从技术实现到安全运行,工程师版“元宇宙”离我们还有多远?

  “元宇宙”被坐拥35.8亿月活用户的Meta(原Facebook)带火之后,微软、英伟达、腾讯、字节跳动等中外科技巨头们也接连入局。
  大佬们对元宇宙美好前景的描述,吸引了全世界的关注和讨论,但也引发了一些误解,认为元宇宙只是一个类似《头号玩家》、《堡垒之夜》的虚拟世界,与现实世界关联不大。
  其实,自1992年“元宇宙”的概念被提出至今,人们在理论和商业化两方面的探索就从未停止。清华大学《2020-2021年元宇宙发展研究报告》综合各方的探索,对元宇宙作出了如下定义:

从技术实现到安全运行,工程师版“元宇宙”离我们还有多远?


  “元宇宙是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态,它基于扩展现实技术提供沉浸式体验,基于数字孪生技术生成现实世界的镜像,基于区块链技术搭建经济体系,将虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合,并且允许每个用户进行内容生产和世界编辑。”
  现实与虚拟世界相互交融,最终超越现实世界,是元宇宙的核心,为搭建起这个世界,需要大量技术手段作为支撑。作为连接虚拟和现实的物联网,能为元宇宙做些什么,又存在哪些隐忧?
  工程师版“元宇宙”暗藏隐忧
  元宇宙无论是以虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)哪种交互路径实现,首先需要的是仿真能力,可以带给用户视觉、听觉、味觉、触觉等综合感官的逼真体验。
  虚拟空间的道具越丰富,感官体验越逼真,也就意味着需要的数据源越丰富。数字孪生技术可以将物理世界丰富的数据投射到虚拟世界,被认为是构建元宇宙世界成熟高效的手段之一。
  数字孪生不仅可以利用丰富的物联网传感器设备所采集的实时数据,通过数字化映射在虚拟空间中搭建房屋、汽车、道具等基础场景的仿真镜像,而且通过实时监测、仿真模拟、XR交互等可以实现对现实世界的有效治理。
  以城市管理为例,华为在2019年与国内某城区管委会合作,利用物联网设备、5G、AI、GIS、二维码等技术,对该城区的实体设施进行了数字化标识,通过数字孪生技术,将该370平方公里的数字影像和11万平方米的BIM楼宇仿真模型,映射到城市全景平台上,通过无人机、无人售货车、AR设备、智能巡检机器人、高空瞭望监控摄像头等设备对城市进行实时监控。
  对于城区里出现的问题,现场管理人员会佩戴AR眼镜前去处理,城市中各种传感器的信息会通过物联网和5G网络传输到AR眼镜内,观察不同的物体,会自动显示相对应的信息。
  在全景平台上,通过AI对实时数据、影像、仿真模型等进行分析、模拟、评估和推理,实现对城市交通事故、自然灾害、违章违法事件等情况的自动预警和预判。
  虽然数字孪生诞生已有三十多年历史,在在智能制造、远程医疗、自动驾驶仿真训练等场景已有很多应用,被称为是“工程师的元宇宙”,但物联网作为数字孪生虚实融合的关键,《智能相对论》看到,我国物联网市场仍处于初级发展阶段。高端传感器依赖海外市场,关键技术有待突破。
  根据中国互联网协会和GMSA统计,2020年,我国物联网市场规模达1.7万亿,同比增长13.3%;物联网设备连接数突破40亿,同比增长17.5%,预计2025年将增长至80亿。
  物联网市场可分为“连接-感知-智能”三个阶段,虽然我国物联网市场规模庞大,设备连接数增速较快,但仍处于“连接”到“感知”的过渡阶段。
  传感器作为物联网的神经末梢和数据来源,逐渐向小型、智能化的MEMS传感器方向发展。我国虽然在中低端市场已基本实现自给自足,但高端传感器及芯片仍然依赖海外市场。
  根据工信部和赛迪顾问数据显示,2020年,我国中高端敏感元件与传感器约60%依赖进口,核心传感器芯片约80%依赖进口。其中我国对MEMS传感器的需求量约占全球的四分之一,但博通、博世、意法半导体等五家海外企业占据了全球约80%的市场份额。
  造成这种局面的主要是由于我国传感器市场起步较晚,在高端传感器的设计、制造、封装和测试环节都存在技术短板,只在部分环节和部分类型传感器上有所突破,从而制约了国内市场的自主产能。
  随着半导体国产替代进程的推进,我国传感器龙头企业在气体、声学、惯性、压力等部分传感器的设计和制造工艺上取得了一些技术突破,市场份额逐渐提升。
  例如,汉威科技自研的气体传感器国内市占率约70%;歌尔声学的系列声学传感器产品国际市占率进入前三;睿创微纳的红外热像芯片的设计与制造具有自主知识产权。
  此外,传感器市场在整个物联网产业链中份额并不高,巨头们更倾向于布局“来钱快”的物联网平台和应用市场。
  根据2020年物联网智库和中国信通院的统计,目前在物联网产业链中,平台和应用市场的价值占比约70%,而传感器市场只占不到15%。物联网市场的头部企业主要来自工业、网络通信和互联网科技领域,他们在物联网平台和应用市场都有布局,只有苹果、阿里、科大讯飞涉及了传感技术。互联网巨头依靠“云边端”和场景流量优势,在B端和C端都有很高的市场份额。
  不只是技术与市场存在的隐忧,作为网络攻击的重要入口,传感设备低防护水平也会威胁数字孪生应用场景的安全运行。
  网络安全是更大的威胁
  虽然在传感器领域存在短板,但我国数字孪生市场仍处于高速发展中。
  根据IDC数据显示,2020年全球数字孪生市场规模约52.2亿美元,同比增长33.50%;我国市场规模约21亿美元,同比增长30.4%。不仅增速快,全球1000多个提出用数字孪生等技术进行智慧管理的城市,我国占了近一半。
  与此同时,技术不成熟带来的安全问题也开始显现。2020年中国电子技术标准化研究院曾在调研报告中指出,目前数字孪生在数据、基础知识库、多系统融合、联通操作等方面存在技术瓶颈,由此带来的网络安全和系统控制安全问题是制约未来发展的重要因素。
  网络安全虽然互联网领域老生常谈的问题,但《智能相对论》认为,数字孪生面临的网络攻击来自虚拟和现实两个世界,网络和感知设备的防护水平不高,会严重制约数字孪生的稳定发展。
  根据Akama统计,今年上半年约50 Gbps的DDoS攻击已经超过2019年全年攻击的总和。其中,卡巴斯基实验室模拟的传感设备上半年也被攻击超15亿次,是2020同期的2倍,卡巴斯基认为主要原因是物联网设备数量的快速增长和厂商的过度自信。
  这种“自信”的表现之一就是对传感设备的安全部署不够重视,目前传感设备主要通过认证和加密机制避免标签和节点被非法访问,但由于安全等级不高,设备也缺乏物理保护,通过高性能外接设备仍可以盗取信息,甚至可以对设备完全控制。
  2020年IDC调研了美国多家智慧医院的500多万个传感设备发现,86%的医院部署了10种以上PDA召回的设备;75%的设备存在违规部署的问题。
  不只是传感设备,网络层面的安全防护水平同样不高。特斯拉超级工厂作为较早使用数字孪生技术的企业之一,今年就经历了一次黑客“低水平”的网络攻击。
  今年3月,瑞士一黑客组织为了证明摄像头不堪一击,将美国安防公司Verkada旗下的15万台摄像头入侵,这些摄像头主要安装在学校、医院、监狱、警察局等地。其中盗取的多个视频来自上海特斯拉超级工厂,黑客只是在侵入公司网络后获取了摄像头的root权限,就“拿下”了这些摄像头。
  感知设备不仅有传感器,还有控制器。倘若工厂内部众多生产设备的传感和控制设备被入侵,后果将不堪设想。
  不只是数字孪生,作为元宇宙核心经济系统的区块链,也是网络攻击的重点对象,常年面临着DDoS攻击、粉尘攻击、51%算力攻击等威胁,根据Atlas VPN统计,2009-2019年黑客通过330次与区块链相关的攻击窃取了约136亿美元的加密资产。
  从现在的互联网应用,到未来的元宇宙,底层技术进步的同时,网络攻击的手段也在升级。入局元宇宙的玩家在攻克技术难题,探索商业模式的同时,安全防护始终不能轻视。

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