華為們的數字孿生，能帶我們到達元宇宙？
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，吸引了全世界的關注和討論，但也引發了一些誤解，認為元宇宙只是一個類似《頭號玩家》、《堡壘之夜》的虛擬世界，與現實世界關聯不大。
其實，自1992年“元宇宙”的概念被提出至今，人們在理論和商業化兩方面的探索就從未停止。清華大學《2020-2021年元宇宙發展研究報告》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而產生的新型虛實相融的互聯網應用和社會形態，它基于擴展現實技術提供沉浸式體驗，基于數字孿生技術生成現實世界的鏡像，基于區塊鏈技術搭建經濟體系，將虛擬世界與現實世界在經濟系統、社交系統、身份系統上密切融合，并且允許每個用戶進行內容生產和世界編輯。”
現實與虛擬世界相互交融，最終超越現實世界，是元宇宙的核心，為搭建起這個世界，需要大量技術手段作為支撐。作為連接虛擬和現實的物聯網，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實（VR）、增強現實（AR）、混合現實（MR）哪種交互路徑實現，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據源越豐富。數字孿生技術可以將物理世界豐富的數據投射到虛擬世界，被認為是構建元宇宙世界成熟高效的手段之一。
數字孿生不僅可以利用豐富的物聯網傳感器設備所采集的實時數據，通過數字化映射在虛擬空間中搭建房屋、汽車、道具等基礎場景的仿真鏡像，而且通過實時監測、仿真模擬、XR交互等可以實現對現實世界的有效治理。
以城市管理為例，華為在2019年與國內某城區管委會合作，利用物聯網設備、5G、AI、GIS、二維碼等技術，對該城區的實體設施進行了數字化標識，通過數字孿生技術，將該370平方公里的數字影像和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設備、智能巡檢機器人、高空瞭望監控攝像頭等設備對城市進行實時監控。
對于城區里出現的問題，現場管理人員會佩戴AR眼鏡前去處理，城市中各種傳感器的信息會通過物聯網和5G網絡傳輸到AR眼鏡內，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對實時數據、影像、仿真模型等進行分析、模擬、評估和推理，實現對城市交通事故、自然災害、違章違法事件等情況的自動預警和預判。
雖然數字孿生誕生已有三十多年歷史，在在智能制造、遠程醫療、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”，但物聯網作為數字孿生虛實融合的關鍵，《智能相對論》看到，我國物聯網市場仍處于初級發展階段。高端傳感器依賴海外市場，關鍵技術有待突破。
根據中國互聯網協會和GMSA統計，2020年，我國物聯網市場規模達1.7萬億，同比增長13.3%；物聯網設備連接數突破40億，同比增長17.5%，預計2025年將增長至80億。
物聯網市場可分為“連接-感知-智能”三個階段，雖然我國物聯網市場規模龐大，設備連接數增速較快，但仍處于“連接”到“感知”的過渡階段。
傳感器作為物聯網的神經末梢和數據來源，逐漸向小型、智能化的MEMS傳感器方向發展。我國雖然在中低端市場已基本實現自給自足，但高端傳感器及芯片仍然依賴海外市場。
根據工信部和賽迪顧問數據顯示，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占據了全球約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，在高端傳感器的設計、制造、封裝和測試環節都存在技術短板，只在部分環節和部分類型傳感器上有所突破，從而制約了國內市場的自主產能。
隨著半導體國產替代進程的推進，我國傳感器龍頭企業在氣體、聲學、慣性、壓力等部分傳感器的設計和制造工藝上取得了一些技術突破，市場份額逐漸提升。
例如，漢威科技自研的氣體傳感器國內市占率約70%；歌爾聲學的系列聲學傳感器產品國際市占率進入前三；睿創微納的紅外熱像芯片的設計與制造具有自主知識產權。
此外，傳感器市場在整個物聯網產業鏈中份額并不高，巨頭們更傾向于布局“來錢快”的物聯網平臺和應用市場。
根據2020年物聯網智庫和中國信通院的統計，目前在物聯網產業鏈中，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%。物聯網市場的頭部企業主要來自工業、網絡通信和互聯網科技領域，他們在物聯網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。互聯網巨頭依靠“云邊端”和場景流量優勢，在B端和C端都有很高的市場份額。
不只是技術與市場存在的隱憂，作為網絡攻擊的重要入口，傳感設備低防護水平也會威脅數字孿生應用場景的安全運行。
網絡安全是更大的威脅
雖然在傳感器領域存在短板，但我國數字孿生市場仍處于高速發展中。
根據IDC數據顯示，2020年全球數字孿生市場規模約52.2億美元，同比增長33.50%；我國市場規模約21億美元，同比增長30.4%。不僅增速快，全球1000多個提出用數字孿生等技術進行智慧管理的城市，我國占了近一半。
與此同時，技術不成熟帶來的安全問題也開始顯現。2020年中國電子技術標準化研究院曾在調研報告中指出，目前數字孿生在數據、基礎知識庫、多系統融合、聯通操作等方面存在技術瓶頸，由此帶來的網絡安全和系統控制安全問題是制約未來發展的重要因素。
網絡安全雖然互聯網領域老生常談的問題，但《智能相對論》認為，數字孿生面臨的網絡攻擊來自虛擬和現實兩個世界，網絡和感知設備的防護水平不高，會嚴重制約數字孿生的穩定發展。
根據Akama統計，今年上半年約50 Gbps的DDoS攻擊已經超過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網設備數量的快速增長和廠商的過度自信。
這種“自信”的表現之一就是對傳感設備的安全部署不夠重視，目前傳感設備主要通過認證和加密機制避免標簽和節點被非法訪問，但由于安全等級不高，設備也缺乏物理保護，通過高性能外接設備仍可以盜取信息，甚至可以對設備完全控制。
2020年IDC調研了美國多家智慧醫院的500多萬個傳感設備發現，86%的醫院部署了10種以上PDA召回的設備；75%的設備存在違規部署的問題。
不只是傳感設備，網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字孿生技術的企業之一，今年就經歷了一次黑客“低水平”的網絡攻擊。
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、醫院、監獄、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絡后獲取了攝像頭的root權限，就“拿下”了這些攝像頭。
感知設備不僅有傳感器，還有控制器。倘若工廠內部眾多生產設備的傳感和控制設備被入侵，后果將不堪設想。
不只是數字孿生，作為元宇宙核心經濟系統的區塊鏈，也是網絡攻擊的重點對象，常年面臨著DDoS攻擊、粉塵攻擊、51%算力攻擊等威脅，根據Atlas VPN統計，2009-2019年黑客通過330次與區塊鏈相關的攻擊竊取了約136億美元的加密資產。
從現在的互聯網應用，到未來的元宇宙，底層技術進步的同時，網絡攻擊的手段也在升級。入局元宇宙的玩家在攻克技術難題，探索商業模式的同時，安全防護始終不能輕視。
*本文圖片均來源于網絡
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