多

工信部共公开2批《物联网关键技术与平台创新类、集成创新与融合应用类项目公示名单》,结合2批的项目名单分析,目前中国物联网关键技术与平台创新类、集成创新与融合应用类项目主要集中在北京、浙江、广东和山东。

2、企业竞争:各个行业的企业在相关领域有所布局,以龙头企业间的竞争为主

物联网技术的应用是传统行业转型升级的根本,传统行业转型升级的方向以“数字化”和“智慧化”为主。根据物联网的应用领域来看,企业在各自行业的“数字化”和“智慧化”有所布局。

互联网周刊发布了2021物联网企业100强,榜单显示华为排名第一、海尔智家、海康威视位居第二和第三,小米集团、中兴通讯、大华股份、阿里云、联通数科物联网、科大讯飞、神州控股进入前十,依次排名第4-10名。

产业发展前景:物联网将继续保持高速增长

1、发展前景:市场规模不断扩大,产业物联网占比逐渐上升

物联网是中国新一代信息技术自主创新突破的重点方向,蕴含着巨大的创新空间,在芯片、传感器、近距离传输、海量数据处理以及综合集成、应用等领域,创新活动日趋活跃,创新要素不断积聚。物联网在各行各业的应用不断深化,将催生大量的新技术、新产品、新应用、新模式。中国以加快转变经济发展方式为主线,更加注重经济质量和人民生活水平的提高,采用包括物联网在内的新一代信息技术改造升级传统产业,提升传统产业的发展质量和效益,提高社会管理、公共服务和家居生活智能化水平。未来巨大的市场需求将为物联网带来难得的发展机遇和广阔的发展空间。综合多方面的情况分析,前瞻认为未来6年中国物联网的发展将保持高速增长,到2027年市场规模超过7万亿元。

根据信通院于2020年12月发布的《2020中国物联网白皮书》,2019年中国物联网连接数中产业物联网和消费者市场各占一半,预计到2025年,物联网连接数的大部分增长来自于产业市场,产业物联网的连接数将占到总体的61%。由此来看,未来产业物联网的市场发展潜力大于消费物联网。

2、发展趋势:重点城市带动周边城市发展,分工协作格局将进一步显现

国内物联网产业已初步形成环渤海、长三角、珠三角,以及中西部地区等四大区域集聚发展的总体产业空间格局。其中,长三角地区产业规模位列四大区域的首位。未来中国物联网产业空间演变将呈现出三大趋势:

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国物联网行业细分市场需求与投资机会分析报告》。

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