浅谈区块链技术在军事领域的应用前景

刘 楠 何 为

内容提要：区块链技术是当前各领域广泛应用的一项信息技术，具有采取分布式结构确保信息真实、运用共识算法建立容错机制、通过网络合约验证避免交易风险、发放工作量证明激励用户参与四大特征。该技术的军事价值主要体现在能够提供安全可信的信息传输、稳定可靠的网络架构、快速有效的反应机制、真实准确的数据存储，在军事领域的应用前景，即优化指挥通信体系、实时掌控部队实力、全程监管装备状态、有效增强网络安全。

区块链（Blockchain）作为当前的信息技术热点，受到广泛关注。美军已经开始重视区块链技术的军事价值。2017年9月，美军《空天力量》杂志刊发了题为《可信赖的数据：区块链技术》的文章，认为区块链技术可以提升数据安全，能够增强美军各种武器系统的作战效能。研究区块链技术的军事价值及其在军事领域的应用，对推动军队信息化建设具有重要意义。

一、区块链技术的概念及特征

区块链技术不是单一的新技术，而是将分布式计算、数据结构、数据库、软件工程等计算机多领域成熟技术的综合运用。

（一）区块链技术的基本概念

区块链的发展大致经过“比特币”“以太坊”，以及在政府、工业、文化等领域大规模应用这三个阶段。其技术的基本概念，即在网络中形成可分散存储的防伪电子账页，核心是将计算机数据结构中常见的区块（Block）和链（Chain）两种结构组合在一起，作为存储数据的基本单元，并采用复杂的验证算法和分布式的网络结构，确保数据安全可靠。

（二）区块链技术的主要特征

区块链技术具有四大主要特征。

1.采取分布式结构，确保信息真实

区块链的每个数据区块，可分为“区块头”和“区块体”两部分。其中，区块头包含了数据防伪验证信息和与其他区块的关联位置，区块体是存储交易数据的主体部分。

图1 典型的区块链结构图

典型的区块链结构，区块头中包含版本号、前一区块地址、时间戳、随机数、当前区块哈希（hash）值、Merkle树根值等信息。其中版本号、时间戳、随机数用于确认区块是唯一的。当前区块哈希值，是将区块体中的全部内容以特殊的加密算法转换为指定长度的字符串。指向前一区块地址，即在区块头中记录前一地址的哈希值。下一区块产生时，会把当前区块哈希值记录下来。

区块体中逐条保存了交易记录。包括交易的输入方、输出方、数量、时间等信息。交易记录的备注栏里可写入文本内容，因此，也可通过交易来保存文本资料。这些交易记录将成为区块链网络的一部分，无法被篡改，从而保证信息的真实有效。

2.运用共识算法，建立容错机制

传统中心化的网络架构，多采用树状结构，会有一个或多个可信的中心节点。但如果因为网络故障等原因，中心节点失效，则网络陷于瘫痪。区块链技术采用分布式架构，实现了网络在“去中心化”状态下的稳定运行。

在异步通信的分布式网络中，通过区块链技术，设定前提以简化运算的方法，便可解决数据准确可靠传输的问题。主要分两种思路：一种思路是“实用拜占庭容错机制”（Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT）。 假设最多有m个故障节点会拒绝响应或响应错误信息，那么，网络总节点数至少为3m+1，用户同时向网络中所有节点发出请求，各节点接收后不直接响应，而是向网络中其他所有节点发出二次请求，各节点接收到二次请求后，再响应用户。这样，如果某种响应数量达到m+1以上，则该响应为正确结果。

另一种思路是采用“选举机制”。例如，Raft共识算法是通过选举，在节点中选择出领导者，其他节点为跟随者。一段时间后，如果节点无法获取领导者信息，则可发起投票，各节点转化为候选人身份，根据网络中的已知节点情况进行投票，选举出新的领导者和跟随者。这种机制解决了网络故障和部分节点离线时的网络共识问题。

3.通过网络合约验证，避免交易风险

区块链网络的“去中心化”分布式结构，缺少一个公认可信的金融中心来提供信用授权和交易管理。这种网络结构下进行交易，要防止“一钱双花”问题。即，交易者利用信息不对称或时间差，同时和两个人交易，实现欺诈行为。

图2 实用拜占庭容错机制的原理图

区块链技术主要是通过采用合约验证机制，来解决这个问题。一次完整的交易，包括发起交易、网络广播、公众验证、记录账本、返回结果的过程。开始交易后，交易者将需要公众验证的信息通过网络传播，网络中的其他用户接收后进行验证，再将验证结果通过网络传播，获得共识后，记录到这一时间段产生的区块链中。一旦写入区块链，即成为所有人手中的永久记录，无法篡改。这样，将私下交易变为交由公众监督下的网络共识，确保了交易的安全透明。

4.发放工作量证明，激励用户参与

区块链技术通过公众来验证网络上的交易活动，采用“工作量证明”（Proof of Work, PoW）机制来实施激励。每名用户都可把一组交易信息写入自己持有的账本，并采用公开的算法进行加密计算，在满足特定要求后，生成新的区块；用户在网络上公布计算结果，其他用户可对不同用户公布出的结果进行验证，选择最优结果作为自己下一步计算的依据。这样，在网络中保留下来的每个区块，都是当时最优并获得共识的结果。区块生产者可在区块中记录一份工作量证明，并把这份工作量证明用于交易，即成为“比特币”。

此外，网络交易活动中，还可通过“燃料”机制实施激励。即通过高性能计算机集群促进网络计算能力的提升，从而获得一定数量“燃料”。在用户参与活动时，都被要求附带一定数量燃料，其他用户分享到燃料后才会响应，并发出新的请求。这样，实现了网络交易的激励。

二、区块链技术的军事价值

将区块链技术应用到军事领域，有助于提升军队的信息化建设水平。

（一）能够提供安全可信的信息传输

军事行动中的信息传输过程，经常遭到敌方干扰、破坏和伪造。如何验证网络信息的真实性、保证信息能够安全准确的传输，是一大难题。区块链技术为安全准确的传输信息提供了一种新的解决方案，即通过网络共识的方式获取准确的信息。只要敌方对网络的破坏能被控制在一定范围之内，即可通过网络用户间的数据交换和交叉验证，实现准确传输信息，从而提高网络信息的可信度。

（二）能够提供稳定可靠的网络架构

由于军队指挥体系采用树状层次结构，网络架构也多采用相近的结构，这种中心化的网络容易遭受敌方破坏。美军在海湾战争时，就提出通过摧毁关键节点来获得优势的“五环目标”理论；在美军“空海一体战”设想中，也提出要致盲和打击中国太空和作战网络的信息系统。建立抗毁损的可靠网络结构，是确保未来战争胜利的关键因素之一。区块链技术采用的分布式网络架构，其“去中心化”特征，符合战场网络部署的特点。在部分节点被破坏后，仍可保存数据存储能力和网络计算能力，并通过共识算法维持网络的正常运行。

（三）能够提供快速有效的反应机制

军队行动需要快速反应能力。在传统指挥体制下，信息传输通过多级中转，各部队的汇总、上报、下发、执行环节都会产生延迟，甚至贻误战机。区块链技术通过快速网络运算，降低中间环节的延迟，可提高反应能力。区块链技术还能通过网络共识方式生成“一致行动”的模式：将行动报告给多个指挥者，当指挥者共识为有效方案时，即批准执行。这种模式也体现了我军军事民主传统的特点。这样无须多级审批，即可获得响应，极大提升了反应速度。随着无人智能化战争的来临，军队将广泛使用具有自主性的智能装备。通过智能装备间的数据交互，可由网络共识算法形成“群体智能”，自动产生新的战术和战法。甚至，可将智能装备从人工指挥或被动反应的单一武器平台变为主动出击的作战“蜂群”。

（四）能够提供真实准确的数据存储

随着各种物联感知设备和大数据挖掘技术的应用，“精确保障”已从理论概念变为切实可行的方式。为实现精确保障，需要以准确有效的方式采集记录保障过程中人员、物资、装备、经费等要素在时间、空间、状态上的变动情况。产生的海量保障数据，难以通过单一的数据中心存储，而且，在战时，这种集中存储的方式极易遭敌方摧毁。区块链技术采用的分布式存储，可通过分散部署的数据中心和网络节点自身的存储能力，共同确保数据的安全存储。用户通过网络请求共享数据，通过共识算法确保返回数据的真实性，通过加密算法验证数据的准确性。各要素发生的每次变动一直保存在网络中，以便事后审计或追溯。而且，任何人无法篡改已存储的数据。

三、区块链技术在军事领域的应用前景

区块链技术应用在军事领域中，可在以下几个方面进行探索。

（一）优化指挥通信体系

现有指挥通信的“中心化”体系，无法发挥快速响应的网络效能，而且在战场环境下极易遭敌方摧毁。将中心化的指挥架构，转为区块链分布式的指挥架构，是减少指挥层级、适应部队灵活机动和扁平化管理的必然趋势。随着我军合成旅、合成营等新编制的落实，以及各类网络化武器装备平台的列装，将分布式指挥通信体系和分布式网络架构有机结合，将助推我军战斗力提升。

（二）实时掌控部队实力

人员、单位等实力信息的数字化,是部队实现信息化管理的基础。区块链中网络化合约验证机制，能够解决多报、漏报、误报等问题。人员变动时，各单位及时在网上更新信息，上级机关只需定期汇总最新的人员记录即可。通过区块链的合约验证机制，无法重复录入已有人员信息，可保证人员信息在网络上的唯一性。

（三）全程监管装备状态

采用区块链的方式，为每个装备建立电子使用记录本，保存在各级管理部门、维修分队、车载电子设备中，通过网络进行数据共享。这样，可随时了解各装备的位置、状态、保修等情况。当装备进行维修时，无须逐一更新电子记录本，在生成数据区块时，可定期自动记录相关信息。各级管理部门只需在网络中获取最新的区块，即能掌握装备状态。

（四）有效增强网络安全

军用网络对安全性的要求远高于民用网络。对于复杂的网络环境，尤其是战场通信网络，更应注重网络安全。以硬件加密手段和先进的安全算法，构建区块链式分散部署的数据存储和计算中心，实施网络节点的状态监控，可保证军用网络环境的安全稳定。