從技術(shù)實現(xiàn)到安全運行，工程師版“元宇宙”離我們還有多遠？

來源 ｜智能相對論

作者｜隱東

“元宇宙”被坐擁35.8億月活用戶的Meta（原Facebook）帶火之后，微軟、英偉達、騰訊、字節(jié)跳動等中外科技巨頭們也接連入局。

大佬們對元宇宙美好前景的描述，吸引了全世界的關(guān)注和討論，但也引發(fā)了一些誤解，認為元宇宙只是一個類似《頭號玩家》、《堡壘之夜》的虛擬世界，與現(xiàn)實世界關(guān)聯(lián)不大。

其實，自1992年“元宇宙”的概念被提出至今，人們在理論和商業(yè)化兩方面的探索就從未停止。清華大學《2020-2021年元宇宙發(fā)展研究報告》綜合各方的探索，對元宇宙作出了如下定義：

“元宇宙是整合多種新技術(shù)而產(chǎn)生的新型虛實相融的互聯(lián)網(wǎng)應用和社會形態(tài)，它基于擴展現(xiàn)實技術(shù)提供沉浸式體驗，基于數(shù)字孿生技術(shù)生成現(xiàn)實世界的鏡像，基于區(qū)塊鏈技術(shù)搭建經(jīng)濟體系，將虛擬世界與現(xiàn)實世界在經(jīng)濟系統(tǒng)、社交系統(tǒng)、身份系統(tǒng)上密切融合，并且允許每個用戶進行內(nèi)容生產(chǎn)和世界編輯。”

現(xiàn)實與虛擬世界相互交融，最終超越現(xiàn)實世界，是元宇宙的核心，為搭建起這個世界，需要大量技術(shù)手段作為支撐。作為連接虛擬和現(xiàn)實的物聯(lián)網(wǎng)，能為元宇宙做些什么，又存在哪些隱憂？

工程師版“元宇宙” 暗藏隱憂

元宇宙無論是以虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）、混合現(xiàn)實（MR）哪種交互路徑實現(xiàn)，首先需要的是仿真能力，可以帶給用戶視覺、聽覺、味覺、觸覺等綜合感官的逼真體驗。

虛擬空間的道具越豐富，感官體驗越逼真，也就意味著需要的數(shù)據(jù)源越豐富。數(shù)字孿生技術(shù)可以將物理世界豐富的數(shù)據(jù)投射到虛擬世界，被認為是構(gòu)建元宇宙世界成熟高效的手段之一。

數(shù)字孿生不僅可以利用豐富的物聯(lián)網(wǎng)傳感器設(shè)備所采集的實時數(shù)據(jù)，通過數(shù)字化映射在虛擬空間中搭建房屋、汽車、道具等基礎(chǔ)場景的仿真鏡像，而且通過實時監(jiān)測、仿真模擬、XR交互等可以實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的有效治理。

以城市管理為例，華為在2019年與國內(nèi)某城區(qū)管委會合作，利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、5G、AI、GIS、二維碼等技術(shù)，對該城區(qū)的實體設(shè)施進行了數(shù)字化標識，通過數(shù)字孿生技術(shù)，將該370平方公里的數(shù)字影像和11萬平方米的BIM樓宇仿真模型，映射到城市全景平臺上，通過無人機、無人售貨車、AR設(shè)備、智能巡檢機器人、高空瞭望監(jiān)控攝像頭等設(shè)備對城市進行實時監(jiān)控。

對于城區(qū)里出現(xiàn)的問題，現(xiàn)場管理人員會佩戴AR眼鏡前去處理，城市中各種傳感器的信息會通過物聯(lián)網(wǎng)和5G網(wǎng)絡傳輸?shù)紸R眼鏡內(nèi)，觀察不同的物體，會自動顯示相對應的信息。

在全景平臺上，通過AI對實時數(shù)據(jù)、影像、仿真模型等進行分析、模擬、評估和推理，實現(xiàn)對城市交通事故、自然災害、違章違法事件等情況的自動預警和預判。

雖然數(shù)字孿生誕生已有三十多年歷史，在在智能制造、遠程醫(yī)療、自動駕駛仿真訓練等場景已有很多應用，被稱為是“工程師的元宇宙”，但物聯(lián)網(wǎng)作為數(shù)字孿生虛實融合的關(guān)鍵，《智能相對論》看到，我國物聯(lián)網(wǎng)市場仍處于初級發(fā)展階段。高端傳感器依賴海外市場，關(guān)鍵技術(shù)有待突破。

根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會和GMSA統(tǒng)計，2020年，我國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模達1.7萬億，同比增長13.3%；物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)突破40億，同比增長17.5%，預計2025年將增長至80億。

物聯(lián)網(wǎng)市場可分為“連接-感知-智能”三個階段，雖然我國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模龐大，設(shè)備連接數(shù)增速較快，但仍處于“連接”到“感知”的過渡階段。

傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢和數(shù)據(jù)來源，逐漸向小型、智能化的MEMS傳感器方向發(fā)展。我國雖然在中低端市場已基本實現(xiàn)自給自足，但高端傳感器及芯片仍然依賴海外市場。

根據(jù)工信部和賽迪顧問數(shù)據(jù)顯示，2020年，我國中高端敏感元件與傳感器約60%依賴進口，核心傳感器芯片約80%依賴進口。其中我國對MEMS傳感器的需求量約占全球的四分之一，但博通、博世、意法半導體等五家海外企業(yè)占據(jù)了全球約80%的市場份額。

造成這種局面的主要是由于我國傳感器市場起步較晚，在高端傳感器的設(shè)計、制造、封裝和測試環(huán)節(jié)都存在技術(shù)短板，只在部分環(huán)節(jié)和部分類型傳感器上有所突破，從而制約了國內(nèi)市場的自主產(chǎn)能。

隨著半導體國產(chǎn)替代進程的推進，我國傳感器龍頭企業(yè)在氣體、聲學、慣性、壓力等部分傳感器的設(shè)計和制造工藝上取得了一些技術(shù)突破，市場份額逐漸提升。

例如，漢威科技自研的氣體傳感器國內(nèi)市占率約70%；歌爾聲學的系列聲學傳感器產(chǎn)品國際市占率進入前三；睿創(chuàng)微納的紅外熱像芯片的設(shè)計與制造具有自主知識產(chǎn)權(quán)。

此外，傳感器市場在整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中份額并不高，巨頭們更傾向于布局“來錢快”的物聯(lián)網(wǎng)平臺和應用市場。

根據(jù)2020年物聯(lián)網(wǎng)智庫和中國信通院的統(tǒng)計，目前在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中，平臺和應用市場的價值占比約70%，而傳感器市場只占不到15%。物聯(lián)網(wǎng)市場的頭部企業(yè)主要來自工業(yè)、網(wǎng)絡通信和互聯(lián)網(wǎng)科技領(lǐng)域，他們在物聯(lián)網(wǎng)平臺和應用市場都有布局，只有蘋果、阿里、科大訊飛涉及了傳感技術(shù)。互聯(lián)網(wǎng)巨頭依靠“云邊端”和場景流量優(yōu)勢，在B端和C端都有很高的市場份額。

不只是技術(shù)與市場存在的隱憂，作為網(wǎng)絡攻擊的重要入口，傳感設(shè)備低防護水平也會威脅數(shù)字孿生應用場景的安全運行。

網(wǎng)絡安全 是更大的威脅

雖然在傳感器領(lǐng)域存在短板，但我國數(shù)字孿生市場仍處于高速發(fā)展中。

根據(jù)IDC數(shù)據(jù)顯示，2020年全球數(shù)字孿生市場規(guī)模約52.2億美元，同比增長33.50%；我國市場規(guī)模約21億美元，同比增長30.4%。不僅增速快，全球1000多個提出用數(shù)字孿生等技術(shù)進行智慧管理的城市，我國占了近一半。

與此同時，技術(shù)不成熟帶來的安全問題也開始顯現(xiàn)。2020年中國電子技術(shù)標準化研究院曾在調(diào)研報告中指出，目前數(shù)字孿生在數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)知識庫、多系統(tǒng)融合、聯(lián)通操作等方面存在技術(shù)瓶頸，由此帶來的網(wǎng)絡安全和系統(tǒng)控制安全問題是制約未來發(fā)展的重要因素。

網(wǎng)絡安全雖然互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域老生常談的問題，但《智能相對論》認為，數(shù)字孿生面臨的網(wǎng)絡攻擊來自虛擬和現(xiàn)實兩個世界，網(wǎng)絡和感知設(shè)備的防護水平不高，會嚴重制約數(shù)字孿生的穩(wěn)定發(fā)展。

根據(jù)Akama統(tǒng)計，今年上半年約50 Gbps的DDoS攻擊已經(jīng)超過2019年全年攻擊的總和。其中，卡巴斯基實驗室模擬的傳感設(shè)備上半年也被攻擊超15億次，是2020同期的2倍，卡巴斯基認為主要原因是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的快速增長和廠商的過度自信。

這種“自信”的表現(xiàn)之一就是對傳感設(shè)備的安全部署不夠重視，目前傳感設(shè)備主要通過認證和加密機制避免標簽和節(jié)點被非法訪問，但由于安全等級不高，設(shè)備也缺乏物理保護，通過高性能外接設(shè)備仍可以盜取信息，甚至可以對設(shè)備完全控制。

2020年IDC調(diào)研了美國多家智慧醫(yī)院的500多萬個傳感設(shè)備發(fā)現(xiàn)，86%的醫(yī)院部署了10種以上PDA召回的設(shè)備；75%的設(shè)備存在違規(guī)部署的問題。

不只是傳感設(shè)備，網(wǎng)絡層面的安全防護水平同樣不高。特斯拉超級工廠作為較早使用數(shù)字孿生技術(shù)的企業(yè)之一，今年就經(jīng)歷了一次黑客“低水平”的網(wǎng)絡攻擊。

今年3月，瑞士一黑客組織為了證明攝像頭不堪一擊，將美國安防公司Verkada旗下的15萬臺攝像頭入侵，這些攝像頭主要安裝在學校、醫(yī)院、監(jiān)獄、警察局等地。其中盜取的多個視頻來自上海特斯拉超級工廠，黑客只是在侵入公司網(wǎng)絡后獲取了攝像頭的root權(quán)限，就“拿下”了這些攝像頭。

感知設(shè)備不僅有傳感器，還有控制器。倘若工廠內(nèi)部眾多生產(chǎn)設(shè)備的傳感和控制設(shè)備被入侵，后果將不堪設(shè)想。

不只是數(shù)字孿生，作為元宇宙核心經(jīng)濟系統(tǒng)的區(qū)塊鏈，也是網(wǎng)絡攻擊的重點對象，常年面臨著DDoS攻擊、粉塵攻擊、51%算力攻擊等威脅，根據(jù)Atlas VPN統(tǒng)計，2009-2019年黑客通過330次與區(qū)塊鏈相關(guān)的攻擊竊取了約136億美元的加密資產(chǎn)。

從現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)應用，到未來的元宇宙，底層技術(shù)進步的同時，網(wǎng)絡攻擊的手段也在升級。入局元宇宙的玩家在攻克技術(shù)難題，探索商業(yè)模式的同時，安全防護始終不能輕視。

*本文圖片均來源于網(wǎng)絡

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