来源:快科技
短视频的兴起,除了让平凡人多了一种记录生活的方式,也因为互联网的传播便利,让更多人分享快乐。
在抖音上,ID“灰太狼的羊”拥有近500万粉丝,视频获赞超3200万。
据天山网报道,这背后的Up主实际上是来自新疆巴音郭楞蒙古自治州尉犁县的一位00后(2001年出生)姑娘惠然。和清秀文静外表不相符的是,女孩可以8分钟宰杀一只羊,网友还隐私调侃送她外号“荒漠屠夫”。
报道称,惠然是2018年底从山东老家来父母身边,因为家里做养殖生意,有600多只羊,所以穿梭在塔河、戈壁、沙漠、草场、胡杨林间放羊也成了自己日常生活的一部分,并催生了拍摄短视频的想法,没想到正因为与宰羊、牧羊等有关的接地气内容,突然就火了。
她8月24日发布的一则干脆面召唤羊群的视频更是获得256万点赞,让互联网上更多人看到了这有趣的画面。
对此,一些网友表示,这些平凡生活的点滴真实温暖,不仅开阔了眼界,也让自己更加热爱生活,做自己平凡生活的英雄。
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责任编辑:万南
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近日,一名ID号叫@灰太狼的羊 的视频博主火了,这个博主是一个长相清秀的新疆小姑娘,出生于2001年,今年只有21岁,之所以走红,完全是因为她的外表和所做的事情形成了极大的反差,人称“荒漠屠夫”。
那么,在她的身上,究竟发生了什么样的故事呢?是什么样的机缘巧合,让这个长相清秀的小姑娘短短一天时间就涨粉百万呢?
今天就让我们走近这个奇女子。
这姑娘名叫惠然,是一个视频主播,在某音上目前拥有将近500万的粉丝,妥妥的小网红了,而当初的惠然怎么也想不到,这一切仅仅是和她开始放羊有关。
惠然的父母在新疆巴州尉犁县喀尔曲尕乡搞养殖,目前家中有600多只羊,惠然之前是在山东生活,在4年前,来到父母身边,帮家里放羊,新疆的瑰丽景色和风土人情深深吸引了她,于是她一边放羊一边记录自己的生活和所处的环境,以短视频的形式上传到网络上,渐渐有了粉丝和关注。
而最让她爆火的是她的一个视频内容是在八分钟之内,宰杀了一头羊,从外表看,惠然长相清纯,说话柔柔弱弱的,你很难将宰羊这样血腥的事和她扯上关系。
然而,正是这样的反差,让网友印象深刻,一个柔弱的小姑娘三下五除二就将一只活蹦乱跳的羊宰杀了,而且只用了八分钟。看过视频的网友纷纷表示:不要被她的外表骗了,她可是八分钟能宰一只羊的荒漠屠夫。
但其实,惠然表示其实自己很胆小,平时连一只鸡都不敢杀,但是从此以后,惠然的粉丝就一直蹭蹭蹭地往上涨。
大家也慢慢喜欢上了这个潇洒的“放羊女孩”,她和羊群的相处非常和谐,经常是一个人在大漠中,后面跟着一支庞大的羊群,有意思的是,她和羊群相处久了,她的羊竟然喜欢吃她带的零食——方便面。
经常是一包方便面就能将远处的羊群召唤过来,看着绵羊吃方便面的可爱模样,网友直呼可爱。
而惠然也有被羊群气哭的时候,在她发布的一则视频里面,惠然打扮清丽,眼中含泪,诉说自己被羊群欺负了,找了一个小时才找到跑偏的羊群,非常委屈,而这则视频也为她带来了1558.8万的点赞。有网友评论道:“用八分钟解决它就行了,不哭不哭!”简直是把“我很温柔的,八分钟宰一只羊”的梗玩出了新花样!
面对走红,当然也夹杂着质疑声,有人认为是摆拍,有人认为小姑娘不是放羊的,在作秀,而面对这些争议,惠然表示,29号晚上会进行直播,好好给大家唠唠。
就像很多网红最终的归途就是直播带货一样,相信在未来,惠然也会走相同的路,但是网友还是希望她能保持单纯,好好为大家带来更多优秀的短视频作品,让更多身处在格子间的“打工人”看到一个全然不同的“荒漠世界”。
各位网友,你关注过@灰太狼的羊的视频吗?你喜欢吗?对于小姑娘8分钟宰一只羊,你是怎么看待的呢?欢迎在评论区留言讨论吧。
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作者介绍
树欲静:90后自由撰稿人,热爱写作,愿望是通过写作实现经济独立。写作以来,在全网创作过百十篇10万+爆文,如果你也喜欢写作,或者你有精彩的故事,欢迎和我交个朋友~
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放羊
00后的孩子比90后的还猛,而且这么漂亮的小姐姐,居然敢宰羊,而且还是高手,我至今连鸡都没有杀过,看过她的抖音说连鸡都不敢杀,却能宰羊,这么神奇,之前一个玩蛇的,又来一个八分钟宰羊的,还都是这么可爱的女孩子。
加油最美网红牧羊女,为新疆旅游和经济作出更大贡献,推举你为新疆尉犁县经济旅游推广代言。
画面
网络力量强大,深山放羊的孩子,也能成明星,徒手劈瓜,关系抓蛇,沙漠屠夫,是抖音三大奇女子,还有之前的肩杠水泥妹。
一个女孩子几分钟就宰杀了一头羊,我想应该都是为了生存,想起了劳荣芝,自称很温柔善良胆小的。
画面
宰羊,其实对蒙古人来说,那不算个事儿,所以,外表温柔是一定的,内心温柔也是一定的,这长相看着很舒服,根了解,从菏泽到商丘周口一带是这种长相高频区域。
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涨粉五百万,新疆00后牧羊女孩惠然,用另一种方式,成为了网友关注的焦点。
在惠然个人社交平台的动态里,画面之中,总有着羊群的身影。这位有着甜美外表的00后女孩,早已经习惯了这样的生活。2018年,惠然从山东老家来到父母身边,开始帮着父母放羊。初次见到新疆,惠然便被这里独特的景色所吸引。去年年底,她开始在某短视频平台,不定期地上传着自己的日常生活。
河水、戈壁、胡杨,在惠然的视频里,有着新疆最美的瞬间。而真正让这个女孩走入公众视线,还是那段八分钟宰完一头羊的视频。近两年,富有新疆、蒙古等地特色的视频,开始走红网络。但在那些视频之中,主人公大都是体格健壮的牧民形象。像惠然这样年轻的女孩,很少出现。而配以她的外表,这样的反差萌,无疑引发了很多网友的关注。甚至有些网友为惠然,送上了“荒漠屠夫”这样的称谓。
事实上,自从这段视频爆火之后,一些牧民也纷纷加入挑战。但是8分钟宰完一头羊,对于那些经验十足的精壮男子,也不是一件易事。而除了光速宰羊这一绝活,惠然喂羊吃干脆面的镜头,也是另一个亮点。对此,惠然也表示,自己平日里都在和羊相处,所以小羊一般都和她比较亲近。
从一个普普通的牧羊女孩,到如今坐拥近五百万粉丝的网红,惠然坦承,走红来得有些猝不及防。而提及自己以后的生活,她表示,还是会继续和大家分享自己的日常生活,也希望让更多的人感受到新疆的魅力。
而在惠然走红之前,新疆的另一位网红阿里木,也同样赚足了关注度。这位凭借着“背景造假”而爆火的90后小哥,已经开始了为新疆产品做起了带货直播。而在惠然的动态之中,我们也能够看到两位网红的互动。接下来,这两位年轻人,也将通过更多的直播,将新疆的特产,带向全国。
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本文转载自:义柏资本
AR眼镜基于虚拟与现实空间融合的技术,使得信息传播从二维空间升级到三维空间,将打开无数平行的数字虚实世界。2021年以来,元宇宙概念大火,AR眼镜被视为元宇宙的入口,受到了科技公司的青睐,谷歌、Meta(前脸书)、苹果、OPPO、索尼、阿里巴巴、腾讯、小米等企业均加大AR眼镜投资规模。今年上半年,C端消费级AR眼镜走向大众,包括Rokid Air、影目Air、小米智能眼镜、雷鸟Air以及OPPO Air等新品频发,并逐步往体积更小、重量更轻、沉浸感更强的方向发展。义柏研究院认为,硬件技术的不断更替将使AR底层技术更加完备,随着光波导技术工艺的成熟与可量产化、MicroLED的成本持续下调以及芯片性能的不断提升,AR行业有望在未来2至4年内实现C端商业化的规模落地,成为打开元宇宙的钥匙。
01元宇宙浪潮:AR眼镜有望成为下一代计算平台
科技深度赋能,AR/VR为元宇宙世界的终端入口
当下,智能手机在内容平台建设、交互性、参与感、沉浸感等方面一定程度上已经进入创新瓶颈。虽然经历多年的发展和进化后,智能手机技术也在不断进化,出现了多点触控、指纹识别、面部识别、柔性屏等全新的科技元素,但都困于局部性的功能优化,并未产生当年如iPhone4一般对行业颠覆性的革新。用户依然只能在二维空间层面接受文字、图片、语音、视频等信息。
在此创新瓶颈的背景下,智能手机销量连年下滑,即便是作为现象级配件产品的Air Pods也被唱衰“创新难续”。近来亦被爆出苹果将2022年第二、三季度的AirPods订单削减超30%,预计全年减量超过1000万部。该危机感已经蔓延至整个消费电子产业链,一时间各大厂商寄希望于开辟业务增长的新曲线以此摆脱困境,如进军造车浪潮、自研芯片、投资新能源等创新赛道。而当中更甚者如Apple、Meta、华为、OPPO、小米等时代巨头,他们统一将目光聚焦到了下一代计算平台——AR眼镜。
图:全球智能手机出货量与TWS耳机出货量增速下滑趋势明显
随着信息传播需求的升级及科学技术的突破创新,共同推动传播方式及传播内容的不断进化甚至革命性改变。很难相信,人们现在所热议并赋予无穷憧憬、无所不能的虚幻乌托邦——元宇宙,早在30年前就被尼奥·斯蒂文森(Neal Stephenson)撰写在科幻小说《雪崩(Snow Crash)》中。虽然直到现在,元宇宙的概念仍然模糊,但能达成共识的是,元宇宙并不是简单的游戏主机革新,而是通过全新的生产力工具,从而构建出可“连接虚拟与现实”并“创造大量真实价值”的“去中心化”的世界。
不同于智能手机中信息的传播受制于屏幕的物理限制,AR眼镜虚拟与现实空间融合的技术将信息传播得以突破二维空间的枷锁,并往三维空间进军,进一步提升传播内容的信息密度与传播速度效率,改变用户与媒介信息的交互模式,使信息传播更具感官刺激性,加深信息传播过程中的感知深度与整体沉浸感。
图:交互技术升级与平台迭代
AR产业当前已走出泡沫破灭低谷期,生态不断完善
1968年至21世纪:美国计算机图形学之父 Ivan Sutherlan 组织开发首个计算机图形驱动的头盔显示器及头部追踪系统,AR新技术被提出并开始逐步进入大众视野。
2012年至2015年:2012年从谷歌发布Google Glass起,各大初创企业与移动互联网巨头开始仓促进入AR 领域,意图抓住新的增长点以占领先机,AR设备大量涌现。Facebook、微软先后进入AR领域,Sony、三星、HTC 等多家大厂也推出相关硬件产品。
2015年至2016年:AR市场热度达到高点,谷歌以5亿美元投资Magic Leap,Microsoft推出面向垂直行业市场的AR 终端Hololens。
2016年至2021年:受限于网络、硬件及内容生态等环节瓶颈均未突破,资本市场热度下降、收紧投资,VR/AR 行业进入寒冬期。市场中缺乏竞争力的企业失去资本造血,留存企业积蓄力量、韬光养晦。
2021年以来:国内外巨头亦不再隐藏他们在AR技术上的野心,并伴随一系列的投资、收购等动作。与此同时,到了今年开局以来消费级AR眼镜的创业公司似雨后春笋般地冒了出来,当中不乏来自国内外大厂里负责AR相关项目的高管团队,不管是团队质量还是为此所做的准备都明显更胜于之前几波浪潮。一时间,整个消费级AR眼镜赛道呈现出前所未有的各大厂商“诸侯争霸”的局面,可以预见2022年或将成为消费级AR眼镜元年。
图:AR行业发展历史
AR行业B端进展迅速,C端应用场景广阔
从当下的应用场景来看,VR目前在C端垂直领域先行,游戏、视频、教育等承担了当前的虚拟显示技术的主要应用场景,而AR不仅承接了娱乐功能,在B端如工业、安防、医疗、教育等场景同样发挥重要作用。在物联网中结合AR技术,可以实现生产和物流的可视化管控;在设备维检中增加AR技术,可以3D还原及操作步骤提示;在医疗图像上,AR技术能实现从二维到三维,从三维到可交互的转变,协助临床精准定位等。
同时,AR基于其与现实世界交互、轻量化、可移动的特点,将会拓宽至更多社交、工作、娱乐、生活等个人化应用场景,成为随时随地信息交流的平台与工具,应用场景的广度可等同于如今我们使用的智能手机。
图:AR行业应用场景与空间
硬件、软件、内容多管齐下,AR技术飞轮将启,C端落地成为现实
硬件作为场景应用落地的基石、生态开发者创造的平台及消费级市场普及的基础,从功能实现、技术指标和技术产业化角度,都对当中核心零组件提出了新的需求。硬件技术的不完备导致硬件对用户场景的制约,软件游戏、视频内容的发展都需要光学显示、传感器、芯片等共同支撑。
图:不同应用场景所对应的不同硬件参数要求
基于上图,C端场景较B端场景在产品体验与设计上有更高的要求与限制 ,所以义柏研究院认为AR消费级眼镜的理想硬件有以下关键几点:
1)亮度:室外入眼亮度>2000 nits,室内入眼亮度>500 nits
2)刷新率:>120Hz
3)视场角:>50°
4)分辨率:>1080P
5)功耗:显示+驱动板<1.5W
6)使用温度范围:0~40°C
7)使用寿命:>5000h
当下,AR硬件技术处于快速向终局方案迭代的阶段。预计2024年至2026年,大部分AR终端设备将降至500美元区间,符合C端消费者的心理价位并在C端市场实现广泛普及。
图:AR头显平均售价走低,出货量增长显著
图:预计2026年超六成AR头显价格降低至500美元以下
国内外巨头入局,元宇宙生态扬帆起航
元宇宙所代表的互联网应用新形态,通过AR三维交互与多种技术集成提供更沉浸式的感官体验,使得众多公司纷纷在该领域布局。仅是在2022年第一季度,全球获投融资的 VR/AR 企业就已经超 43 笔,其中超亿元的投融资就足足有 18 笔,最高单笔融资金额达22亿元人民币,融资总金额达到82亿元,相比2021 年第一季度的融资总金额42亿元,增长51%。
国外科技巨头基于平台、系统、生态先发制人,率先开启AR革命。海外大厂早在十年前就开始布局,并且在核心硬件零组件部分更是采取全方位的投资、收购等资本手段,不断收编AR技术团队与积累产业经验。国外巨头的技术储备与生态建设更趋于完善。根据 Apple 围绕 AR 的现有布局,ARKit、RealityKit、Reality Composer、Reality Converter的自身系统平台完整闭环生态雏形已现。国外巨头经过多年在AR/VR赛道的抢跑,各家大厂已进入到产品定义及量产倒计时的阶段。
图:国外大厂AR/VR投资并购全景图
国内互联网与手机厂商加速追赶,AR布局确定性强,为必争赛道。国内厂商从原先隔江观望到纷纷下场布局,其中产业投资在过去两年明显提速和加大力度。
图:国内大厂AR/VR投资并购全景图
02 AR为继智能手机最大的消费电子市场,技术迭代引领全新产品定义
AR的普及有赖于佩戴的便捷性和使用场景的丰富性。硬件部分包括光学方案、光引擎、芯片(主控芯片及协处理器)等零部件,其升级目标是提升佩戴舒适度和显示效果。
图:AR头显设备主要核心零部件
03 作为进化中的下一代智能终端,光学环节或贡献0-1增量
光学系统是AR眼镜整机价值量占比最高。根据莫尼塔测算,光学组件占1000美元级AR产品硬件成本的47%,其中光学系统又分为光学方案与光引擎两个部分。
AR技术需要使用者能够同时看到真实的外部世界场景和由计算机生成的虚拟影像并将二者进行一定程度上的融合,不仅要呈现二维或三维信息,更重要的是,要见现实所不可见,背后的核心亦是消费者最为关注的“沉浸感”与“真实感”。“真实感”即虚拟世界叠加在现实场景中,需要高透过率;而“沉浸感”即在足够大的视场角里面投射画面,并实现高对比度和优异的显示效果,需要高对比度、亮度和成像色彩。
所以,AR光学方案成为AR眼镜能在室内户外全天佩戴使用的关键因素。从产品的发展规律来看,光波导+MicroLED为AR终端未来趋势,两者结合有利于打造“小、轻、薄”的AR眼镜。
图:2019年至2021年光引擎与光学方案发展变化
光波导引领主流方向,几何光波导助力消费级AR眼镜快速落地
纵观AR眼镜光学方案发展历史,可以发掘光学方案的发展规律为:镜片越来越轻薄,色彩均匀性与对比度加强,对环境的感知也越来越清晰。早期的光学技术方案,存在一个原理性的技术矛盾,即伴随着视场角的扩大,会使镜片变厚、体积增大。另外,大部分光学方案的透光率比较低,无法看清现实画面,难以成为AR方案的理想技术。
图:AR头显设备矩阵图
光波导方案轻薄小巧、 透光度高、 视场角大、 显示效果好,有望将AR眼镜做成普通眼镜的大小和重量, 从而极大地提升用户的佩戴体验,是目前公认的终极光学显示方案。
短期来看,由于成本可控,工艺较为成熟,自由曲面/Birdbath仍会在C端AR市场占有一席之地。长期来看,光波导一旦突破量产瓶颈后,由于其轻薄性及显示效果优势,有望实现快速渗透。
图:光波导与其他光学方案参数对比
光波导技术根据不同的光学技术原理和加工工艺,分为衍射光波导和几何光波导,几何光波导也称为阵列光波导。
图:技术路径不断衍化,光波导成为新一代解决方案
衍射光波导又划分为表面浮雕光波导和体全息光波导。体全息光波导的工艺原理较为简单,用激光干涉曝光即可形成光栅结构,但由于业界无现成可用体全息的材料以及成熟的设备,因此在近些年发展较表面浮雕光波导较为缓慢。
而表面浮雕光波导无材料瓶颈,且天然可做二维扩瞳,目前被众多消费消费级AR眼镜厂商采用为原型机首选方案。但同时,目前该技术路径在量产层面同样碰到瓶颈:1)纳米压印方案中母版的制作技术仍主要掌握在国外厂商手里;2)纳米压印方案与半导体产业的生产逻辑相似,成本与量息息相关,当中无论是产线建设还是纳米压印设备的购置均需要大量资金和固定支出。而是否先投入巨额资金建设产能还是等下游市场先有大量需求后再投入,对于创业公司而言无疑是个“先有鸡还是先有蛋”的问题;3)表面浮雕衍射这个物理过程本身对于角度和波长的选择性导致了色散问题的存在(俗称彩虹效应:主要表现为FOV和动眼框内的颜色不均匀),导致呈现图像偏色/失真严重、光效过低(行业普遍0.3~0.8%光效,为AR光学方案中光效最低)。由于技术原理的缘故,表面浮雕光波导也会引发双面显示效应(正面漏光严重),若想要在C端落地,隐私保护将会成为重大挑战。这些问题仍然需要业内企业不断攻克和改善,目前全球范围内代表企业有Waveoptics、Dispeliex和国内的鲲游光电、至格科技等。
几何光波导从色彩饱和度、画面清晰度、产品功耗和量产成本等方面都占据优势,其通过几何阵列全反射原理实现图像的无损输出和画面画幅的扩大,光效超15%,因此几何光波导可搭配MicroOLED、LCoS率先实现落地与覆盖,并借助高清微显示技术可实现高亮度、色彩丰富、景深融合的全彩显示。
几何光波导的显示原理带来光学性能上的优势,但早期业内几何光波导厂商主要以一维扩瞳产品形态出货,光机体积过大,难于匹配消费者对于AR眼镜终极形态的心理画像。二维扩瞳光波导不仅对光学设计要求提高一个台阶,也在生产工艺上更为严苛。例如,传统一维扩瞳光波导仍能使用光学胶水进行波导间粘合,虽说良率会有所下降,但光学性能仍在可接受范围内。升级到二维扩瞳光波导,若想实现较佳的显示效果以及高光效,二维波导涉及到的波导贴合面高达20-30层,若在高数量贴合面的情况下使用胶粘,良率将直线下降并且整体光学效果也将因胶水而产生一系列连锁问题。因此,无胶键合式的波导贴合工艺,已经成为了各家几何波导厂商不得不面对以及需要攻克的技术难关。目前业内拥有该技术能力并用键合方式量产的主要有以色列的Lumus和国内的理湃光晶。
图:几何与面浮雕衍射光波导显示效果对比
MicroLED或为AR下游终端客户完美光引擎解决方案
由于可预见最终走向C端市场的AR眼镜需要具备轻薄、高透过率及高亮等特点,催生出对最终成像和光学指标极致的要求,对光引擎同样提出了明确和严苛的需求。目前,各大传统光引擎方案均存在一定程度的局限性,如:
MicroOLED(有机发光二极管)目前市场上主流的硅基 OLED产品亮度均小于 3000nits,若要搭载衍射光波导,与其要求数十 万nits 的要求相去甚远,难以应用于户外 AR 场景。
LCoS(硅基液晶)对比度低及色彩饱和度差,亮度虽能做到5000nits以上,搭载几何波导式AR眼镜能满足室内外佩戴,但仍然无法满足衍射波导的高亮需求。同时,LCoS的使用条件限制较多,在C端的规模化落地背景下劣势明显。
DLP(数字光处理)技术为TI垄断,一家独大,整体光引擎体积较大且由于制作工艺复杂,成本过高难以满足未来消费级的供货及价格需求。
LBS(激光束扫描仪)虽然能提供高亮的光源,但现阶段技术和生产工艺不成熟,缺少批量量产供应能力,整体处于早期研发阶段。
MicroLED由于像素单元低至微米量级,MicroLED显示产品具有多项性能指标优势。如MicroLED功率消耗量仅为OLED的50%,其亮度可达OLED的10倍,分辨率可达OLED的5倍,同时峰值亮度能做到百万尼特以上,被业界公认为终极显示方案,长期来看将成为AR光引擎的必然选择。
图:MicroLED与其他光引擎参数对比
MicroLED是LED的阵列的高密度集成,其阵列中的像素点间距为微米量级,不仅制造出来的设备更轻便、更省电、使用寿命更长,而且能达到超高密度的像素级别,色域广、成像分辨率极高。同时,由于MicroLED的每一个LED像素点都能够自发光,不需要借助背光,使得MicroLED的成像效果亮度更高、对比度更强,即“黑色更黑,白色更白”。最后,由于MicroLED光谱主波长度约为10nm的三基色光,此方案能够提供极高的色彩饱和度,让成像效果更鲜艳。目前全球范围内能提供量产产品的仅上海显耀显示(简称“JBD”)一家,包括了对角线0.13英寸、点间距2.5m的单色MicroLED芯片以及体积小于0.8cc的全彩光引擎。
LED行业遵循海兹定律,即LED产业每18-24个月亮度提升1倍,每10年输出流明提升20倍、成本降至原来的1/10。在海兹定律驱动下,LED的升级路径沿着成本下降、尺寸缩小以及发光效率提升的方向演进。MicroLED在海兹定律或实现快速成本下降,引领下一代技术发展,在AR领域成熟及实现商业化落地。
图:LED海兹定律
MicroLED根据制作工艺又分为巨量转移与混合集成(wafer bonding)两条路径。
巨量转移采用机械工艺,芯片精准度为0.5m,造成像素间距较大,仅适合大屏使用,无法满足AR设备小尺寸、高分辨率的需求,仅适用于小于1000PPI(像素密度单位)的大尺寸或中小尺寸场景。
混合集成技术无需对准而实现一次性键合焊接,转移后完成衬底剥离,精准度误差小于0.1m,助力MicroLED微显示的产业化发展走向高良率及高吞吐量,是目前如AR眼镜等需要超高PPI(5000~10000 PPI)微型显示场景的最佳实现路径。
图:巨量转移与混合集成技术对比
在MicroLED量产与商业化的进程中,红光的发光效率一直是业界的技术瓶颈。Micro LED走向大规模应用要求高良率和高光效的红绿蓝三基色MicroLED芯片。目前,绿光和蓝光的GaN材料体系已经成熟,即满足MicroLED制程开发的要求;但红光无法在基于GaN的材料上发光。业界通过加入铟制成InGaN材料以提升红光发光效率,但由于LED的发光效率会随着铟含量的增加而下降,致使目前InGaN基红光无论在亮度、红光波长以及光谱半波宽上都难以满足产业化要求。
针对这一情况,近日JBD宣布了其在红光器件的研发中取得了重大突破,坚持AlGaInP基红光MicroLED技术路线,通过持续深入研发,在材料生长和芯片技术研发两端同时发力,突破了红光尺寸效应瓶颈,在其推出的0.13英寸红光芯片中,像素尺寸仅4微米,MicroLED发光点仅2微米,可轻松加载微安级的驱动电流,红光亮度高达50万尼特,刷新了其既往保持的亮度世界记录。
图:典型的AlGaInP LED电致发光光谱,半波宽~15nm
从需求端看,AR眼镜的功能已从简单的信息提示、远程协作逐步拓展到生活娱乐等方面,故彩色化方案已成为C端落地刚性需求;从供给端看,随着JBD等代表企业在单色MicroLED显示技术的迭代,单色MicroLED显示芯片已突破量产瓶颈,并实现成本指数级下降,单色MicroLED芯片的工艺成熟外加如红光方案上的突破,将为MicroLED彩色化进程奠定坚实基础。
彩色化方案分为模组间全彩与芯片级全彩。模组间全彩即模组间合光方案,指将三个红、绿、蓝三色的MicroLED阵列分别封装在三块封装板上,并连接一块控制板与一个三色棱镜,通过光学棱镜(Trichroic Prism)将RGB三色MicroLED合成全彩色显示。该方案能将三色RGB芯片发光效率与显示效果最大化,且发光效率稳定,JBD彩色化光引擎体积仅1cc,搭配光波导可实现>1500nits 入眼亮度,为未来三年内唯一可满足下游客户需求并实现量产的MicroLED全彩方案。据了解,目前市面上发布全彩MicroLED AR眼镜的主流厂商皆采用该方案。
芯片级全彩分为:a) 三色RGB巨量转移;b) 三色RGB堆叠;c) 量子点转色。三色RGB巨量转移与三色RGB堆叠需要产线配合,即不仅LED芯片设计,且设备、材料端均需要突破并结合产线与供应商一起共同研发。
巨量转移指蓝、绿、红三种不同的芯片通过三次巨量转移,转移到驱动电路上,实现彩色化,该方案不适用于MicroLED微显示芯片(<10μm,PPI >5000),目前仅限大屏使用(PPI < 500)。
三色RGB堆叠指的是将基于不同无机III-V族单晶半导体结构的薄膜式microLED RGB阵列,异质集成,形成堆叠结构。与传统并排放置的RGB器件结构相比,在同等器件尺寸下,堆叠结构比并排结构可将显示分辨率提升三倍,不仅提高了器件的发光性能,也降低了制备过程中对加工精度的要求。
量子点转色(QDCC)主要依赖量子点材料来实现,通过高能蓝光或紫外光激发量子点材料发出不同颜色的光。可实现高效率的能量转化,避开RGB三色巨量转移技术下良率低与成本高的痛点并且能够解决MicroLED小尺寸红光发光亮度低的问题。量子点材料目前已经广泛应用于电视、电脑等中大尺寸屏幕市场并处于快速向中小屏幕渗透的阶段,以低成本的方式实现更宽广色域显示以及更精准色彩控制。但是,量子点在中大屏与微显示上的使用方式、材料要求与技术成熟度存在差异,因此量子点虽已在中大屏上开始商业化落地,但在微型显示上量子点材料依然存在蓝光吸收性弱以及强蓝光、高温高湿条件下核/壳结构不稳定等问题。MicroLED像素点间距为微米级,若量子点膜层偏薄蓝光吸收力会降低因此会造成漏蓝光的问题;若量子点膜层增厚,则容易因像素距离过近而产生光串扰问题。
因此,仅有具备核心上游原材料研发制备能力的企业能从源头上对量子点色转方案所需求的量子点材料的组分和形貌调节、结构设计进行调控再结合原位光刻技术等来适配MicroLED微显示技术。目前,全球具备量子点量产标准的厂家主要有国外的Nanosys、三星(Hansol Chemical)以及国内的纳晶科技、福纳科技。
图:MicroLED主流彩色化方案
04 芯片:高通独占鳌头,国产芯片崭露头角
目前,智能手机SOC芯片也掀起国产替代浪潮,各大厂商积极布局。随着瑞芯微、华为海思等厂家推出XR芯片,中国有望在AR设备中打造“中国芯”。
图:国内大厂手机芯片规划
元宇宙的建设需要庞大的算力,由于AR终端设备需要面对全新的应用场景,要满足日常佩戴对重量的要求,大部分算力将转移至云端,又要打造极致的交互体验,对传感器的种类、数量以及海量数据的处理都有较高要求。在AR的应用中,芯片与处理器需要具备处理复杂3D场景渲染和精确定位等人工智能特性。如何在保证性能的情况下将数据处理和数据转移的功耗进一步降低是目前AR芯片所面临的挑战。
不同于电脑与手机芯片,可穿戴设备对芯片有更高的集成需求,既需要具备CPU、GPU、基带、蓝牙、WiFi等通用功能,又需要处理大量AR场景的运算,为AR专用芯片的发展提供有利契机。传闻已久的苹果 AR / VR 头显设备将搭载 M2芯片的衍生版本,外加一颗协同处理器 Bora 芯片。专用芯片可以强化AR/VR的图像/视频沉浸体验,并为AR传感技术提供更稳定的算力支撑,在AR终端设备中为一种可行方案。
图:XR芯片主要玩家与产品
05 总结
尽管AR行业尚处于较为早期的爆发节点,义柏研究院认为,随着光波导技术工艺的成熟与可量产化、MicroLED的成本持续下调以及芯片性能的不断提升,AR行业有望在未来2至4年内实现C端商业化的规模落地,将成为全新的交互智能终端并带来行业全新的商业模式与交互体验。
参考资料
1.徐峰.MicroLED显示技术发展概述[J].数字通信世界,2021(05):45-46.
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—完—
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来源:估值之家
作者: 估值之家
“缺芯”绝对是半导体行业跨入2021年时最热门的词汇。因为从2020年中至2021年底,供需一直严重失衡,引发了资本的疯狂涌入,全球半导体行业都在高景气周期中高歌猛进。
但随着芯片的产能持续扩大直至过剩,芯片周期可能又面临被资本强行反转的局面。2022年以来,半导体指数已经下跌了26.8%,37家半导体相关公司股价跌幅超过30%,半导体、芯片等相关ETF下跌超过25%,可谓冰火两重天。
半导体行业的芯片制造,主要包括芯片设计、晶圆制造和封装测试等三项主要工序。本次申请科创板上市的北京燕东微电子股份有限公司(以下简称燕东微或发行人),就是一家主营业务能够覆盖上述全部三项主要工序的半导体企业。
发行人本次拟发行不超过1.8亿股,募投40亿元资金,其75%用于建设12寸集成电路生产线项目,其余25%用于补充流动资金。
发行人本次申请上市,由中信建投证券担任保荐人,北京市大嘉律师事务所和大华会计师事务所分别担任上市法务和审计。
发行人选择的上市标准为“预计市值不低于人民币10亿元,最近两年净利润均为正且累计净利润不低于人民币5000万元;或者预计市值不低于人民币10亿元,最近一年净利润为正且营业收入不低于人民币1亿元”。
然而,发行人在报告期内2019年的净利润却大亏-1.76亿元,眼看严重背离上述上市标准而岌岌可危,但随后却戏剧般迅速扭亏为盈,2020年净利润实现净利0.25亿元,2021年净利和营收更是双双翻倍有余。
但估值之家却发现,发行人虽然纸面上净利和营收的异常大幅增长,但生产中耗用的直接材料却增长不大,即使结合产品涨价亦不足,有些产品的价格还有下跌,此外还与其他诸多客观数据严重不符,可信度并不高。
此外,发行人还存在大量关联交易、资金被实控人随意调用以及重要业务资质依赖实控人等方面,显示其独立性严重不足。
一、营收和利润的大幅异常增长,与诸多客观数据严重不符,可信度不高
招股书显示,发行人的主营业务包括产品与方案板块、制造与服务板块,前者为分立器件及模拟集成电路、特种集成电路及器件,后者为晶圆制造、封装测试。
报告期内,发行人的营收和利润均有大幅增长,2021年特别明显。具体请见下表。
特种集成电路及器件和晶圆制造是上述营收和利润增长的中流砥柱,封装测试反而在持续下跌,FC封测业务更是因连年亏损而被终止。具体请见下表。
①营收
②毛利
但是在特种集成电路及器件和晶圆制造的营收高增长背后,估值之家却发现与生产中耗用的直接材料增长严重背离,此外还与下述其他客观数据不符,因此营收高增长的可信度不高。
1、生产耗用的直接材料明显低于营收增长,叠加价格因素亦不符
发行人主营业务成本中的直接材料主要由硅片、管壳、芯片及封装加工费等构成。
但以营收增长最大的特种集成电路及器件为例,2019年实现3.55亿元营收,尚且耗用直接材料0.69亿元,然而2021年实现8.13亿元营收却只耗用0.59亿元直接材料,明显异常。具体请见下表。
直接材料涨幅和营收的差距过大,意味着营收增长如果真实,必须主要靠涨价实现,而非销量。
遗憾的是,由于发行人对特种集成电路及器件申请了豁免披露,无法得知其价格的具体变化,但从发行人仅为客户供应商列表中一员,依赖客户派单并很可能出现长时间无单的情况看,客户明显占据更大主动,议价能力更强。
同时,未见集成电路市场明显涨价的消息报导。所以,发行人在特种集成电路及器件上实现涨价40%-60%的可能性很小。
2、客户数量持续下降
伴随着营收节节攀升,发行人的客户数量却持续下降。
还是以发行人营收贡献最大的特种集成电路及器件为例,其客户数量反而随着营收增长而持续减少,这也明显异常。具体请见下表。
特种集成电路及器件:
虽然存在理论上的可能性,即存活下的客户分担了更多销售额而造成营收反超,但这种可能性同样不大。
3、远高于行业增长率且非因产品或技术优势
按全球半导体贸易统计组织数据,2020年行业平均增长率为6.78%,2021年会历史性地实现24.52%增长然后在2022年迅速减少到10.09%。具体请见下表。
同样,中国半导体行业协会统计的国内平均增长率,低于17%,比如2020年仅为14.3%。具体请见下表。
但发行人却在2021年实现了营收翻倍增长,明显高出国内行业平均增长率5倍,且营收金额高达20亿。且按后文分析,发行人产品或技术并未超越同行可比公司。所以营收翻倍增长明显异常,可信度较低。
4、收入季度分布严重背离可比公司规律,存在人为调节可能性
招股书显示,发行人第一季度的因素明显少于第四季度,2021年第四季度营收高达第一季度的2.53倍。具体请见下表。
但可比公司却均显示,各季度营收较为平衡,至少未见发行人如此大的悬殊。具体请见下表。
值得一提的是,半导体行业除了春节假期外,不存在其他明显导致季度差异的因素。据此,人为调节营收跨期,很可能是导致发行人一、四季度如此大悬殊的原因。
5、营收和员工数量的变动差异较大
招股书显示,发行人的员工结构中,生产人员占比超过55%,而且半导体行业同时属于资金密集型和劳动密集型,因此生产人员数量变化和产量、营收等变化关系密切。
由于发行人未披露生产人员的逐年变化,暂以全体员工的数量代替。随着发行人营收翻倍,员工数量反而在减少,两者差异明显。具体请见下表。
而且,员工的薪酬虽有增长,但明显低于营收增长,具体请见下表。
按半导体行业的熟练工人供不应求的状况,发行人减少了员工数量,却仅加薪10-15%,还要实现100%营收增长,又要马儿跑,又要马儿不吃草,可能性有多大?
6、芯片等原材料采购量下降,与营收增长不符
芯片是发行人最重要的生产原料,但是报告期内的采购数量,无论是按片还是按只计算,总体都有大幅下降。
比如芯片按片算,从期初的3.52万片下降到0.92万片,下降了-73.86%;按只算,则从期初的7856万只下降到3952万只,下降了-49.69%。无论哪种情况,都明显与营收翻倍增长严重不符。具体请见下表。
7、应收票据和应收账款高企,存货异常增长,为虚增销售挂账提供可能
招股书显示,报告期内,发行人的应收票据和应收账款高企,同时,存货也在持续大幅增长,具体请见下表。
发行人提到,其加强了应收账款催收,但却导致了应收票据连续以超过50%的增速增长,这是否换汤不换药?
另外,发行人在2021年实现了营收翻倍,增长额约10亿元,而同期应收票据和应收账款合计也历史性突破了10亿元,两者真的是巧合,还是部分销售收入实为虚增,通过应收挂账实现?
如果真是这样,发行人的应收账款周转率显著低于可比公司,就更容易理解了。具体请见下表。
此外,存货的连续大幅增长也有异常。比如,在2020年中期,芯片价格的大涨趋势即成为行业内共识,但发行人在当时仅增加原材料库存0.22亿元,反而在大涨以后的的高点2021年,补了近1.5亿元的高价原材料库存,显然非常不合理。有可能部分库存也存在虚增,所以即使显示高位补货,也伤害不到发行人的实际利益。
同样,发行人的存货周转率也始终低于可比公司,进一步佐证异常。具体请见下表。
综上,发行人营收异常翻倍增长,却与多项客观数据矛盾,可信度不高。而应收和存货的异常增长,进一步增加了营收虚增的可能性。发行人的真实营收如果下降,也会减少对费用摊销的承担,造成净利润更快地下降,甚至有可能不满足上市标准中的两年累计5000万利润底线。
二、大量关联交易,资金被实控人随意调用,重要业务资质依赖实控人,业务独立性严重不足
招股书显示,北京电控直接持有发行人4.2亿股的股份,控股41.26%。此外,北京电控通过下属单位电控产投、京东方创投、电子城分别间接持有发行人0.91%、9.14%和2.22%的股份,并通过一致行动人盐城高投及联芯一号等十家员工持股平台间接控制发行人4.44%和2.26%的股份,合计控制发行人60.23%的股份。
所以,北京电控是发行人的实控人。
但发行人与实控人及其子公司之间,存在大量关联交易,资金也被实控人随意调用,业务中的重要资质还依赖实控人的子公司提供,因此发行人的业务独立性严重不足。
1、存在大量关联交易
招股书显示,发行人与实控人及其子公司之间,存在大量关联交易,而且还有不断增长趋势。具体请见下表。
以2019年为例,1.25亿关联交易额已占到总营收的12%以上;同时,如果不是因为实控人的关系,上述关联交易还能否实现?(后文中对发行人的技术进行分析显示,其技术并未超越竞争对手)所以,发行人基于大量关联交易而对实控人产生了一定程度的依赖。
2、资金被实控人随意调用
除了大量关联交易,发行人居然还存在运营资金被实控人直接调用的情况,理由是“资金归集和托管”。
招股书显示,报告期内实控人北京电控通过资金集中方式托管发行人运营资金,2019年当年度实现上归资金9.54亿元,下拨资金11.29亿元。
同时,实控人归集资金给出的利率非常低,均按照北京电控全集团统一活期利率(不超过50万元资金按年化利率0.35%;超过50万元资金按协定存款利率年化1.1%)计息。
相反,发行人向实控人拆借资金,却必须按3.48%的较高利率付息。具体请见下表。
此外,发行人还存在长期借款和抵押贷款等利息更高的借款,利率基本按LPR上浮。
资金被实控人以归集的名义随意调用,已经损害了发行人的独立性,何况还在一来一去之间被赚了利息差。
3、重要业务资质依赖实控人
招股书显示,发行人子公司飞宇电路的集成电路相关业务,系剥离自实控人北京电控间接控制的飞宇电子。由于飞宇电路部分特种业务资质尚未取得,被迫依赖飞宇电子代签与客户的合同。同时,飞宇电路的一项商标也来自飞宇电子。
虽然招股书声称,飞宇电子基本按平进平出代理飞宇电路的业务,但值得注意的是,飞宇电子在2021年末对飞宇电路尚有应付账款2100多万元,理由是半年对账一次。
这样的对账时间是否过长,是否变相占用了发行人子公司的大额资金?
另外,2017年1月,飞宇电子出资设立全资子公司飞宇电路;2019年10月,实控人北京电控就将所持飞宇电路100%股权增资至发行人,而此时飞宇电子还尚未取得特种业务资质。
这样的转让,是否操之过急,是否公允?
三、部分产品工艺存在劣势,重要晶圆技术引进自国外,技术先进性可能不足
科创板非常重视申请企业的技术先进性,且有明确要求。
但发行人部分产品存在工艺上的劣势,重要晶圆技术引进自国外,封测业务尚未布局最先进技术,较多专利技术系继受取得和共有,且发明专利多产生于2016年前,因此技术先进性可能不足以达到科创板的严格要求。
1、分立器件与模拟集成电路产品存在工艺劣势
招股书显示,发行人的分立器件与模拟集成电路产品以双极工艺为主。但传统 的双极工艺与目前先进的MOS工艺相比,在功耗、饱和度、速度、输入阻抗、集成度等方面均具有劣势。而且双极工艺相较MOS工艺产品的应用领域相对较窄,市场容量较为有限,技术迭代较慢。
由此可见,由于工艺的劣势,发行人在产品与方案板块的技术先进性明显不足。
2、最先进晶圆产品的生产技术引进自国外非自有,且2023年将丧失排他性权利
在发行人的另一制造与服务板块,晶圆生产是发行人最重要的业务。在晶圆生产技术中,晶圆尺寸越大,在同一晶圆上可以生产的芯片数量也越多,因此技术难度和含金量也越高,目前12英寸晶圆是主流。
发行人目前生产的最大晶圆是8英寸,但其技术并非自主研发和自有,而是引进自马来西亚的SilTerra公司。
SilTerra公司成立于1995年,拥有20余年的8英寸线运营经验,是业内知名的代工企业,技术涵盖BCD、CMOS等;而发行人在8英寸线的建设方面恰恰缺乏成熟经验,因此双方一拍即合。
发行人通过引进技术,提升了建设效率缩短了周期,也保证了项目建设的进度并降低了风险,但非自有技术的排他性风险,也始终有如达摩克利斯之剑高悬头顶。
SilTerra公司虽然允许发行人永久使用上述技术,但仅承诺在发行人生产线建设完成后的3年内不将该技术再转让给中国境内的其他企业。
按照发行人2020年3月8英寸晶圆生产线投产的时间表,自2023年3月起,SilTerra公司即有权将同样技术转让给中国境内的其他企业。而按照正常商业逻辑,SilTerra公司只要有机会就一定会这样做。因此届时8英寸晶圆市场可能会充斥同类先进产品,给发行人带来经营压力和风险。
由于发行人生产的最先进晶圆产品已经落后于主流,且该技术非自主研发亦非自有,引进自国外虽可永久使用、却面临排他性权利丧失风险,因此技术先进性严重不足已颇为明显。
3、封测产品市场占有率极低,尚未布局最先进技术,为客户封测主要依赖外协
据中国半导体行业协会数据,2021年中国封装测试业销售额为2763亿元,龙头公司包括长电科技、通富微电和华天科技等,分列全球第三、第五和第六,营收高达305亿元、158亿元和121亿元。
但发行人的市场占有率仅0.03%,占比极低,营收也仅有0.81亿元。
不仅如此,虽然发行人掌握了封测技术中的多芯片粘片和多层线弧控制等技术,但与行业龙头相比,发行人尚未对最先进的3D封装、系统级封装、硅通孔封装、晶圆级封装和扇出型封装等封装技术进行布局,因此技术先进性也明显不足。
正因为如此,发行人目前为客户提供的封测服务,主要通过外协供应商的方式实施生产,所产出封装成品芯片占客供芯片的比例分别为97.18%、98.09%、96.89%。
4、较多专利技术来自继受取得或与第三方共有,报告期内专利数量明显减少
招股书显示,截止2022年2月底,发行人共拥有243项已授权专利,其中37项系自中科院微电子等外部继受取得,另有10项与第三方共有。
而在发行人所有专利中,有54项属于含金量最高的发明专利,其中50项为2016年以前申请,仅有2项系报告期内申请后获得。按照半导体行业技术的日新月异以及摩尔定律估算,发行人技术老化的风险非常大。
综上,发行人在技术先进性方面难以超越同行,甚至很可能处于劣势,很可能无法满足科创板上市要求。
四、销售和采购较为集中,均较大依赖前五大客户和供应商
招股书显示,报告期内,发行人前五大客户实现的收入占比分别为45.60%、 44.12%和40.13%,其中还包括发行人的实控人北京电控,但对发行人如何获取这些客户,以及上述销售产品的最终流向,均语焉不详。
同时,发行人材料供应商前五大采购金额占比分别为46.12%、56.89%和54.50%,主要涉及到采购硅片、外壳、芯片和封测服务等。
由上可见,发行人的销售和采购均过于集中,对前五大交易伙伴均存在较大依赖,未来业务可能受对方变化和牵制而产生较大波动,比如价格、数量和交期等。
不仅如此,发行人与一些供应商和销售客户还存在三角关系,为体外循环提供了可能。
比如主要通过报告期内新增的供应商正和兴采购芯片,而正和兴的实际控制人又是发行人经销商振华风光第二大股东。
五、研发费用中可能混入了生产成本,或导致超额加计扣除而不符合税法规定
发行人承认,其存在同时从事研发和非研发活动的人员,因此根据其实际工作内容合理区分研发费用和生产成本,将影响到加计扣除,乃至净利润。
但奇怪的是,发行人的研发费用中,年度燃料动力费突然从62万元,迅速翻N倍增长到3874万元,仿佛绣房蹦出个大马猴、研发实验室突然变成了车间工厂一样怪异。具体请见下表。
按常理推测,很有可能是少量研发和大量生产存在了混同,被错误地全部归集到研发,导致研发费用显著异常增长。折旧摊销费也有类似情况,从142万元累计增长11倍,达到1616万元。
按国家税务总局规定,制造业企业的研发费用,未形成无形资产的,自2021年1月1日起,在据实扣除的基础上,再按照实际发生额的100%在税前加计扣除。
据此,如果上述两项研发费用归集错误,就可能导致(3874-62+1616-142)*15%=793万元的企业所得税少缴,不仅虚增了净利润,还可能违反了税法规定。
六、全新封测设备免费给外协封测厂私用,2年后大幅折价卖与供应商,可能存在利益输送
招股书显示,发行人通过招投标方式,于2018年购入全新FC封测设备96台,不含税净价1.74亿元,并于同年5月6日将该设备运抵外协封测厂甬矽电子,经调试后,同年9月开始接受发行人的封测订单。
但在使用中,甬矽电子还将发行人的上述设备用于承接其他客户的订单(与发行人无关),且不向发行人支付费用,即免费私用。而发行人明知这一情况,也没有对设备被使用主张应得收益,仅以设备使用成本由甬矽电子承担而了事。这就与房子免费给对方居住、不收房租、仅要求对方承担水电费的情况类似,发行人明显是放弃了应得收益。
不仅如此,发行人还以自身的FC封测业务持续下滑和亏损为由,在上述全新设备仅运营2年零3个月后,就折价以1.35亿元全部卖给了甬矽电子,折价近三成。
然而,发行人自己也承认:国内半导体二手设备市场火热,同期二手封测设备也水涨船高;上述设备的实际使用寿命仍可达10年以上,且设备使用价值并未显著下降;新设备交付周期显著拉长,甬矽电子购买该批设备可迅速形成产能,节省时间成本。
但遗憾的是,无论市场行业、设备状况以及议价形势对自身多么有利,发行人依然将上述设备以低价折让给了甬矽电子。种种疑云下,发行人与甬矽电子是否存在利益输送?
七、未来盈利将面临重大挑战
1、芯片行业过热后出现产能过剩
如本文开头所述,随着资本的过度疯狂,芯片的产能持续扩大直至过剩,芯片周期很可能面临反转。自2022年以来,各类半导体指数持续下跌,芯片类初创企业的死亡讣告也频频见报。不少专家预计,2023年供过于求的情况将继续恶化。
发行人的相关产品的最大用途是消费电子。但从2022年上半年的终端市场需求情况来看,消费电子需求明显疲软,已进入去库存阶段。
随着芯片产能不断过剩,发行人与芯片相关的各项业务也必然面临池鱼之祸,届时无论集成电路、晶圆还是封测,营收和盈利都可能面临重大不利。
2、从马来西亚SilTerra公司引进的晶圆技术,2023年3月起丧失排他性
如前述,发行人目前最先进的8英寸晶圆生产技术引进自马来西亚SilTerra公司,但自2023年3月起丧失排他性权利,未来可能面临国内竞争对手同类产品的重大挑战,这里不再赘述。
由于8英寸晶圆的营收和利润对发行人至关重要,未来可能因此对盈利造成重大不利。
另据最新消息,半导体行业从供需关系看,价格可能将暴跌80%而进入至暗时刻。以报导的美国的德州仪器为例,其一种电源管理芯片,在2021年5月份单价涨到了45元每颗,如今却已降到了仅五、六元每颗。
发行人此时选择申请上市,无论之前2021年的纸面数据曾经多么漂亮,即将到来的行业至暗时刻却是绕不开的坎。
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在疫情的大环境下,数字化、移动化的远程办公更方便。而在此情境下,移动办公平台的使用率有了一定的增长。本文通过分析钉钉和钉钉APP的相关竞品,了解用户的需求与痛点、行业APP基础的功能等,希望对你有所帮助。
一、项目的描述
1. 竞品分析描述
通过分析钉钉的市场和用户,了解用户的需求,挖掘用户的痛点,衍生产品的核心功能;分析钉钉APP的相关竞品,通过直接竞品了解行业APP基础的功能,通过重要竞品了解APP的特色功能。2. 产品测试环境
二、行业分析
1. 行业的整体规模、未来的发展空间分析
(1)行业的背景
企业服务市场潜力巨大,产品的强专业性和服务的可持续性是移动办公平台成功的关键。中国工商总局数据显示,2016年全国各类市场主体8705.4万户,同比增长12.4%。全年新登记企业552.8万户,平均每天新登记企业达1.51万户。可以见得,移动办公平台的存量和增量市场都非常具有潜力。
图 1.1 移动办公的相关政策(数据来源:艾瑞咨询)
从图1.1可以们可以得出:政策提出“大众创业,万众创新”,互联网+的大力支持,提出不断深化改革。有政策这股风支持,飞得更快。但创业需要成本,成本是每一个团队都要考虑的生存问题,既能解决问题提高效率,又能节省成本,那就要着眼移动互联网了。
图 1.2市场对比和发展逻辑(数据来源:艾瑞咨询)
图 1.3中国实有各类主场主体数量及增长情况(数据来源:艾瑞咨询)
从图1.2和图1.3综合来看,我们可以知道劳动力成本高、行业竞争加剧等因素对企业的运营管理提出新的要求,数字化转型已然是大势所趋。根据CNNIC数据,2016年中国企业使用计算机和互联网的比例已经达到99.0%和95.6%。
随着云计算、大数据等行业的兴起,云服务正在成为实现数字化转型的重要路径,助力企业数字化转型是移动办公平台发展的重要驱动力。
在疫情的大环境下,很多中小微企业不具备抵御长期风险的能力,更不具备大型企业的组织力。工作一旦停滞,对他们来说是致命的,对员工的生计也会造成影响,因此远程办公成了必然的趋势。
数字化、移动化的远程办公不仅可以减少面对面接触,而且能够在一定程度上阻隔传染源,在提升沟通效率的同时,保护所有人员的健康安全。疫情当前,“少出门,不聚集”是一大要点,采用远程办公,办公地点不再是个问题。
降低传染风险的同时,也保障了企业正常运营。长远角度来看,远程办公超越了时间、空间的限制。首先,如果长期居家办公,可以极大降低企业办公环境的租金成本;其次,伴随着5G时代的到来,在信息交流高速通畅的环境下,企业可以不限地理因素更灵活地去网罗优质人才。
图 1.4中国在线办公使用率(数据来源:前瞻产业研究院)
图 1.5 2020.6-2021.6中国在线办公用户规模(数据来源:前瞻产业研究院)
通过图1.4和图1.5我们可以得到,在疫情的情况下,人们线上的办公的使用频率2020.6-2021.6使用频率从21.20%上升到37.70%,增长了大概15个百分点;在线办公的用户规模也从19908万人增加到38065万人。通过上述的数据显示,我们可以知道线上办公是一个非常具有潜力发展的行业,未来前景较好。
2. 行业的前世今生
图 1.6综合移动办公平台的发展史(数据来源:艾瑞数据)
随着信息化技术的发展、企业精细化管理和高频移动办公需求的产生,最初的基础办公工具和流程化的传统管理软件走向移动化,同时逐步克服了需要在多个系统和应用间切换、以处理不同业务需求的问题,向整合组织信息资源、增强企业办公效能的一体化、集成化系统转变,综合移动办公平台逐步成型。
同时,通用型产品由于难以满足企业个性化需求,也常以开放平台的方式引入第三方服务商,以丰富其产品功能。未来,综合移动办公平台厂商或将叠加实施服务和配套硬件、向产业链上下游延伸,同时继续跨越日常办公的范畴、向业务端拓展。
图 1.7中美综合移动办公市场及产品的差异原理(数据来源:艾瑞数据)
中美综合移动办公平台产品及发展路径存在诸多差异。从产品上看,美国市场代表性产品如Slack、Teams在产品定位.生态模式、获客方式上都与中国产品有所不同,主要由社会习惯、企业需求及开放程度的差异导致。
3. 行业的产业链、上下游供应商
图 1.8线上办公的行业产业链
数据来源:中商产业院
从云办公产业链来看,其主要包括基础层和应用层。基础层为上游,提供基础资源服务,包括IDC、服务器、网络以及终端等硬件设施。应用层按功能类别可分为音视频会议、任务管理、文档管理、综合协作和云存储五大类。
(1)基础层
云服务持续扩容,带动IDC、服务器等需求提升。
光环新网、宝信软件、数据港、科华恒盛、万国数据、世纪互联等IDC企业的底层资源需求将会上升;浪潮信息和中科曙光等企业的服务器业务需求有望边际改善;随着远程会议系统渗透率逐步提升,视源股份、鸿合科技等企业的会议交互智能平板有望保持快速增长;服务器需求提升叠加内存升级双轮将驱动澜起科技所在的内存接口芯片行业加速成长。(2)应用层
产品丰富,多形态呈现。远程办公主要有五大类应用产品,包括:综合协作类、音视频会议类、文档协作类、任务管理、云存储。
协同办公有望无缝承接客户远程办公需求,在线文档企业的相关产品渗透率有望提升,以金山办公、泛微网络、致远互联、金蝶国际、浪潮国际、中国软件国际等为代表的企业深耕协同办公领域多年,具备丰富的企业管理软件经验;音视频会议是远程办公主力产品,二六三、会畅通讯、亿联网络、苏州科达、齐心集团等音视频会议系统需求有望步入快速发展期;综合协作是企业数字化转型的核心,疫情为腾讯控股、阿里巴巴、字节跳动等互联网公司b端协同产品提供了低成本获取增量用户的红利。4. 行业整体的人才结构分布
图 1.9行业整体的人才结构分布(数据来源:艾瑞数据)
过去,办公平台主要帮助企业实现由上至下的层级式管理,以制度和业务流程为中心。随着人在组织中的价值不断提高,提高人的办公体验对于企业的增益效果越来越明显。
人工智能、大数据和低代码等技术使办公平台的功能更加精细化,企业协同办公能力大幅增强,助力企业实现以人为中心的企业管理,进一步释放人在企业中的价值。
智能化办公、即时通信使得员工能够使用方便实用的自助服务以及做到系统中与上级、同事的随时交流;对于公司管理层来说,可以更便利地跟踪项目进度、绩效指标以及随时查阅各项报表;CRM在系统中的集成,使得企业客户和供应商与企业间的信息传递、业务开展更加精准迅速;办公平台还提供与异构系统的集成以及与生态合作伙伴拓展新生态和新应用,在生态层面助力合作伙伴体验升级。
5. 企业的盈利模式分析
(1)钉钉
盈利模式:
目前主要有增值服务、配套硬件设备销售、知识付费、第三方服务抽佣等方式盈利,有电话会议、电话/短信Ding的余额充值套餐、钉盘扩容套餐、安全密盾等,主要的增值服务是集中于深度使用协作办公,诸如打卡,视频会议,课程直播,培训,云存储等有更高要求再收取费用;除了软件上的功能服务,还有配套的硬件设备销售,特别是会议投影仪和打卡机等;钉钉自身拥有庞大的ISV第三方软件服务提供商,企业如果有在细分领域更高要求的服务需求,可以购买第三方软件服务商的产品,推测钉钉也会在此交易中抽取一定的费用贡献盈利。另外在内容上构建了商学院进行知识付费。其实整个企业协同办公领域都还没有开始正式盈利,目前仍在打造完善各自产品的阶段。
(2)腾讯会议
腾讯会议目前推出了3个版本的收费标准。
图 1.10版本功能介绍(数据来源:百度)
大家常用的是个人版,对于简单的创建会议与参加他人组织的会议会议完全足够,疫情期间腾讯会议个人版对会议时长无限制,参会人数300人以内,这在一定程度上培养了用户使用习惯;大部分用户都会为自己的同事朋友安利这款软件,客户基本都在使用腾讯会议免费版,与个人微信集成,小程序直接使用也为其积累了大量人气。
相对于个人版,商业版/企业版做了更多增值的服务,最直接的就是1080P高清视频体验;在会议管控上,针对参会人数也做了大型会议支持(500、1000、2000),也增加了同声传译功能,增加了更多的会议布局模式以及开启会议直播功能。
企业版的能力,核心的服务增加了4个:API与SDK、会议室连接器、腾讯会议Rooms、企业账号系统集成——这四项也是一个企业比较刚需的问题。
图 1.11腾讯配置付费(数据来源:百度)
从图中可以看出,腾讯会议的收费主要根据用户选择的会议室方数、使用时长、虚拟会议室数量三个指标进行收费,这种收费方式也是大多数视频会议软件的收费模式;按照企业版一年收费的标准,折合一个账号不到20元/天,整体算下来不算太贵。
6. 行业的宏观分析(PEST)
(1) 政治(Politics)
图 2.1 移动办公的相关政策(数据来源:艾瑞咨询)
从图2.1可以们可以得出:政策提出“大众创业,万众创新”,互联网+的大力支持,提出不断深化改革。有政策这股风支持,飞得更快。但创业需要成本,成本是每一个团队都要考虑的生存问题,既能解决问题提高效率,又能节省成本,那就要着眼移动互联网了。
(2) 经济(Economic)
图 2.2 2015-2024年全球互联网通信云市场规模及预测(数据来源:艾瑞数据)
根据图2.2的数据可知聚焦PaaS层的互联网通信云服务,2020年全球市场规模达到40亿美元,受疫情影响在线直播、短视频、互动直播、视频会议等需求侧迎来爆发,2020年全球互联网通信云增速持续提升达到62.6%。
中国企业数字化转型加速,对新消费、新互动接受度增加,市场规模仍保持领先地位,2020年中国市场占全球市场的比例为54.7%,较2019年增加3.0pct。2021年以来,新冠疫情的影响持续刺激市场需求侧增长,预计全年全球互联网通信云市场将实现59.2%的同比增长。
此外,基础设施的完善,叠加5G、物联网等技术的发展,全球互联网通信云市场将会迎来新的增长点,预计到2024年全球市场规模将达到182亿美元,且市场仍保持在40%以上的高速增长。
(3) 社会(Social)
图 2.3线上月独立设备的活跃数
数据来源:艾瑞咨询
2020年受新冠疫情影响,多数企业不得不采取远程居家办公的模式,其中存在的最大痛点就是员工分散全国各地,沟通、管理及文件传输的实时性均大打折扣,这则为综合移动办公平台的应用带来契机。
mUserTracker数据显示,综合移动办公平台App钉钉的月独立设备活跃数在疫情期间出现了爆发式增长。整体上,效率办公类App月独立设备活跃数最高峰时期超4亿,较2020年1月疫情初期的设备活跃数增长289.9%。
疫情在一方面不仅短期内催化了移动办公的需求增加,同时也在长期方面培养了用户对综合移动办公平台的使用惯性及依赖性。在未来,企业对综合移动办公的需求不断增加,也会不断驱使该领域产品及服务日益完善和优化,应用于更多办公场景。
(4) 技术(Technological)
图 2.4全球固定带宽网络速度和全球移动蜂窝网络速度(数据来源:艾瑞咨询)
根据图2.4的相关数据可以得到就全球固定宽带而言,2021年8月,其下载速度和上传速度分别达到110.2Mpbs和60.1Mpbs,与去年同期相比,均提高30%以上,且平均时延基本维持在20ms,整体呈下降趋势。
从全球移动蜂窝网络来看,在下载速度和时延两方面有了较大程度的改善,其下载速度与去年同期相比提升62.9%,时延基本维持在37ms,与去年同期相比降低了11.9%。
下载/上传速度提升、时延降低等极大提升了互联网通信的用户体验,在促进用户从传统短信、话音通信向互联网通信迁移的同时,也会激励互联网通信玩法的拓展与体验的升级。
图 2.4全球互联网用户规模的渗透率和4G及以上蜂窝网络覆盖率(数据来源:艾瑞咨询)
根据图2.4的全球互联网用户规模的渗透率和全球4G及以上的移动蜂窝网络覆盖人口规模及覆盖率可知2020年全球互联网用户规模达到45.9亿人, 发达国家增长趋于平稳,但发展中国家过去5年间的年复合增长率仍能达到8.7%,还有很大的增长空间。
从全球互联网来看,2020年发展中国家用户规模达到34.6亿人,相比于2015年渗透率提高了19.6%;从移动互联网来看,2020年全球4G及以上移动蜂窝网络覆盖人口达到53.4亿人,渗透率为82.4%。相比于发达国家互联网渗透接近饱和,发展中国家互联网和移动互联网覆盖用户的增加是互联网通信云市场的增量空间。
三、用户分析以及行为分析
1. 人群画像
图 3.1钉钉、飞书、腾讯会议使用人群的地域分布(数据来源:百度指数)
由图3.1可知,线上的办公APP,类似钉钉、飞书、腾讯会议大多数居住在一二线城市,因为一二线城市的互联网的发展更加完善,再加上疫情的原因,许多的人选择线上办公。
图 3.2钉钉、飞书、腾讯会议使用人群的年龄分布柱状图(数据来源:百度指数)
由图3.2可知,一般使用线上办公软件的年龄段处于20-40岁之间,在此年龄段的人大多数是学生或者正处于事业打拼的时期,因此使用线上办公的频数会更多。
图 3.3钉钉、飞书、腾讯会议使用人群的性别柱状图(数据来源:百度指数)
根据图3.可知,对于线上办公软件的使用,男女比例大概处于4:6的范围,由此可知男性对于办公软件的次数会更多一些。
总结:综上所述,对于线上办公软件的使用人群大多数是处于一二线城市,年龄处于20-40岁的人群,其中男性偏多。
2. 用户场景画像
四、用户体验的五要素
1. 战略层
2. 范围层
3. 结构层
(1)钉钉的产品结构图
(2)飞书的产品结构图
(3)腾讯会议的产品结构图
4. 框架层
飞书、钉钉、腾讯会议都采用标签导航,飞书、钉钉有5个tab,而腾讯会议有4个,钉钉以往第二个tab放的是“Ding”这个特色功能,现在“Ding”被移到右上角,取而代之的是“协作”,也可以看出其后续将在协同领域发力。
钉钉跟飞书消息页面顶部还有几个消息分类的入口,由于底部导航的数目限制,一般tab不会超过5个,重要功能就只能采用诸如顶部标签作为入口。架构是产品对于需求和数据的分类整合,随着后期产品功能的增多,导航栏还会被重新整合。
而飞书的导航设计非常清晰,界面也相对整洁,核心功能一目了然。这得益于其优秀且果断的信息分层策略。所展示出来的都是最高频、高效的功能,其他低频功能被收起。
飞书和钉钉的“我的”都采用侧边栏的形式,点击左上角头像推出侧边栏。使得界面更加整洁。
5. 表现层
钉钉的表现层:在产品配色上以白色为主,搭配钉钉蓝,营造一种简约商务的感觉,页面中通过广告轮播作为引导和信息的传递,增加用户流量点击的可能性。钉钉在舵式标签栏的基础上叠加了单一的二三级导航分类,多数采用底部导航的形式,容易产生混乱。钉钉小红点巨多无比,对于员工来说,精力分散较为严重,让用户无法专注,对强迫症用户困扰极大,消息提示的内容涵盖所有,包括各类广告、简介、推送等。
飞书的表现层:主要色调以大量的白色为主,下方通过五个ICON 进行相关功能的陈列。上方将消息进行细分,方便用户能够更加快速的找到要处理的内容,提供了组织架构和直接搜索的两种方式进行消息的筛选。
腾讯会议表现层:腾讯会议采用蓝色为主色调,给人以商务、严肃方面的感觉,重点突出了产品的工作性属性。
总而言之:飞书、钉钉、腾讯会议都采用不同程度的蓝色和白色作为产品主色,蓝色和白色传递的简洁、沉稳的风格适合办公产品高效、严肃的格调。
不同的是,钉钉产品中类目众多,特别是工作台界面,由于工作台中应用数量众多,兼顾商业推广功能,整个界面显得有些繁杂。
飞书的缺省页和loading插图都采用扁平化的插图风格,让界面看起来清新整洁,符合年轻用户的审美。
五、竞品总结
钉钉主要面向以中小企业为主,涉及各个行业,从企业办公的需求角度出发,专注与专一工作,使得钉钉能够对比微信占据较大市场份额的首要原因。主要导航有消息、DING、工作、联系人、我的五个主要导航,使得企业用户能够清晰明了专注与自己的工作,排除生活等信息对于工作的干扰,提高工作的效率。
综合来说,钉钉在企业办公这一方面做的还是非常成功,剥离生活与工作的混合,使得用户能够专注于工作这一件事,让工作更有效率,也间接让中小企业的发展提供了有利的帮助。
腾讯会议依托自己强大的技术实力,快速发展了自己的业务形态,同时产品定位非常明确,坚持SaaS软件发展模式,持续打造通用化、行业化的产品特性;依靠自己强大的品牌背书以及疫情等发展机遇,快速崛起;通过自身能力拉通各类硬件品牌,整合硬件资源,然后赋能给各个行业。
本文由 @PM沐沐 原创发布于人人都是产品经理,未经许可,禁止转载
题图来自Unsplash,基于 CC0 协议
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消防安全不容忽视这些消防安全知识一定要牢记于心哦
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01防火安全提醒(一)不乱扔未熄灭的烟头和其它火种,不躺在床上或沙发上吸烟,尤其是在酒后或疲劳时。(二)教育小孩子不要玩火,并将打火机等物品放在小孩子不容易拿到的地方。(四)在家中使用电烫斗、电吹风等家用电热器具时人切勿离开。(五)请勿在楼道、小院堆放杂物,以免引发火灾及堵塞消防通道。02用电安全防范(一)不乱接电源,不超负荷用电,不得安装不合规格 的保险丝、保险片。(二)经常检查电气线路、配电设施、电源插头,发现松动和发热要及时更换和紧固。(三)电器设施起火,及时拉下电闸切断电源,用湿棉被封闭窒息灭火。(四)出远门时请检查有无关闭家中所有电源,充电器长期蓄热易引发火灾。03燃气安全防范(一)使用燃气炉时,要随时有人看管。(二)不得擅自拆改、安装燃气设施和用具。经常检查燃气灶具及管道。(三)发现燃气泄露,立即打开门窗,关闭燃气开关,不要动火和电器开关,同时报告燃气部门。(四)油锅起火不能用水扑救,关闭阀门,盖上锅盖或用湿布覆盖,还可以放入切好的蔬菜。04火场逃生十要诀1. 熟悉环境,牢记出口;2. 保持镇静,迅速疏散;3. 正确引导,有序疏散;4. 不入险地,不恋财物;5. 简易防护,蒙鼻匍匐;6. 善用通道,莫入电梯;7. 火已及身,切勿惊恐;8. 避难场所,固守待援;9. 发出信号,请求救援;10. 缓降逃生,滑绳自救。
来源:西安消防
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本文由融云技术团队分享,原题“互联网通信安全之端到端加密技术”,内容有较多修订和改动。
1、引言
在上篇《IM聊天系统安全手段之通信连接层加密技术》中,分享了关于通信连接层加密的相关技术和实践,包括在传输即时通信消息时启用 TLS 链路加密(保证消息在到达服务器前无法被窃听和篡改)、使用 CA 认证机制(杜绝中间人攻击)等。
本篇将围绕IM传输内容的安全问题,以实践为基础,为你分享即时通讯应用中的“端到端”加密技术。
2、系列文章
本文是IM通讯安全知识系列文章中的第11篇,此系列总目录如下:
《即时通讯安全篇(一):正确地理解和使用Android端加密算法》《即时通讯安全篇(二):探讨组合加密算法在IM中的应用》《即时通讯安全篇(三):常用加解密算法与通讯安全讲解》《即时通讯安全篇(四):实例分析Android中密钥硬编码的风险》《即时通讯安全篇(五):对称加密技术在Android平台上的应用实践》《即时通讯安全篇(六):非对称加密技术的原理与应用实践》《即时通讯安全篇(七):如果这样来理解HTTPS原理,一篇就够了》《即时通讯安全篇(八):你知道,HTTPS用的是对称加密还是非对称加密?》《即时通讯安全篇(九):为什么要用HTTPS?深入浅出,探密短连接的安全性》《即时通讯安全篇(十):IM聊天系统安全手段之通信连接层加密技术》《即时通讯安全篇(十一):IM聊天系统安全手段之传输内容端到端加密技术》(* 本文)
3、为什么需要端到端加密?
上篇中提到的连接层加密技术,这是提升IM客户端到服务器之间数据传输的安全性手段,但是这并不能解决用户间的通信隐私性以及安全性风险。
因为在将数据传输到服务器之后,所有有权访问此服务器的人,包括员工、供应商及其他有关人员(甚至黑客),都有可能读取到用户的数据。
有鉴于此,端到端加密技术在即时通讯IM领域被广泛应用,包括WhatsApp、Signal、Telegram 等国外即时通信软件中都有使用。
PS:有关端到端加密的基础知识,可以从这两篇里得到,建议详读:
《移动端安全通信的利器——端到端加密(E2EE)技术详解》《简述实时音视频聊天中端到端加密(E2EE)的工作原理》
4、端到端加密的技术设计思路
4.1 简化版思路
说到端到端加密,我们首先想到的解决方案是:在发送端发送消息前对整个消息进行加密,接收端接收到消息后进行解密。
如上这样:消息中转服务器就无法获取我们的消息内容了。
事实上:这确实是端到端加密中消息收发的简化版解决方案,只是我们在实际应用中要更加复杂,效果也更加安全。
4.2 如何安全地传递用于消息加解密的密钥
对于端到端加密,我们需要先解决的前置安全问题是:如何安全地传递用于消息加解密的密钥。
答案是:用非对称加密的方式传输密钥(与 SSL / TLS 中安全交换密钥的方式类似)。
非对称加密传输对称加密密钥的算法,一般归结两种方式:
1)一种是以 RSA、ECC 等为主(公钥加密私钥解密的方式,本质是加解密的算法);2)另一种是以 DH、ECDH 为主的生成共享密钥的方式(本质是通过计算协商一个共同的密钥而不是加解密算法)。
实际上:大部分即时通信软件中的端到端加密都采用生成共享密钥的方式来传输会话密钥。这是为什么呢?
这就涉及到 DH 算法(即 Diffie-Hellman 密钥交换算法),关于DH算法的资料,有兴趣可以详读《Diffie-Hellman密钥协商算法》,限于篇幅,这里不专门讨论。
Diffie-Hellman 密钥交换算法的安全性依赖于这样一个事实:虽然计算以一个素数为模的指数相对容易,但计算离散对数却很困难。对于大的素数,计算出离散对数几乎是不可能的。
这里简要描述一下 DH 共享密钥的过程如下:
(其中“密钥 S”即为最终的共享密钥)
4.3 采用共享密钥的原因
端到端加密采用共享密钥的方式来传输会话密钥有如下几个原因:
1)如果采用 RSA、ECC 等公钥加密私钥解密的方式传输密钥,需要在创建会话时生成临时密钥,并通过对方公钥加密后传输到接收端。
这就需要完全保证消息的可靠性,如果该消息在任何一个环节中丢失或损坏,则后续通信都无法进行。或者,需要采用更为可靠的传输方案,通常做法为需要接收端在线,通过各种确认来保证这个可靠性。
而采用共享密钥的方式则只需要知道对方的公钥,就可以完成生成共享密钥,并不一定需要对方在线。
2)如果已经生成的临时对称密钥丢失,则需要重新协商密钥。而采用共享密钥的方式则只需要知道对方的公钥,就可以完成生成共享密钥,不需要重新协商。
3)采用公钥加密私钥解密的方式至少会比生成共享密钥方式多一次交换对称密钥的通信过程。
4)密钥协商方式,不仅仅可以完成两个点之间的密钥协商,还可以延展到多人之间的共同协商出相同的密钥,这样能满足多人群体沟通的需求。
5、端到端加密的初步实践方案
我们结合对于 DH 算法(即 Diffie-Hellman 密钥交换算法)这种共享密钥方式的认知(即公钥可随意公开),先设计一个简单的端到端消息加密的过程。
这个过程的逻辑流程如下:
1)在客户端 APP 首次安装时,基于服务器公开的两个全局的参数,生成自己的 DH 公钥和私钥;2)将自己的公钥上传证书服务器,证书服务器上保存用户标识与其公钥的关系。私钥则保存在客户端上;3)首次给对方发送消息或首次接收到对方消息时,便到证书服务器查询对方的公钥;4)根据对方公钥和自己的私钥计算出共享密钥;5)后续与对方所有的消息都基于这个密钥和相同的对称加解密算法进行加密解密操作。
端到端消息加密过程示意:
至此:我们完成了一个简单的端到端消息加密方案,在这个方案中我们引入了一个第三方的用于存储用户公钥的角色,这个角色的存在可以让任何一方都不用关心对方的在线状态,随时给对方发送加密过消息,而消息转发服务器无法解密消息。
接下来,我们针对这个简单方案存在的各种安全隐患问题,进行逐步分析和优化。
6、端到端加密实践方案的进一步优化和演进
6.1 使用HMAC作为消息完整性认证算法
在消息传输过程中,双方需要确认彼此消息的完整性,简单的做法就是将消息进行 Hash,得到的 Hash 值附加到消息后,随消息一起发送;对端接收后,同样进行 Hash,来验证消息是否被篡改。
关键点在于不同数据得到的 Hash 值一定不同,其中带密钥的 Hash 值就是 MAC算法。
另外,为了避免使用同样的 Hash 函数对相同数据进行操作总是得出同样的值,额外加入一个密钥,这样使用不同密钥就可以得出不同的 MAC。当然,这个密钥是两个对端都知道的。
这样,我们就得到了基于加密 Hash 的消息完整性认证的算法——Hash-based MAC(简称HMAC)。
基础知识1:什么是MAC算法?
全称Message Authentication Code,即消息认证码(带密钥的Hash函数)。在密码学中,MAC是通信实体双方使用的一种验证机制,是保证消息数据完整性的一种工具。
MAC算法的安全性依赖于Hash函数,故也称带密钥的Hash函数。消息认证码是基于密钥和消息摘要“hash”所获得的一个值,可用于数据源发认证和完整性校验。
使用 MAC 验证消息完整性的具体过程是:
1)假设通信双方 A 和 B 共享密钥 K,A用消息认证码算法将 K 和消息 M 计算出消息验证码 Mac,然后将 Mac 和 M 一起发送给 B;2)B 接收到 Mac 和 M 后,利用 M 和 K 计算出新的验证码 Mac*,若 Mac*和Mac 相等则验证成功,证明消息未被篡改。
由于攻击者没有密钥 K,攻击者修改了消息内容后无法计算出相应的消息验证码,因此 B 就能够发现消息完整性遭到破坏。
简而言之就是:
1)发送者通过MAC算法计算出消息的MAC值,并和消息一起发给收信者;2)收信者用同样的MAC算法计算收到的消息的MAC值,并对比两者。
下图是原理示意:
基础知识2:什么是HMAC算法?
HMAC是MAC算法中的一种,其基于加密HASH算法实现。任何加密HASH, 比如MD5、SHA256等,都可以用来实现HMAC算法,其相应的算法称为HMAC-MD5、HMAC-SHA256等。
6.2 使用ECDH算法替换DH算法
DH 算法是以离散对数的数学难题为基础的,随着计算机计算能力逐步增强,我们要不停地使用更大的数以增加破解难度,目前业界普遍认为至少需要使用 2048 位 DH 算法才具备更好的安全性。
在此我们引入 ECDH 算法替换 DH 算法。ECDH 密钥协商算法是 ECC 算法和 DH 密钥交换原理结合使用。ECC 是建立在基于椭圆曲线的离散对数问题上的密码体制。在相同破解难度下,ECC 具有更小长度的密钥和更快的正向计算速度优势。
我们系统上的 ECDH 可以直接采用目前公开的 sepc256kl 和 Curve25519 曲线,而无需服务再提供公开大数参数。
6.3 提升前向安全性
在消息传输过程中,如果协商好的密钥泄露了,就意味着所有信息都将暴露于风险之下。
为了防止这种情况发生,我们需要每次加密使用的密钥都与上一次不同,且不可以反向推导得出之前的密钥。
此处引入一个 Hash 算法:这个 Hash 算法可以通过输入一个密钥导出另外一个离散性更大的密钥,每次发送消息时都是用上次的消息密钥进行 Hash 运算得出本次密钥,由于 Hash 算法具有单向不可逆的特性,因此就无法通过本次的密钥推导之前的密钥。
从感观上,这就像一个棘轮,棘轮就是一种特殊的齿轮,他只能往一个方向转下去,而不能往回转。
我们先来感性认识一下棘轮:
在技术上,做到"只能往一个方向转下去,而不能往回转",是达到前向安全的关键。这就保证了,如果某一轮的密钥被破解出来,但前面的密钥是无法计算出来的,也就是前面的消息无法被解密。
6.4 同时保证前向安全和后向安全性
出于极致的安全性要求,我们会同时考虑前向安全和后向安全。如何保证在某次通信中,被破解出来的密钥,不能破解出之前的消息,而且在一定周期内,这个破解出来的密钥将不会再起作用。
介于此我们再引入另外一个棘轮来保证其向后的安全性。这就是大名鼎鼎的 Signal protocol 中的双棘轮算法。
Signal protocol 是真正的端到端的通讯加密协议,号称是世界上最安全的通讯协议,任何第三方包括服务器都无法查看通讯内容。
双棘轮算法包含一个 KDF 棘轮和一个 DH 棘轮。
KDF 全称(Key derivation function) 密钥导出函数,用于从一个原始的密钥导出一个或多个密钥。本质上就是 Hash 函数,通常用来将短密码变成长密码。另外 KDF 需要加“盐”(salt),用于防彩虹表,出于 Hash 的特性,这个“盐”的长度至少要大于 Hash 结果长度。KDF (原密钥,盐) = 导出密钥
KDF 棘轮就是运用 KDF 算法,设计出一种密钥不断变化的效果,流程如下:
首先:将初始密钥使用 KDF 算法导出新的密钥,新密钥被切成两部分,前半部分作为下一次 KDF 计算的输入,后半部分作为消息密钥。
每迭代一次(也可以说棘轮步进一次),就会生成新的消息密钥。
由于 KDF 算法的单向性,通过这条消息的密钥无法倒推出上一条消息密钥,这就保证了密钥的前向安全。但是如果 KDF 中的盐被掌握,那么它就可以按照这种算法计算出以后所有的消息密钥。
为了保证后向安全,就要设计一种方法,使每次迭代时引入的盐是随机的,从而保证每次的消息密钥是不可以向后推算的。
由前面介绍的 DH 算法得知:两对密钥对可以通过 DH 协议生成一个安全的协商密钥,如果更换其中一个密钥对,新的协商密钥也会变化。
根据这个方法:我们可以设计出一个安全更新盐的方法。我们在证书服务器增加一个临时公钥证书,这个临时证书是按照接收双方标识构建的临时公钥对,即每个人的每个单人会话都具备一个临时公钥。每进行一个消息轮回,就更新一次己方的临时公钥,同时根据另外一方的临时公钥和己方的私钥进行协商,并将协商出的密钥作为盐,使得 KDF 棘轮算法生成的消息密钥具有后向安全性。
在初始时我们无法预测出每个人所有的新二人会话:那么我们就可以规定创建新的二人会话时,发起方首先生成一个新的临时 DH 公私钥对,并向服务器上传自己的临时 DH 公钥;其次发送方用接收方公布的长期公钥与自己的临时私钥协商出密钥作为消息加密的密钥,对消息进行加密;最后接收方首次接收到消息后用自己的长期公钥和发送方的临时私钥计算得出消息密钥,并在首次回复消息时生成临时公私钥,同时上传临时公钥。
问题是:如果接收端不在线,而发送端每条消息都去更新己方的临时公钥证书,就会导致发出去的这些消息,在接收端上线并收取后无法被正常解密。
为了解决这个问题,我们需要规定:只有在发出消息并得到对方回复后才更新临时证书,若对方不回复消息则不去更新临时证书。接收端能回复消息就表示其已经上线并接收完消息,这样就可以保证离线消息或者消息乱序也可以被对方正常解析。这种方法就是双棘轮算法中的另外一个 DH 棘轮。
6.5 更安全的密钥交换协议—— X3DH
对比最初的方案,为了满足消息的前向安全和后向安全,我们增加了双棘轮算法,在原基础方案上为每个人增加了一组会话级别临时 DH 密钥,每个人都拥有一个长期密钥和一组临时密钥。
但是:由于长期密钥无法被更换,所以方案依然存在着安全隐患。
因此:Signal protocol 设计了一种更为复杂和安全的 DH 密钥交换过程,称之为 X3DH(即 DH 协议的 3 倍扩展版)。
在 X3DH 协议里,每个人都要创建 3 种密钥对,分别如下:
1)身份密钥对(Identity Key Pair):一个长期的符合 DH 协议的密钥对,用户注册时创建,与用户身份绑定;2)已签名的预共享密钥(Signed Pre Key):一个中期的符合 DH 协议的密钥对,用户注册时创建,由身份密钥签名,并定期进行轮换,此密钥可能是为了保护身份密钥不被泄露;3)一次性预共享密钥(One-Time Pre Keys):一次性使用的 Curve25519 密钥对队列,安装时生成,不足时补充。
所有人都要将这 3 种密钥对的公钥上传到服务器上,以便其他人发起会话时使用。
假如 Alice 要给 Bob 发送消息,首先要和 Bob 确定消息密钥,流程大致如下:
1)Alice 要创建一个临时密钥对(ephemeral key),我们设成 EPK-A,此密钥对是为了后面棘轮算法准备,在此处作用不大;2)Alice 从服务器获取 Bob 的三种密钥对的公钥:身份密钥对IPK-B、已签名的预共享密钥 SPK-B、一次性预共享密钥 OPK-B;3)Alice 开始使用 DH 协议计算协商密钥,要引入参数包括:自己创建的两个密钥对的私钥,以及 Bob 的三个公钥。然后用类似排列组合的方式,将自己的私钥与对方的公钥分别带入 DH 算法计算。
DH1 = DH(IPK-A, SPK-B)DH2 = DH(EPK-A, IPK-B)DH3 = DH(EPK-A, SPK-B)DH4 = DH(IPK-A, OPK-B)
如图所示:
然后将计算得到的四个值,前后连接起来,就得到了初始密钥,如下:
DH = DH1 || DH2 || DH3 || DH4
注:“||”代表连接符,比如 456 || 123 = 456123
但是 DH 这个密钥太长,不适合作为消息密钥,所以对这个初始密钥进行一次 KDF 计算,以衍生出固定长度的消息密钥 S:
S = KDF(DH1 || DH2 || DH3 || DH4)
这一步,Alice 终于计算出了消息密钥 S。
于是:
1)Alice 使用消息密钥 S 对消息进行加密,连同自己的身份公钥 IPK-A 和临时公钥 EPK-A 一同发给 Bob;2)Bob 收到 Alice 的信息后,取出 Alice 的 2 个公钥,连同自己的密钥,使用与 Alice 相同的算法计算消息密钥 S;3)Bob 和 Alice 使用消息密钥进行加密通讯。
由上可知:X3DH 实际是复杂版的 DH 协议。
至此:我们简单介绍了 Signal Protocol 中最为核心的 X3DH 协议与双棘轮算法,基本上可以满足前向安全和后向安全。当然,真实的处理过程会更为复杂和安全。
7、IM群聊的端到端加密方案
在即时通讯场景中,除了二人之间的聊天以外,还有一个重要的场景就是群聊,那么群聊时的多人消息如何做端到端加密呢?
我们再次回到 DH 密钥协商算法上的推导过程:显然,多方情况下依然可以继续使用 DH 密钥协商算法,这就是群聊中端到端加密的基础。
而 Signal Protocol 在群组聊天中的设计与二人聊天又有所不同,由于群聊的保密性要求相对低一些,只采用了 KDF 链棘轮+公钥签名来进行加密通讯以保障加密的前向安全。
群组聊天的加解密通讯流程如下:
1)每个群组成员都要首先生成随机 32 字节的 KDF 链密钥(Chain Key),用于生成消息密钥,以保障消息密钥的前向安全性,同时还要生成一个随机 Curve25519 签名密钥对,用于消息签名;2)每个群组成员用向其它成员单独加密发送链密钥(Chain Key)和签名公钥。此时每一个成员都拥有群内所有成员的链密钥和签名公钥;3)当一名成员发送消息时,首先用 KDF 链棘轮算法生成的消息密钥加密消息,然后使用私钥签名,再将消息发给服务器,由服务器发送给其它成员;4)其它成员收到加密消息后,首先使用发送人的签名公钥验证,验证成功后,使用相应的链密钥生成消息密钥,并用消息密钥解密;5)当群组成员离开时,所有的群组成员都清除自己链密钥和签名公钥并重新生成,再次单独发给每一位成员。这样操作,离开的成员就无法查看群组内的消息了。
由上可知:一个人在不同的群组里,会生成不同的链密钥和签名密钥对,以保障群组之间的隔离。在每个群组中,每个成员还要存储其它成员的 KDF 链和签名公钥,如果群组成员过多,加解密运算量非常大,会影响发送和接收速度,同时密钥管理数据库也会非常大,读取效率也会降低。
所以:群组聊天使用 Signal Protocol 协议,群人数不宜太多。
8、端到端加密方案的补充说明
上面我们介绍了即时通信中二人聊天和群组聊天的端到端加密全部过程。但是正常情况下端到端消息加密只是加密消息的实际负载部分(即只加密消息“体”部分),而消息的控制层则不会被加密,因为消息转发服务器需要根据控制信息进行消息转发或路由(否则肯定大大影响IM底层的路由和通信效率,因为需要反复加密解密)。
为了防止消息被定向分析(分析用户什么时间向谁发送了消息,或接收了谁的消息),我们依然需要对整体即时通信的长连接链路进行加密保护(这说的就是上篇文章里的通信连接层加密技术了),防止信息被中间网络设备截获并分析。而且为了防止密钥服务器被中间人攻击,也需要开启链路加密保护。
9、参考资料
[1] 移动端安全通信的利器——端到端加密(E2EE)技术详解
[2] 简述实时音视频聊天中端到端加密(E2EE)的工作原理
[3] HASH、MAC、HMAC学习
[4] 一文了解加解密、哈希函数、MAC、数字签名、证书、CA等
[5] 双棘轮算法:端对端加密安全协议,原理以及流程详解
[6] Signal protocol 开源协议理解
[7] X25519(Curve25519)椭圆曲线参考资料
学习交流:
- 移动端IM开发入门文章:《新手入门一篇就够:从零开发移动端IM》- 开源IM框架源码:https://github.com/JackJiang2011/MobileIMSDK(备用地址点此)
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