DB21-T 4454-2026 工业互联网中面向可信设备的区块链技术应用指南

ICS35.240CCSL6721DB21/T4454—2026I前言 Ⅲ 2规范性引用文件 3术语和定义 4缩略语 25区块链技术应用架构 25.1架构设计原则 25.2架构组成 25.3架构功能模块说明 35.4网络模式选择与节点角色划分 46具体指南 46.1设备层指南 46.2数据层指南 56.3区块链核心层指南 66.4应用服务层指南 77实施指南 87.1区块链网络类型实施要点 87.2系统部署 87.3与现有工业互联网平台集成策略 87.4后期运维 9附录A（资料性）典型应用场景示例 10A.1设备可信身份认证系统 A.2设备运行数据上链存证 A.3设备生命周期管理 A.4设备互操作审计追溯 A.5供应链可信设备协作 参考文献 DB21/T4454—2026Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中共辽宁省委网络安全和信息化委员会办公室提出并归口。本文件起草单位：大连交通大学、大连软件行业协会、大连理工大学。本文件主要起草人：佟宁、李凤岐、王德广、徐凤强、王艳娟、闫小红、范永刚、尹宏、宋悦。本文件发布实施后，任何单位和个人如有问题和意见建议，均可以通过来电和来函等方式进行反馈，我们将及时答复并认真处理，根据实际情况依法进行评估及复审。本文件归口单位通讯地址：沈阳市和平区光荣街26号甲，联系电话本文件起草单位通讯地址：大连市沙河口区黄河路794号，联系电话DB21/T4454—20261工业互联网中面向可信设备的区块链技术应用指南本文件给出了区块链技术在工业互联网环境中面向可信设备的总体架构、应用方法和典型应用场景。本文件适用于工业互联网中可信设备的区块链融合应用的设计、开发与部署。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T25069—2022信息安全技术术语GB/T40693—2021智能制造工业云服务数据管理通用要求GB/T42021—2022工业互联网总体网络架构GB/T43572—2023区块链和分布式记账技术术语GB/T43579—2023区块链和分布式记账技术智能合约生命周期管理技术规范GB/T44462.3—2024工业互联网企业网络安全第3部分:标识解析企业防护要求GB/T46315—2025工业互联网平台设备健康管理规范3术语和定义GB/T25069-2022、GB/T43572-2023界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1可信设备trusteddevice在工业互联网环境中基于自主可控的硬件或软件可信根，具备身份认证、运行状态可验证、数据可信采集和上链能力的工业终端设备。3.2可信根rootoftrust在本文件所限定的领域中，指在可信计算中，作为信任链起点的硬件或软件组件，用于提供可信度量、报告和安全存储等功能，确保系统的信任基础。3.3联盟链consortiumblockchain是区块链的一种实现形式，由特定的参与方构建和维护的区块链网络。区块链由多个中心控制，系统由几个权威的机构共同分布式记账，这些节点再根据共识机制协调工作。3.4私有链privateblockchain是区块链的一种实现形式，一个封闭的网络环境，只有特定的管理者和参与者可以访问。不对公众开放，交易和数据无法在链外流通。区块链由某个组织或机构控制，参与节点的资格会有严格的限制。3.5工业互联网industrialinternetDB21/T4454—20262新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态，通过对人、机、物、系统等的全面连接，构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系。[来源：GB/T42021—2022，3.1]3.6时间戳timestamp在本文件所限定的领域中，指用于标识区块链中设备行为或数据事件发生时间的可信时间标记。4缩略语下列缩略语适用于本文件。ABAC：基于属性的访问控制（Attribute-BasedAccessControl）API：应用程序接口（ApplicationProgrammingInterface）RBAC：基于角色的访问控制（Role-BasedAccessControl）TEE：可信执行环境（TrustedExecutionEnvironment）TPM：可信平台模块（TrustedPlatformModule）5区块链技术应用架构5.1架构设计原则本文件中区块链应用总体架构设计宜遵循以下原则：a)可信性原则：确保设备身份可信，数据来源真实、有效，以保障系统整体安全性；b)去中心化原则：通过区块链分布式节点协作机制，避免系统因中心节点失效而产生单点故障风险；c)可追溯性原则：实现设备行为和数据操作过程的全过程可追溯，满足溯源监管与责任界定需d)可扩展性原则：支持多设备的并发接入能力，网络节点可灵活扩展，以适应系统规模增长；e)兼容性原则：能够与现有的工业互联网平台、协议及标准体系兼容，实现系统的无缝集成。5.2架构组成本文件所定义的工业互联网区块链技术应用架构由四个功能层组成（如图1所示），从下到上分别为设备层、数据层、区块链核心层和应用服务层。各层职责包含但不限于下列内容：a)设备层：负责可信设备的生命周期管理和安全接入，确保设备从注册到下线的全过程可信。该层包括设备注册、设备身份认证、设备证书管理、设备状态监测、设备管理等；b)数据层：负责数据从采集到上链前的处理与保障，实现数据可信流转。该层包括数据采集与处理、数据存储、数据分布计算、数据加密、数据访问控制、数据共享等；c)区块链核心层：提供区块链基础功能，支持分布式共识与智能执行。该层包括网络管理、共识与区块服务、时序服务、智能合约管理、隐私保护等；d)应用服务层：面向业务应用提供集成接口与服务，实现区块链技术的实际落地。该层包括服务与访问管理、API接口、账本应用等。DB21/T4454—20263图1工业互联网区块链技术应用架构5.3架构功能模块说明5.3.1设备层设备层主要组成包含但不限于下列内容：a)设备注册：处理设备初始注册流程，包括分配唯一标识和初步验证，确保设备安全接入网络；b)设备身份认证：采用公钥基础设施或分布式身份机制，对设备进行身份验证，防止伪造或未经授权访问；c)设备证书管理：管理设备数字证书的发行、更新和吊销，支持证书生命周期的全程跟踪；d)设备状态监测：实时监控设备运行状态、性能指标和异常事件，提供审计日志和记录管理；e)设备管理：涵盖设备配置、固件更新、远程控制和下线处理，确保设备全生命周期的安全与可信。5.3.2数据层数据层主要功能包含但不限于下列内容：a)数据采集与处理：实时收集和预处理设备数据；b)数据存储：将处理后数据存入高性能时序数据库或分布式文件系统，为上链做准备，同时满足业务系统快速查询需求；c)数据分布计算：支持分布式计算框架，进行数据分析和优化，适应大规模工业数据需求；d)数据加密：保护数据在存储和传输中的机密性，支持端到端加密；e)数据访问控制：基于RBAC/ABAC实施细粒度读写授权与审计，确保授权访问；f)数据共享：根据数据共享协议和机制，支持安全的多方数据交换和协作。5.3.3区块链核心层区块链核心层主要功能包含但不限于下列内容：a)网络管理：协调节点间通信、数据同步、故障检测与恢复，确保区块链网络的稳定运行、负载均衡和扩展性；DB21/T4454—20264b)共识与区块服务：采用面向工业场景的高性能共识算法，如BFT算法或PoA机制，管理区块生成、验证、打包和存储，确保交易一致性；c)时序服务：提供统一的可信时间戳服务，支持通过链上时间合约或可信第三方时间源，保证事件日志在链上的时序一致性与可对齐性；d)智能合约管理：支持智能合约的编写、部署、执行和升级；e)隐私保护：实现敏感数据的脱敏处理与访问隔离，兼顾数据可审计性与合规性需要。5.3.4应用服务层应用服务层主要功能包含但不限于下列内容：a)服务与访问：管理用户认证、权限分配和访问日志，支持多因素认证和安全审计；b)API接口：面向上层业务系统提供标准化接口，支持设备与业务系统的数据互通与事件触发；c)账本应用：构建分布式账本服务，记录设备交易、数据流转和业务事件，支持追溯、审计等。5.4网络模式选择与节点角色划分5.4.1网络模式选择为满足工业互联网不同业务场景的需求，宜结合具体应用选择合适的区块链网络模式，区块链网络模式包括：a)联盟链模式：适用于多方协同且需要一定中心化管理的场景，如供应链多企业数据共享、跨工厂产品质量追溯等；b)私有链模式：适用于单一组织内部应用，满足实时性与私密性需求，如企业内部生产过程监控、设备管理和安全审计等；c)混合链模式：适用于在保障核心数据安全基础上，与外部共享部分数据的场景，如核心工艺参数保存在私有链，产品质量证明通过中继节点同步至联盟链，实现供应链多方验证。5.4.2节点角色划分根据节点在工业互联网区块链系统中的职责差异，可将节点划分为以下五类：a)全节点：承担交易处理、账本维护与共识参与等核心功能，需部署于具备高性能能力的中心节点上；b)轻节点：实现交易发起与数据查询功能，不保存完整账本，适用于资源受限的边缘终端部署；c)监控节点：用于链上行为监控与合规审计，具备日志生成能力，通常由第三方或监管方部署；d)跨链中继节点：用于在私有链与联盟链之间转发和验证跨链数据，保障多链环境下的数据互通与可信性；e)边缘节点：部署于工业现场边缘设备，负责数据预处理、签名及交易请求上送，连接链上系6具体指南6.1设备层指南6.1.1设备注册设备注册宜包括以下环节：a)设备唯一性校验：通过设备物理标识及制造商数字签名，确保设备在系统中的标识唯一性；DB21/T4454—20265b)提交注册请求：设备提交注册请求，包含设备标识、类型、固件版本、制造商信息等；c)可信启动验证：注册前验证设备固件完整性与可信执行环境状态；d)链上记录注册信息：经多方共识确认后，将注册事件及关键属性摘要写入区块链账本，形成可验证的设备身份记录。6.1.2设备身份认证设备身份认证包含但不限于下列内容：a)GB/T44462.3-2024标准中身份鉴别相关内容；b)设备接入前完成身份认证，并通过双向认证机制验证设备与平台双方的身份，以确保通信双方的可信性与数据交互的安全性；c)设备身份认证宜具备防伪造、防篡改能力。系统宜采用具备高安全等级的身份认证策略，可增强设备唯一性识别，可提升身份验证的可信度与抗攻击能力，并可满足多场景下的安全访问需要。d)系统定期对已接入设备进行身份复核，并在发生身份异常、运行环境变更或配置调整等情形时，重新执行认证流程。未通过认证的设备宜限制其访问权限或实施隔离措施。6.1.3设备证书管理设备证书管理包含但不限于下列内容：a)设备证书由受信任的证书机构生成，包含设备公钥及基本身份信息。证书摘要信息记录在区块链中，实现身份状态可信可查；b)设备在运行过程中使用有效证书完成身份校验。系统在设备重启、运行周期内或状态异常时对证书有效性进行验证；c)设备证书设置有效期限，在证书失效前完成续期或更新。每次更新操作记录在区块链中，以形成完整的证书生命周期链条；d)当设备停用、密钥泄露或发现异常时，立即撤销相应证书。撤销状态同步至区块链网络，确保参与方可验证其无效性；e)设备私钥存储于具备安全保护能力的硬件中，防止泄露与篡改。在设备生命周期内，使用TPM或TEE等硬件安全模块进行私钥封装与隔离存储。6.1.4设备状态监测设备状态监测包含但不限于下列内容：a)GB/T46315-2025规范中给出的设备健康状态监测相关内容；b)GB/T46315-2025规范中给出的设备健康状态评估相关内容；c)审计日志与记录管理：设备记录关键操作与事件的审计日志，日志覆盖设备身份变更、访问控制、配置修改等全过程操作。关键日志保留不可篡改的记录，可同步至区块链系统，支撑后续合规审查与事件追溯。6.1.5设备管理设备管理包含但不限于下列内容：a)GB/T46315-2025规范中给出的设备控制相关内容；b)处理设备退役，包括身份注销、证书吊销和链上数据清理，维护系统完整性。6.2数据层指南DB21/T4454—202666.2.1数据采集与处理数据采集与处理包含但不限于下列内容：a)根据GB/T46315-2025规范中给出的数据采集和数据预处理相关内容；b)上链前完成去噪、去重、时间对齐与聚合，支持边缘侧轻量预处理。6.2.2数据存储数据存储包含但不限于下列内容：a)GB/T40693-2021中给出的存储管理相关内容；b)支持索引/缓存以满足快速查询与上链预校验。6.2.3数据分布计算数据分布计算包含但不限于下列内容：a)支持分布式计算框架，进行数据分析和优化；b)计算任务动态分配，具备容错机制；c)计算结果通过共识验证，并上链存证。6.2.4数据加密数据加密包含但不限于下列内容：a)采用对称或非对称加密算法，确保数据机密性；b)密钥宜安全存储，支持轮换和访问控制；c)数据在存储和传输中宜端到端加密。6.2.5数据访问控制数据访问控制包含但不限于下列内容：a)基于RBAC或ABAC实现细粒度授权；b)访问行为记录日志，并上链存证；c)权限根据变化实时更新。6.2.6数据共享数据共享包含但不限于下列内容：a)通过智能合约定义共享规则和条件；b)共享数据脱敏；c)共享事件上链，确保可追溯。6.3区块链核心层指南6.3.1网络管理网络管理包含但不限于下列内容：a)管理节点通信、同步和故障恢复；b)网络支持动态扩展和负载均衡；c)接入节点验证身份，并记录网络事件。6.3.2共识与区块服务DB21/T4454—20267共识与区块服务包含但不限于下列内容：a)选择适合工业场景的共识算法；b)处理区块生成、验证和存储；c)出块间隔和吞吐满足实时需求。6.3.3时序服务时序服务包含但不限于下列内容：a)使用可信源生成时间戳，确保准确性；b)防止时序攻击，实现有序执行；c)时序事件上链存证。6.3.4智能合约管理智能合约管理包含但不限于下列内容：a)根据GB/T43579-2023中给出的智能合约设计相关内容设计智能合约；b)智能合约具备明确的版本管理机制与执行可验证性，确保其逻辑准确、部署一致、状态可追溯，并可在系统异常时提供故障恢复能力；c)智能合约更新遵循统一治理机制进行版本管理，并在必要时提供兼容旧版本或恢复至前一版本的能力，确保系统稳定连续运行。6.3.5隐私保护隐私保护包含但不限于下列内容：a)支持ZKP或同态加密，保护敏感数据；b)宜使用通道实现数据隔离；c)保护措施支持审计和追溯。6.4应用服务层指南6.4.1服务与访问管理服务与访问管理包含但不限于下列内容：a)支持用户认证和权限管理；b)访问日志上链存证；c)宜引入多因素认证进行安全控制。6.4.2API接口API接口包含但不限于下列内容：a)提供标准化接口，支持数据查询和合约调用；b)接口验证签名和限制频率；c)宜与现有系统兼容。6.4.3账本应用账本应用包含但不限于下列内容：a)记录业务事件，支持多方协作；b)提供追溯和审计接口；DB21/T4454—20268c)宜支持可视化工具。7实施指南7.1区块链网络类型实施要点7.1.1联盟链实施指南联盟链部署注重组织结构与证书管理的统一性，通过独立CA管理成员机构证书，确保权限与访问控制清晰，并特别针对可信设备提供设备级证书分发机制，以验证设备身份的可信性。在共识机制配置方面，依据节点规模与网络带宽进行参数优化，提升并发性能。系统拓扑考虑异地部署与网络隔离策略，借助VPN、防火墙与负载均衡设备增强安全防护和服务稳定性，同时确保可信设备接入时的身份认证和数据完整性验证。7.1.2混合链实施指南混合链部署支持轻节点或全节点方式，并宜结合快照同步、分片同步等策略提升同步效率。链上数据查询宜通过本地缓存和索引加速访问。在交易处理方面，设定跨链费用预估机制，减少因同步波动导致的交易失败。性能敏感的可信设备数据处理宜异步同步至链下数据库，确保设备数据的可信流转，同时实现高效查询和聚合分析。7.1.3私有链实施指南私有链建议通过相关容器平台实现服务编排与自动化部署，提升系统运维效率。可支持可信设备的批量注册和配置自动化。资源配置基于预估TPS合理分配计算与存储资源，并在测试阶段模拟高负载验证性能。系统升级采用分阶段策略，先在隔离环境完成兼容性验证，再逐步推送至生产节点，并确保在升级过程中链下服务不受影响。7.2系统部署7.2.1边缘融合部署区块链系统在工业现场可通过边缘网关或工业计算机部署轻节点或交易代理服务，实现本地数据预处理、摘要生成及预验证。边缘节点具备断网缓冲与批量上链能力，以增强网络波动下的稳健性，并配备本地密钥管理与加密模块，降低对中心服务的依赖，保障数据安全。7.2.2轻量节点部署现场设备可根据平台架构选择适配的轻量级节点方案，仅同步关键账本摘要与合约接口，以控制计算与存储资源占用。通过与核心节点定期对账，实现数据一致性校验，降低边缘运维负担。7.2.3高可用与容灾核心链节点宜采用跨区域多活部署架构，提升故障容忍与业务连续性。数据库与存储系统启用主从同步或分布式部署，并建立定期备份机制。结合自动化运维工具，实现节点的快速扩容与恢复，确保系统在异常情况下可迅速回归稳定状态。7.3与现有工业互联网平台集成策略7.3.1标准化接口设计DB21/T4454—20269区块链系统统一采用通用协议接口向上层系统提供链上数据查询、交易提交和事件订阅等服务。接口具备清晰的数据模型与消息结构，覆盖设备状态、存证凭证等多类型数据。为保障接口调用安全性与系统稳定性，在服务层引入访问控制、身份鉴权及访问频率限制机制。7.3.2数据同步与转换构建数据同步机制，将区块链上的关键信息实时或定时同步至工业互联网平台，实现资产管理、异常告警和日志审计的业务融合。为解决工业协议与链上数据格式之间的差异，可部署适配服务或数据转换中间件，实现字段映射与内容规范化处理，确保数据在不同系统间的语义一致与准确传输。7.4后期运维7.4.1节点运维管理建立完整的节点生命周期管理机制，覆盖节点的部署配置、运行监控、异常恢复与退役注销，确保系统拓扑结构清晰、节点角色明确。结合高可用架构与自动故障切换机制，实现节点故障的自动感知与快速恢复，提升业务连续性。建议采用容器化部署与负载均衡技术，增强资源调度灵活性，并支持按需扩容以适应业务增长。7.4.2性能与容量规划通过性能指标测试，如系统吞吐量、响应延迟和存储利用率，评估潜在瓶颈，并为业务高峰期预留足够的计算与存储资源。针对大规模设备接入和高频数据存证场景，建议引入分片或侧链架构，提升系统处理能力。同时，定期归档至链下存储，结合冷热分层存储机制优化数据管理效率。7.4.3安全审计与升级机制运维阶段定期开展系统安全评估与渗透测试，重点关注智能合约风险、节点间通信安全与密钥管理策略。密切跟踪底层区块链框架与密码算法的安全更新，及时完成漏洞修复与版本升级。在治理机制上，可引入链上合约支持多签或DAO模式的升级投票与执行流程，确保系统升级过程的透明性与合规性。DB21/T4454—2026（资料性）典型应用场景示例A.1设备可信身份认证系统A.1.1系统架构设备身份认证系统基于区块链分布式身份框架，为每台设备分配唯一的去中心化标识。设备端集成可信执行环境如TEE或TPM，用于私钥保护与本地签名。系统后端部署身份认证合约与区块链节点，负责身份注册、公钥验证与挑战应答管理。A.1.2业务流程认证过程包括注册、认证与密钥更新。设备在出厂或首次接入时完成密钥生成与链上注册，平台通过链上公钥验证设备签名响应的真实性。密钥轮换通过智能合约发起，并经多签审批自动执行更新。A.1.3应用价值该方案可防止设备伪造与中间人攻击，实现身份认证过程的去中心化与可审计，有效降低集中管理带来的单点失效风险。A.2设备运行数据上链存证A.2.1系统架构系统由边缘网关、存证合约与链下存储组成。网关采集设备运行数据，完成脱敏与摘要计算后提交至区块链，原始数据保存在链下存储中。区块链索引服务支持后续的数据验证与查询。A.2.2核心流程设备在周期性或事件触发下生成运行数据，边缘侧完成处理后提交摘要与元数据上链。平台可通过回执验证数据一致性，确保信息未被篡改。A.2.3应用价值设备运行信息可实现不可篡改的链上记录，提升审计能力与数据完整性