提升我國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)自主可控水平的研究

摘要：中國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)相比國外有一定后發(fā)差距，但整體產業(yè)基礎良好、市場前景廣闊，有望在同期競爭中加快追趕，打造出具有國際競爭力的操作系統(tǒng)。同時，在深化發(fā)展的進程中，我國自主操作系統(tǒng)也面臨技術積累不足、用戶基礎薄弱和企業(yè)間生態(tài)壁壘等挑戰(zhàn)。建議充分發(fā)揮政府與市場的雙重合力，著力提升技術實力，培育國內市場和促進生態(tài)互通，助力自主操作系統(tǒng)快速成長壯大。關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，信息安全，產業(yè)生態(tài)，自主可控操作系統(tǒng)是產業(yè)數(shù)字化變革的基礎，基于操作系統(tǒng)能夠構建起豐富的行業(yè)應用生態(tài)，有力推動產業(yè)規(guī)?；l(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)逐步在各類數(shù)字化應用中普及，涉及生產生活的各個領域，對國家信息安全防護和產業(yè)發(fā)展意義重大。操作系統(tǒng)作為信息產業(yè)的基礎設施，能夠為應用軟件提供統(tǒng)一的開發(fā)工具和運行平臺，從而在技術底層上成為軟硬件體系的“總開關”。視窗(Windows)和安卓操作系統(tǒng)正是憑借這種“總開關”的機制，成為了我國信息產業(yè)的潛在“卡脖子”問題。當前物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)成為新一輪科技和產業(yè)競爭的焦點，我國雖然有不少物聯(lián)網(wǎng)平臺可以在應用層面實現(xiàn)操作系統(tǒng)的功能，但都不像視窗和安卓系統(tǒng)那樣具有底層技術基礎，無法成為“總開關”。而在底層物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)方面，我國目前只有華為等少數(shù)企業(yè)在投入研發(fā)。回顧視窗和安卓系統(tǒng)給我國發(fā)展曾帶來的信息安全和產業(yè)制約問題，在新一輪物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)發(fā)展機遇期，我國十分有必要打造自主可控的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。一、打造自主物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)意義重大一方面，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)漏洞會導致軟硬件層面的信息安全風險。[1]在軟件層面，操作系統(tǒng)漏洞會帶來信息泄露的風險。以視窗系統(tǒng)為例，即使經(jīng)過多年完善，2020年視窗系統(tǒng)的漏洞還是達到了907個，并且有132個是關鍵性漏洞，①這些漏洞將導致系統(tǒng)被攻破以及信息泄露。例如，2021年8月美國有線電視新聞網(wǎng)(CNN)報道，微軟的軟件漏洞導致數(shù)千萬人的個人信息暴露在公共網(wǎng)絡上。而物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)連接的設備種類和數(shù)量遠超桌面計算機系統(tǒng)，相應的數(shù)據(jù)累積會更多，漏洞帶來的信息安全風險也會更多，因此我國需要有自主可控的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)來進行防護。在硬件層面，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)能夠對設備傳遞控制指令，如被攻破將造成實體風險。例如，2018年11月亞馬遜公布了自研物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)FreeRTOS的13個安全漏洞，通過這些漏洞，攻擊者能夠獲得設備的完全控制權，而當時FreeRTOS已經(jīng)被應用在包括汽車、飛機及醫(yī)療設備等40余種硬件平臺。如果我國使用了這種存在漏洞的國外系統(tǒng)，就有可能被攻擊者利用上述系統(tǒng)漏洞，對我國實體經(jīng)濟領域的設備進行攻擊。因此，在重要的經(jīng)濟社會領域，我國亟需自主可控的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)以抵御這些設備安全問題。另一方面，操作系統(tǒng)能夠推動建立豐富的產業(yè)應用生態(tài)，為各領域注入數(shù)字化變革動力，對產業(yè)發(fā)展促進作用明顯。例如安卓操作系統(tǒng)作為移動應用的基礎設施，催生超過300萬個移動應用，支撐我國的在線打車(4.53億用戶)、手機購物(7.8億用戶)、短視頻(9.34億用戶)、線上外賣(4.69億用戶)等大型互聯(lián)網(wǎng)業(yè)態(tài)。同時，操作系統(tǒng)能夠帶來巨大的產業(yè)增值效用。2009年的《微軟視窗7對全球經(jīng)濟影響的調研報告》指出，視窗7為微軟每產生1元的收入，將為我國產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)造多達約27.54元的收入，以同期微軟視窗操作系統(tǒng)在我國營收約12.5億美元來計算，當年該系統(tǒng)為我國創(chuàng)造的收入高達344億美元。物聯(lián)網(wǎng)在發(fā)展歷程中也會經(jīng)歷類似過程，為產業(yè)帶來重要收益，我國需打造自主的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，將推動產業(yè)發(fā)展、進步的主動權掌握在自己手中。二、我國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)發(fā)展機遇良好(一)國外企業(yè)尚未形成壟斷優(yōu)勢國外企業(yè)具備先發(fā)優(yōu)勢，但尚未形成壟斷性平臺。從全球來看，微軟、谷歌、亞馬遜、三星等國際巨頭都在積極布局。微軟發(fā)揮在桌面計算機時代積累的優(yōu)勢，在制造、零售、醫(yī)療等關鍵領域推廣其物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，獲取了超10億用戶；谷歌發(fā)揮其在開源系統(tǒng)研發(fā)中的優(yōu)勢，推出了安卓物聯(lián)和FuchasiaOS，在商用領域發(fā)力；亞馬遜推出FreeRTOS，以匹配產業(yè)鏈為導向，適配30多種硬件平臺；三星利用其在家電消費領域的市場和客戶積累優(yōu)勢，推出TizenRT，連通電子產品和操作系統(tǒng)，形成軟硬件一體化優(yōu)勢?？v觀這些巨頭企業(yè)，它們的操作系統(tǒng)業(yè)務在技術、品牌、市場等方面都具有一定的先發(fā)優(yōu)勢，雖然尚未形成壟斷優(yōu)勢，但明顯處于領先梯隊。(二)我國物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)發(fā)展基礎扎實政策方面，我國近年來出臺多項政策助推產業(yè)基礎能力建設，特別是在5G和NB-IoT方面為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展創(chuàng)造了全球領先的基礎能力。5G基礎設施方面，據(jù)工信部統(tǒng)計，當前我國5G基站總數(shù)超過142.5萬座，形成了世界最領先、最大規(guī)模的網(wǎng)絡體系；NB-IoT方面，工信部先是在2017年發(fā)布了《關于全面推進移動物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)建設發(fā)展的通知》，后又在2020年發(fā)布了《關于深入推進移動物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展的通知》，穩(wěn)步有序地推動了我國移動物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)持續(xù)升級。同時，為促進技術進步，在政府和企業(yè)合作推動下，我國已建立起木蘭、優(yōu)麒麟、龍蜥等開源社區(qū)，雖然這些社區(qū)發(fā)展較為分散、用戶基礎不足，但更重要的是為我國開源技術發(fā)展提供了基礎性、先導性的規(guī)模方面，通過積極布局，我國企業(yè)在消費和工業(yè)等領域均開發(fā)了具有一定競爭力的自主操作系統(tǒng)，與國外相比正處于加速追趕階段。[2]目前華為、阿里、騰訊、中國移動等國內知名企業(yè)都推出了自研物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。華為的鴻蒙操作系統(tǒng)提出跨平臺萬物互聯(lián)的理念，搭載該系統(tǒng)設備數(shù)量已突破2.2億臺，使用用戶已超過1.5億；阿里的AliOSThings系統(tǒng)充分發(fā)揮產業(yè)鏈整合能力，已服務140大類設備，累計裝機超1億，擁有300多個應用組件，1000多個認證設備，100多個硬件合作伙伴，形成了良好的產業(yè)鏈協(xié)同效應；中國移動的OneOS，充分發(fā)揮運營商在生產領域的滲透優(yōu)勢，實現(xiàn)了對各類芯片、模組和硬件平臺的支持能力。此外，近年來一些企業(yè)還推出了“面向人機物三元融合的智能芯片和操作系統(tǒng)”(中科物棲公司)、“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全操作系統(tǒng)”(北京凝思軟件公司)等新型物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，拓展了操作系統(tǒng)的技術路線。②總體來看，雖然沒有國際領先企業(yè)那樣的先發(fā)優(yōu)勢，但我國企業(yè)在新一輪物聯(lián)網(wǎng)操作系發(fā)展進程中，已逐步呈現(xiàn)出一定的競爭能力。市場方面，我國物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)仍具有廣闊的發(fā)展前景。在消費物聯(lián)網(wǎng)領域，根據(jù)小米公司數(shù)據(jù)測算，我國物聯(lián)網(wǎng)深度用戶滲透率僅為1.3%，未來市場前景廣闊。③在生產領域，2020年我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模達到6712.7億元，預計未來3年增速為14%，至2023年規(guī)模將超過9000億元；車聯(lián)網(wǎng)市場2017—2020年年均復合增長率達到29.95%，預計2022年底將增長至2771億元。④基于這些扎實的產業(yè)基礎和市場前景，在未來研發(fā)進程中，我國企業(yè)有條件快速獲取和整合資源，并進行快速的技術試錯和用戶積累，有望在同期加快發(fā)展腳步，追上與國際巨頭企業(yè)間的差距，打造出具有國際競爭力的操作系統(tǒng)。三、我國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)發(fā)展的三大挑戰(zhàn)(一)技術積累不足，自主研發(fā)難度大自主研發(fā)和開源積累是操作系統(tǒng)技術發(fā)展的關鍵途徑，我國企業(yè)在這兩方面的積累都還明顯不足。在自主研發(fā)方面，微軟視窗操作系統(tǒng)經(jīng)歷近30年發(fā)展，技術變革從未停止，先后攻克了系統(tǒng)架構、硬件適配、接口標準統(tǒng)一等重大技術難題，甚至在從視窗XP向視窗Vista版本升級的過程中完全重寫了系統(tǒng)內核，這些重要的研發(fā)技術和經(jīng)驗我國企業(yè)相對欠缺。以國內相對領先的麒麟操作系統(tǒng)為例，從首次投入應用至今僅有15年歷程，且才剛進入商用銷售階段不久，而同樣作為桌面操作系統(tǒng)，微軟的視窗系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展近40年，并經(jīng)歷了充分的市場化競爭。在開源積累方面，以安卓系統(tǒng)為例，在全球最大的開源社區(qū)Github上，有各類開源安卓項目能夠滿足應用開發(fā)需要，一些項目受關注度極高并在持續(xù)更新迭代，⑤但我國自主操作系統(tǒng)領域尚未建立起這樣強大的開源生態(tài)，以國內領先的優(yōu)麒麟開源社區(qū)為例，其活躍用戶數(shù)為20多萬，而Github社區(qū)的活躍用戶數(shù)超過7300萬，差距巨大。(二)用戶基礎薄弱，市場推廣壓力較大相比國外企業(yè)，我國在用戶積累方面仍有明顯差距，而基礎用戶的缺少會導致操作系統(tǒng)的市場認可度和應用范圍長期難以提升，并可能失去市場競爭力。例如微軟在桌面計算機時代積累的大量用戶和產業(yè)合作基礎，使得其視窗物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)(Windows10IoT)在進入市場時，天然具備廣闊的用戶認可度(視窗全球用戶數(shù)近20億)；谷歌的安卓物聯(lián)(AndroidThings)和FuchsiaOS系統(tǒng)繼承了其在移動手機時代積累的開發(fā)技術和用戶基礎(安卓全球活躍設備數(shù)近30億)，也具備快速推廣的優(yōu)勢。而這些在早期生態(tài)中積累的用戶優(yōu)勢，我國企業(yè)十分缺乏。例如目前我國華為的鴻蒙操作系統(tǒng)，作為國內用戶積累最多的操作系統(tǒng)，裝載設備數(shù)量也僅有2.2億臺，同時我國除鴻蒙之外，其他企業(yè)的操作系統(tǒng)用戶積累量都較少，總體上仍面臨較大的市場推廣壓力。(三)企業(yè)間生態(tài)封閉，限制了操作系統(tǒng)和行業(yè)市場的增長空間具備行業(yè)優(yōu)勢的物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)都傾向于構建壟斷的經(jīng)營模式。企業(yè)提出的表面理由是為了保護用戶隱私、技術不兼容等，但實際上當前的信息技術已經(jīng)能夠解決此類問題，背后深層次原因還是對市場的爭奪。一方面，各家企業(yè)使用私有或封閉的系統(tǒng)接口，使得競爭對手的設備或應用無法接入企業(yè)自家產品。例如小米的米家應用只對小米無法生產的產品進行開放，而對與其有競爭的產品或廠家不予開放。另一方面，頭部的一些企業(yè)還會限制第三方資源的復用。如通過協(xié)議或技術的方式限制第三方設計方案，代碼模塊等資源只能在企業(yè)封閉生態(tài)內使用。這些做法將各類企業(yè)和開發(fā)者封閉在由頭部企業(yè)限定的“小圈子”里，既縮小了自主操作系統(tǒng)的發(fā)展空間，也制約了行業(yè)規(guī)模的增長空間。四、發(fā)揮政策與市場合力，助力自主操作系統(tǒng)快速發(fā)展我國物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)雖然整體規(guī)模較大，但對操作系統(tǒng)底層技術的研發(fā)仍較少，同時由自主操作系統(tǒng)構建的產業(yè)生態(tài)也相對落后。2021年，工信部物聯(lián)網(wǎng)示范項目名單內，總計179個項目中，僅有3個項目是專門的操作系統(tǒng)項目。一些重要的物聯(lián)網(wǎng)終端企業(yè)(包括手機終端企業(yè))，所用操作系統(tǒng)也基于國外底層系統(tǒng)開發(fā)，如小米、?？低暋W珀(OPPO)等。鑒于物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)對于國家信息安全和產業(yè)發(fā)展的重要意義，應充分發(fā)揮政府與市場的雙重力量，在技術研發(fā)、培育國內市場和生態(tài)互通等方面發(fā)力，推動自主物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)成長壯大。(一)加快提升技術研發(fā)實力一是培育壯大自主操作系統(tǒng)開源生態(tài)。由監(jiān)管部門和開源機構共同組織，以產業(yè)建設、企業(yè)研發(fā)等需求為指向，在優(yōu)麒麟、龍蜥等國內開源社區(qū)立項，通過引進合作項目、項目獎勵等方式，匯聚第三方研發(fā)人員，建立起長期研發(fā)和積累開源技術的平臺和機制。同時借鑒Github獎勵開發(fā)者的方法，對有突出貢獻的作者予以資金支持和項目推廣服務。二是組織開展關鍵技術商業(yè)競賽。借鑒人工智能大賽經(jīng)驗，由研究機構、企業(yè)、高校聯(lián)合研究，在京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)等區(qū)域分別根據(jù)產業(yè)發(fā)展需要，發(fā)起相關技術競賽，發(fā)揮競賽型人才優(yōu)勢，在物聯(lián)網(wǎng)通用系統(tǒng)架構、硬件驅動、協(xié)議互通等方面突破一批產業(yè)發(fā)展的共性問題。(二)培育國內市場，提升自主操作系統(tǒng)市場占有率一是在信創(chuàng)領域增加對自主物聯(lián)網(wǎng)產品的采購。可參照對國產電腦和桌面操作系統(tǒng)的采購方式，制定信創(chuàng)產業(yè)中“物聯(lián)網(wǎng)產品與服務采購目錄”。具體目錄制定和采購招標要科學考量應用需求和產品成熟度，以實用、好用為導向，避免完成任務式采購。二是鼓勵國內企業(yè)使用自主物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。對搭載自主物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的產品予以財政采購補貼。優(yōu)先在汽車、醫(yī)療、安防、農業(yè)等應用成熟和行業(yè)急需的領域進行推廣試點，以市場真實需求帶動用戶購買和技術進步，避免形式化補貼但效果欠佳的情(三)推動自主操作系統(tǒng)間的生態(tài)互通，構建開放合作的產業(yè)環(huán)境一是推動操作系統(tǒng)相關標準的建設和推廣。建議由主管部門和標準化協(xié)會共同組織，建設和推廣我國物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)的模型互認、應用互通和安全認證標準，打通生態(tài)互通的壁壘。可優(yōu)先在消費電子、工業(yè)自動化產線等應用較廣的領域開展相關工作，對符合互通互連標準的設備予以國家級認證。二是由行業(yè)領軍企業(yè)牽頭，建立高規(guī)格物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)聯(lián)盟。建議參考谷歌與制造商、開發(fā)商合作建立“開放手持設備聯(lián)盟”推廣安卓系統(tǒng)的經(jīng)驗，聚集我國乃至全球物聯(lián)網(wǎng)各領域重要企業(yè)，由中國移動、華為、小米等自研操作系統(tǒng)的企業(yè)牽頭，組建自主產業(yè)聯(lián)盟，針對物聯(lián)網(wǎng)應用和系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展問題進行共同合作和研發(fā)，打造規(guī)模優(yōu)勢。注釋：①數(shù)據(jù)來源：BeyondTrust(國外知名安全公司)發(fā)布《2021年度微軟產品漏洞報告》。②部分企業(yè)信息來源于《工業(yè)和信息化部2021