军事区块链研究

赵国宏

著名经济学家凯文·凯利(Kevin Kelly)在《新经济新规则》(New Rules for the New Economy)一书中指出[1],我们正在进入一个新型的经济世界,它的降临将引发整个人类社会结构的巨变,遵循新规则的人将会腾飞起来,而忽视它的人将会一无所获.他还特别强调,竞争优势属于那些理解并接受去中心化控制和自治式网络的人.区块链正是这样一种能够变革经济社会运行模式的颠覆性技术,其影响将覆盖人类社会活动的方方面面,军事也不能脱离其中.本文重点探讨区块链技术在军事领域中的应用问题.

1 对军事区块链的认识

1.1 区块链基本概念和原理

关于区块链的定义,从狭义讲,浙江大学陈纯院士认为,区块链是一个分布式的数字账本,单点发起,全网广播,交叉审核,共同记账.从广义上讲,工信部《中国区块链技术和应用发展白皮书》[2]将其表述为分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术在互联网时代的新型应用模式.

简单讲,区块链是由区块加链组成的,区块记录经过完全验证的信息,链则记录着区块之间的先后顺序,代表了数据完整的历史.为通俗理解区块链的概念和原理,可将其概括为“一种模式、二个特征、三种架构、四大技术、五个优势和六个层次”.一种模式即区块链是一种全网记录数据的模式,对同一数据采取全网共同审核和记录的方式.二个特征即去中心化和去信任化.区块链基于端到端对等网络,不存在中心设备和集中管理机构,每个节点权限对等;区块链的机制,能够保证节点之间无需互相信任,就可以自动安全地验证和交换信息.三种架构即区块链按照全部授权、部分授权和指定授权区分为公共链、联盟链和私有链.四大技术[3]即基于P2P (Peer To Peer)对等网络的分布式存储技术、以哈希(Hash)算法和非对称加密(Asymmetric Encryption) 为代表的加密技术、以工作量证明(Proof of Work,POW)和拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance,PBFT)等方法为代表的共识机制(Consensus Mechanism) 、由自动化脚本代码组成的可编成智能合约(Smart Contract)技术.进一步讲,区块链是利用分布式对等节点存储数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用共识算法来验证和生成数据、利用智能合约来编程和操作数据.五个优势是从效果角度而不是方法上讲,区块链具有安全、抗毁、容错、优化、自动等优势[4].区块链采取基于加密的块链结构,确保信息不被篡改;采取全网记录的分布式存储方式,抗毁灾备能力强; 运用共识算法,建立了容错机制; 建立了竞争机制,确保决策最优; 依托智能合约,保证自主运行.六个层次[5]即应用层、合约层、激励层、共识层、网络层、数据层.其中,应用层包括了区块链的各种应用场景; 合约层是自动化运行脚本、算法等合约的集合;激励层封装的是与应用背景相关的激励因素; 共识层主要封装各类识别和验证算法;网络层主要包括了对等组网机制、数据传播与验证机制;数据层封装了基于加密算法、时间戳、校验等信息的链式区块数据结构和相关数据信息.

1.2 与相关概念的关系

1) 与传统分布式数据库的区别.区块链技术与之主要的区别,一是传统分布式数据库一般是将数据在分布式节点上分级分类存储,而区块链每个节点都会存储一份完整的数据.二是传统分布式数据库一般是有中心的,即通过中心节点向其他节点备份或同步数据,而区块链每个节点都是独立的、对等的,通过共识机制来保证存储数据的一致性.三是从数据结构上看,区块链具有特殊的数据库结构,即带有时间戳的顺序块链结构.四是从数据操作权限上看[6],传统的数据库一般具有增删改查4 种基本操作的权限,而区块链为了防止篡改,一般去除了删和改两种操作,仅保留了增和查两种基本操作.五是区块链采取了非对称加密、哈希算法、数字证书与签名、零知识证明等密码学算法,确保其数据更加安全、可信和可靠.

2)与云计算、物联网、大数据、人工智能、量子计算等相关技术的关系.区块链与这些技术密不可分,都是具备变革能力的颠覆性技术.简单讲,大数据、物联网改变的是生产资料;云计算、区块链革命的是生产关系; 人工智能、量子计算变革的是生产力.进一步讲,云计算、物联网、大数据、人工智能、量子计算为区块链提供环境、算法、算力、数据、加密等基础设施支撑,而区块链为其提供自我治理的方法,用于打造可信的应用社区.

1.3 对区块链的认识

一是高冗余带来的存储空间大.在区块链建立过程中,区块链每一个节点都会实时同步全部的账本数据,随着新节点的不断追加,对存储空间的需求将会越来越大.

3、外文字母的大、小写和正斜体要分清，希腊文要写清并注明；符号上下角的高低位置应明确区别，例如；凡国内尚未用过的译名，请在译名后附原文，外国人名及企业名称直接用外文，不要译成中文。

2) 区块链创造了一种新的决策机制,即分散式决策(Decentralized Decision)[7].通过网络中多个节点之间的动态博弈和合理的激励机制,实现了有限资源的合理配置、成员利益的一致化和集体效益的最大化,达成了所谓的帕累托最优(Pareto Optimality)和激励相容(Incentive Compatibility).

移入场的被动接受还是主动选择，是影响很多作家地域书写的一个因素，对于主观型诗人陆游而言，这点尤为重要。而陆游在梁益地区的宦游生活，除了兴元府基本属于主动选择外，夔州以及成都、蜀州、嘉州各地都属于被动接受，因而他对梁、益二地书写的主要情调有明显的不同。上级任命的不可抗拒、个人生活命运的不可掌控，认命的被动无奈心态，让陆游的巴僰、蜀地书写以悲伤为主调。而兴元府，从地理位置上讲更属于“边州”，除军事地位比较重要外，其经济、文化各方面显然不如蜀，但陆游对其书写却显得热情高涨、兴高采烈。

3) 区块链创造了一种新的计算范式,通过经济学的机制设计(Mechanism Design)理论[7]和最新信息技术的有机融合,保证了在非信任环境下和信息不对称情况下复杂系统中信息的可信可靠和体系的协调高效运作.这种技术架构具有很强的普适性,可以为金融、经济、军事甚至社会等领域带来革命性的变革.

1.4 对军事区块链的认识

区块链展现出来的特质和优势,契合了军事领域发展和运用的特殊需求[4,8].一是从应用背景看,区块链基于一种非信任的环境,而军事系统则置身于体系对抗造就的复杂战场环境; 二是从结构上看,区块链采用无中心组网,去中心组织的方式,契合了军事系统扁平化指挥、抗毁重组等需求;三是从安全性要求来看,区块链防篡改、防丢失、信息完整、准确,可追溯等特征,非常契合军事系统对信息可信、可靠、可用的高标准要求.四是从方式上看,区块链集体维护、信息共享的模式,契合了联合作战、集群作战协同感知、协同决策、协同交战的需求;五是从管理上看,区块链基于共识算法的竞争和验证机制,契合了军事系统自组织和自治化管理等需求.六是从运行上看,区块链基于智能合约的自动运行机制,契合了军事系统自动化、智能化的发展趋势,特别是打击时间敏感目标自动交战的要求; 七是从信用上看,区块链实现了由个人信任向机器信任的转变,在减少军事管理过程中人为因素带来的不确定性、多样性和复杂性的同时,还契合了军事系统自主无人作战系统发展和运用的需求.因此,区块链在军事领域既具有迫切的必要性,又具有广阔的应用前景.如表1所示.

4)指挥模式变革.未来作战,联合作战已经成为主要方式,任务式指挥可能成为常态模式.一是在联合作战中,不同军兵种作战力量必须打破烟囱式层级化指挥模式,能够在扁平化越级指挥条件下实现协同作战.二是在任务式指挥模式下,要求任务部队能够根据上级赋予的作战任务自主筹划、自主作战.这就要求联合作战指挥系统能够有效破解跨军兵种、跨地域、跨层级、跨打击域(陆海空天电)、跨网络情况下可靠高效指挥的难题.区块链共识机制和智能合约展示出的信息安全、分散式决策、自动运行等突出能力为联合作战指挥模式创新提供了可能.

表1 区块链技术与军事应用的契合性

2 军事区块链发展需求

2.1 区块链技术的局限性

区块链技术也存在着蒙代尔不可能三角,也称为三元悖论,即去中心化、高效、安全,不可能实现三者全部同时达到最优.具体来讲,在一定程度上,区块链现有模式是以牺牲存储空间、运行效率来换取数据的安全和信任,其主要问题:

单纯从技术视角看,区块链似乎算不上一种新的颠覆性技术,它是将点对点传输、分布式存储、密码学、共识机制等成熟技术进行了融合集成,然而,其创造性的价值恰恰体现在结构创新和模式创新上,集中体现在以下3 个方面.

“哦，原来是这样！”老头搓了搓冻得通红的下巴，客气地说，“我姓张，是蜡像馆的管理员。蜡像馆只在每周五开门，你们不知道吗？”

二是复杂机制带来的效率低.区块链每次修改数据,系统内所有节点都必须同步将账本数据进行更新,耗费时间较长.另外,短时间内的频繁操作还会占用大量的通信带宽,由此可能会造成通信网络的拥塞.

运用UCINET软件中network/centrality/betweenness模块计算网络的中介中心度。从表4中可以看出，2010-2016年河南省城市旅游经济联系网络的中介中心度的均值和标准差不断下降，说明个别城市对旅游经济联系的控制减弱，河南省旅游经济联系向均衡化发展。

在0.1 MPa的压力下，液氮的沸点为-195.8 ℃，为了对试样进行液氮冷浸处理，自行研制了自增压式液氮冷浸试验装置(图1)。对试样进行液氮冷浸处理时，将煤样放入保温容器内并盖上压头，通过自增压液氮罐向保温容器内注入液氮，保证液氮冷浸过程中煤样完全浸入液氮中，直至煤样完全淹没在液氮中开始计时，冷处理时间为1 h。

如何在策略上寻找效率和安全性之间最佳平衡点？如何在应用上区别军用与民用的不同要求？正是本文关注和研究的重点.

2.2 军事区块链的特点和难点

与民用区块链相比,军事区块链具有下述特点和难点.

2.2.1 层级中心式指挥与分布式去中心化的矛盾

总的来说，该算法占用资源少、处理速度快，尤其适用于在图像目标的检测场合中实现硬件加速，因此该算法不仅适用于在线纸病检测系统，同时也适用于其他实时性较强的应用中，可以针对不同的应用场合灵活控制分块的数量，完成对图像目标的检测和提取，以提高系统的实时性。

比特币区块链无中心化节点,运行靠对等的网络节点共同管理和维护.而军队指挥系统各级有各级的职责和权限,遵循上级指挥下级,下级服从上级的原则;比特币记账权是通过竞争机制获取的,而军队指挥权则是事先指定的.因此,一方面,军事区块链宜采取联盟链或私有链模式,采用赋权节点、授权执行机制.另一方面,应用上更适用于战术级系统以及无人自主系统,情报、测绘、气象等业务系统,以及后勤、装备物流管理系统等.

2.2.2 信息受控与全网皆知的矛盾

区块链在运行共识机制时,会将账本信息广播至网络内各个节点,具有信息透明、用户匿名的特点.而军事信息密级是按等级进行管理的,要求在一定范围内可控;区块链信息采取自由交互机制,而军事系统会对信息进行集中监管控制.因此,军事区块链宜采取按片组链、信息分级、按需分发的模式,应据此设计军事区块链结构,定制共识机制,开发智能合约.

2.2.3 高实时性与繁琐认证的矛盾

比特币系统达成一次共识的循环周期约为10 min,但仍需要延迟6 个区块后才能正式记帐,前后长达1 h.现代战争比拼的是敌我双方OODA 环(观察(Observe)—判断(Orient)—决策(Decide)—行动(Act))的速度,特别是武器系统交战级对时效性的要求高达秒级甚至毫秒级.对于这一问题要从两个方面分析,一方面不能把比特币完全等同于区块链,实际上,去中心化程度越高,共识机制越复杂,运行效率越低,比特币恰恰采用的是公有链模式,是完全去中心的; 另外,比特币作为一种金融系统,实时性要求并不是最高,时间指标的设定是比特币安全性要求与效率之间平衡的结果,对于比特币来讲还是可以接受的.而区块链的核心是一种全新的计算模式,区块链只是其最初的应用.军事区块链一般不宜采取完全去中心模式.另一方面,区块链“竞争验证同步”机制确实存在着认证过程和算法繁琐的问题,必须针对应用领域具体业务系统的特点和要求,优化设计军事区块链系统专用的共识算法和定制的智能合约.

2.2.4 战术无线信道与高速稳定传输的矛盾

在图1所示的模拟前端中，根据接收机的硬件设计，选取了接收机的射频中心频率f0为1.772 GHz，PLL的输出频率固定为1.75 GHz，中频信号fIF为22 MHz。我们采用的ADC芯片的采样频率fs为10MHz，对中频信号进行带通采样，得到中心频率为2 MHz的数字中频信号，完成模数转换。带通滤波器的通带带宽约为3 MHz。

为了保证运行效率和可靠性,比特币等金融区块链一般运行在高速宽带稳定的通信信道上.而军事应用存在大量无线通信场景,存在带宽窄、速率低、稳定差以及敌方干扰压制和打击破坏等情况.如何提升通信可靠性,如何对通信有效验证,如何高效同步数据是军事区块链必须首先解决的基础问题.

2.2.5 网络节点有限与易受饱和攻击的矛盾

比特币将网络安全受控节点的比例定在51%,因此,网络节点规模越大(2018 年底起比特币全节点稳定在10 000 个左右),区块链就越不容易被操控或攻破,系统也就越安全越可靠.即使在这种情况下,2018 年5 月,由于51%以上的节点被恶意控制,比特币黄金(Bitcoin Gold,BTG)遭遇到了“双花”(即双重支付)攻击(Double Flower Attack),损失达1 860 万美元.与金融等民用领域相比,军用领域节点比较有限,而且常常会受到饱和式攻击.因此,必须合理设定军事区块链安全受控节点比例,针对性完善识别和验证算法,进一步提高容错能力.

渥巴锡之仲兄作为人质死于阿斯特拉罕，史载明确。具体拘禁之地、死亡之地，未留下史载，但人质不是普通的囚犯，将萨赖安置在作为当年阿斯特拉罕衙署所在地的小克里姆林宫、居住在这座白色大楼里，似也不失是一种合理的推测。若如此，小克里姆林宫也是土尔扈特人又一处伤心之地。

2.3 军事区块链发展动因

军事区块链的发展有着其深刻的时代背景,是多种复杂因素综合作用的必然结果.

1) 对抗环境演变.一是信息技术在军事领域广泛深入应用,大幅提升了军队的作战效能,也使得武器装备、指挥系统和保障系统对信息和信息系统的依赖越来越大,从而带来了日益严峻的赛博空间安全挑战.因此,军事强国纷纷成立独立的网军,电子战已成为贯穿作战全程的作战样式; 二是未来战场环境非线性的特点越来越凸现,敌我攻防交织、人文环境与自然环境交织、操作失误和有意破坏并存,使得作战环境日益多变和复杂,极大地增加了作战体系敌我识别、抗毁顽存、柔性重组、容错自愈等的难度.区块链技术提供的非信任化条件下可信、可靠、可用的信息环境为应对这一难题提供了一种可行的模式.

2)作战样式转变.突出反映在4 个方面,一是分布式作战成为主流.以美国为首的军事强国为应对日益严峻的体系对抗环境,提高生存和对抗能力,率先提出并实践分布式作战样式,先后提出了分布式杀伤、分布式防御等作战概念,核心是作战力量分布,作战能力集中,作战效能提高.要求指挥系统能够在复杂对抗条件下可靠指挥广域分布的作战力量.二是无人蜂群作战成为趋势.随着人工智能技术应用的深化,无人作战已逐步走向战争的舞台,机器战争的序幕逐步拉开.如何有效管控无人蜂群成为核心和关键.三是多域战大行其道.对分布式跨域作战力量的高效指挥成为核心.四是马赛克战即将来临.高度自治、韧性组合的技术架构设计是实现这种作战概念的关键.区块链技术展现出来的在无中心环境下自治、自动的运控能力为适应这种作战样式转变提供了有效的途径.

3)组织结构转型.为应对不同规模冲突和不同样式作战要求,军队组织结构正向小型、多能、灵活方向发展,军事强国纷纷开展模块化部队改造,一是级别下沉,基本作战单位从军、师级下沉到旅、营级,成为基本作战单元.二是功能合成,作战模块由过去的单一功能向攻防一体、主保一体转变,具备独立作战能力.三是灵活编组.作战单元可以根据联合作战任务的需要进行任意规模和结构的组合,接受任意级别指挥机构的指挥.区块链提供的集成机制、模型和算法可以作为不同军兵种作战单元之间作战编组的接口规范和运行规则,从而实现不同类型作战单元可无缝嵌入联合作战体系,实现积木式组合.

所谓军事区块链,简而言之就是区块链模式在作战指挥、作战保障和军事管理等军事领域的应用.基于上述分析可以预见,军事区块链将颠覆战时敌我识别模式,为解决复杂战场环境下的信任危机提供新的模式,大幅提高军事系统容错能力,为记录、追溯、过滤恶意行为提供新的思路方法;将颠覆传统的层级树状指挥模式,开辟与以往截然不同的分布式作战新样式,便于参战节点随时掌握态势、随时了解任务、快速遂行行动;将颠覆传统的数据集中存储模式[9],重塑数据防护新机制,大幅提高军事数据的安全性;将颠覆战时作战编组模式,为联合作战各军种战术单元和作战平台快速组合和可靠运行提供了一种可行的接口和规则,可有效提高任务式指挥的效率;将颠覆协同作战组织模式,提供自适应集群作战新方法,为智能化无人蜂群系统作战管理提供安全可靠手段;将颠覆作战资源管理模式,实现全周期可信可靠管控,实现作战资源全程可视、可控、可用.

5)管理模式完善.以美国为代表的军事强国在国防领域率先开展了以效能为核心的管理革命.以武器装备为例,在顶层,不断完善需求—规划—预算—执行—评估管理链路,在操作层,实行和完善武器装备全寿命管理.由于这项工作不但涉及到需求方、研制方、使用方、管理方,还涉及到需求、规划、立项、研制、定型、交付、使用、延寿、报废等生命周期,相关信息分散存储在不同部门手中,一致性甚至真实性难以得到保障.区块链技术提供的安全性、一致性、完整性等能力可为武器装备科学管理提供强有力的支撑.

6)关键技术突破.近年来,云计算、物联网、大数据、人工智能等技术纷纷取得突破,并在民用和军用领域得到实际运用,已取得了重大的经济效益、社会效益和军事效益.量子计算也已处在突破的前夕.这些技术将为改进完善区块链本身存在的技术缺陷,解决区块链军事应用中的特殊需求提供支撑.例如,人工智能技术可为区块链算法的完善提供支撑,提高共识算法和智能合约的智能化水平,实现由基于脚本向基于智能发展,实现接近人类水平的自治和自动; 量子计算技术将使区块链加密能力迈上一个新的台阶,真正实现信息不可破解.

3 军事区块链应用构想

3.1 典型应用

根据上述分析,区块链技术在军事领域大有可为[10-12].可以将这些应用大致分区为指挥控制、作战保障和军事资源管理3 类.指挥控制方面,主要包括核心武器指挥控制、联合作战任务式指挥、作战平台和作战单元作战管理、无人蜂群作战管理等;作战保障方面,主要包括军事网络和信息安全、联合作战情报共享、复杂战场环境下弹性通信等;军事资源管理方面,主要包括军队实力管理、武器装备全寿命管理、军事资源物流管理等领域.本文重点讨论OODA环中军事区块链的5 种典型应用.

3.1.1 联合作战情报信息共享

战场情报获取、融合、共享是联合作战的前提和基础.有中心层级指挥模式下,各军兵种侦察手段获取的情报信息首先传送到军兵种情报中心进行融合; 其次,在联合指挥所融合三军情报信息,形成统一的战场态势图(Common Operational Picture,COP);而后,再将这些信息传送到各军兵种指挥机构;最后,传送到各军兵种武器平台.存在链路长、效率低等问题,特别是难以满足武器平台打击时间敏感目标对时效性的要求.同时,任何一个环节受到信息攻击,将导致信息链路阻断,相关信息无法送达.如图1所示.

杭州市运河引配水系统以提高水质改善环境为主要目的，自然子系统效益最好，且保持稳定。运河引配水系统对经济和社会子系统的影响以长期影响为主，系统运行之初取得效益较缓，2005年后社会子系统和经济子系统的效益水平逐年提高，增长速率逐年加大。各子系统间相互影响相互制约，经济和社会发展对自然子系统造成压力，因此2003—2005年，经济和社会子系统收益较慢时，相应的自然子系统收益较快；2005年后，经济和社会子系统增长速率明显加大，但是自然子系统效益出现波动。在未来的发展中需要进一步协调自然、经济和社会子系统间的平衡，使得整个城市引配水系统健康、稳定、高效地发挥其在城市发展中的作用。

基于区块链的联合情报共享机制,各种侦察手段、信息处理中心、武器平台均是网络中的对等节点,其优势一是可以依托共识机制,联合进行目标识别、信息融合、情报印证,共同生成COP,并可将相关情报信息端到端快速直达武器平台进行目标指示,实现对时间敏感目标的快速打击; 二是可以利用区块链信息难以篡改、具备体系抗毁能力等优势,有效抵御信息攻击和节点破坏,实现联合作战条件下战场情报保障的可信、可靠和高效.如图2所示.

时间成本是企业的一项费用支出，其目的为满足市场或客户对压缩时间的要求，是企业进行时间控制工作的必要相关支出。企业压缩时间会产生相关损失和费用支出，财务部门将这些作为核算对象，比较缩短时间增加的收入与时间成本大小，如果增加的收入大于成本，则此项时间成本应该发生，企业的时间管理行为成功。

3.1.2 分散式指挥决策

科学快速决策是联合作战指挥的核心.层级化烟囱式联合筹划的过程是由从联合指挥所到集群指挥所,再到任务部队指挥所从上到下层层明确并分解作战任务,从下向上层层综合,进行任务完成度分析和冲突检查,这一过程可能要多次迭代才能形成可行的作战方案计划.主要问题是跨军兵种指挥机构、跨作战地域通信、跨战役战术和武器平台层级、跨陆海空天电打击领域、跨指挥网和业务网络造成的作战筹划效率低、通信信道不可靠、数据和标准不一致、信息安全隐患大,特别是存在跨网络数字签名和证书难统一[13]的难题.如图3所示.

图1 有中心层级化指挥模式联合情报共享概念图

图2 基于区块链的联合情报共享机制概念图

图3 层级化烟囱式联合筹划概念图

基于区块链的联合决策机制,将参与决策的各军兵种、各层级、各要素作为网络的对等节点.采用统一的哈希算法和非对称加密等方法解决跨网络数字签名和证书一致性的难题,依托区块链的共识机制、智能合约等机制进行分解任务、消解冲突,高效形成最优化的方案计划,并有效解决层级化烟囱式联合筹划中出现的其他种种问题.另外,这种机制还十分便于各级参战部队快速掌握态势、及时了解任务、自动完成协同.如图4所示.

三是技术进步带来的安全风险隐患.一方面,私钥存储在用户终端,存在被窃取的风险; 另一方面,区块链的可信机制大量依赖于现有的各种密码算法,一旦量子计算等新技术得以应用,区块链正在使用的这些加密算法都将会变得苍白无力.

3.1.3 核心武器指挥控制

远程精确打击武器、核武器、空间武器等属于战略武器范畴,对其指挥控制系统的安全、可信、可靠等要求最高,同时也是交战双方赛博攻防争夺的重点领域.以战略核武器反击作战指挥控制为例[14],在集中式指挥控制模式下,战略预警中心接收到预警卫星和雷达的敌方来袭数据后,首先生成预警威胁情报,然后通知作战指挥中心进行反击决策,在已授权的情况下指挥中心向导弹发射控制站发布作战命令,引导导弹武器系统对目标发起攻击.这种集中式的系统指挥链路长,环节多,每个节点都有可能受到信息攻击,使得情报系统、指挥系统和武器系统无法收到信息或接收到错误的信息,导致整个系统失效.如图5所示.

在基于区块链技术的武器控制模式中,所有信息传输必须通过分布式网络中大部分节点的验证,以确认信息是来自合法的发起者.网络内所有的节点都是独立且经过严密措施加密保护的,因此,攻击者必须拥有强大的计算能力,并且必须对大多数节点(取决于阈值设定)发起同步攻击才能奏效.可见,节点越多攻击越难以达成.当节点数量增加后,验证和同步所需要的时间也会相应地增加.如图6所示.

1) 区块链创造了一种新的组织形式,即在无中心的条件下,各个节点能够在没有集中统一操控的情况下,通过共识机制实现了系统的自治,达成信息共享、认知统一、行动一致,实现了所谓的自治,而通过智能合约则可实现体系的自动运行.

图4 基于区块链的联合决策机制概念图

图5 集中式武器控制模式概念图

图6 基于区块链的武器控制模式概念图

3.1.4 作战平台(单元)作战管理

陆军合成营、海军战列舰、空军任务编队等是具备独立作战能力的典型作战平台(单元).目前主要采取集中式的作战管理系统进行管控.例如,美军“阿利· 伯克” 级驱逐舰采用的是著名的宙斯盾作战系统(Aegis Combat System),这是一个中心化的系统,指挥决策系统(Command ＆ Decision System,C＆D)是整个作战系统的核心,集中管控着十余部雷达和声纳等传感器、90 ～96 个导弹发射单元、2 套“密集阵”近防系统、6 个鱼雷发射器以及若干套电子战系统等作战资源.一旦管理控制中心出现故障,将导致全舰陷入混乱.悉尼大学萨尔瓦多·巴博内斯(Babones Salvatore)教授提出了智能“区块链战列舰(blockchain battleships)”的概念[15],称美海军应利用区块链技术,发展“去中心化”的作战管理能力,在保持既有优势的同时,可以减少脆弱性,提高军舰的生存能力.其基本原理是,区块链采用哈希算法将每个数据块中全部内容转换为一个256 位的加密结果,如果两个节点拥有完全相同的哈希值,那么他们保存的数据块肯定是相同的,不必逐个对比区块中每个数据是否相同.区块链这种通过哈希值进行验证的模式,将意味着驱逐舰中各个作战节点,可以通过交换256 位的哈希值来协调作战行动,而且这种速度将是非常快的,可以大幅提升下一代宙斯盾作战系统的决策速度.另外,即使指挥决策系统中心计算机崩溃,这种基于区块链机制的作战节点物联网仍能够协调运作.同样,将这一概念延伸,可以发展出智能“区块链合成营”、“区块链飞机”、“区块链作战单元”等新的模式.

3.1.5 无人蜂群作战管理

由于历史原因，我省旅游业之前一直处在地方保护的环境下，旅游企业尚未建立起现代企业制度，缺乏市场竞争锻炼，旅游产品开发缺乏全要素差异旅游产品，再加上煤炭经济挤压、公平缺失、地方势力盘根错节、旅游业长期被政府忽视等原因，导致目前的沿黄景区、餐饮住宿、购物娱乐等旅游产品多为分割经营，投机现象严重，旅游产业体系薄弱。

随着智能化战争形态的到来,无人蜂群作战已成为典型作战样式.在集中式管理模式下,蜂群系统依托地面控制中心或领弹(机) 集中处理感知信息、进行任务规划、分配作战任务、组织协同攻击.一方面,蜂群一旦与地面控制中心失联或领弹(机)失能(受到干扰或打击),蜂群系统将群龙无首.另一方面,集中控制方式对领弹(机)的忠诚度(可能受到欺骗式干扰)、计算能力(需要大量的全局知识以及对战场态势的融合判断) 和蜂群中个体成员的自主性要求都很高,同时,对从弹(机)与领弹(机)通信链路的依赖性大.上述因素将导致整个蜂群系统的可靠性、可信性和稳定性较弱.如图7所示.

而在基于区块链技术的自主式蜂群作战系统中,蜂群中的每个节点是平等的,无领弹、从弹之分(可能会提高成本).蜂群使用一种共识的、去中心化的分布式方式来进行作战管理,并向蜂群的所有节点广播全局知识.蜂群的各个节点共同形成COP 并进行信息共享,并按照预设的共识机制和智能合约分配任务、进行协同感知、协同决策、协同打击.如图8所示.

3.2 关键技术

总体来讲,军事区块链的发展必须植根于民用区块链关键技术的突破,应用的不断成熟和生态的不断完善.同时,必须结合军事应用自身的特点和要求,突破专用关键技术.研究认为主要包括以下几个方面.

图7 蜂群集中式管理模式概念图

图8 基于区块链的自主式武器控制模式概念图

1)军事区块链体系设计技术.要针对应用场景的运行特点和军事系统的使用要求,把握区块链技术的本质和核心,从现行模式的矛盾问题出发,找准效益与效率的平衡点,在区块链基本架构和模式下,研究设计节点赋权、高强加密、信息分级、分区治理、多链融合的军事区块链技术体系结构.

2)军事区块链密码加密技术.军事区块链对信息传输、存储、处理中保密的要求更高,要围绕这一要求进行查缺补漏,实现全程信息安全可信.例如,如何保证私钥的绝对安全,如何解决跨网络统一数字签名和认证,如何将军事密码体系与区块链加密机制有机融合等.高度关注格密码技术应用研究,提高密码抗量子计算攻击的能力.另外,还要紧前开展量子加密技术的应用研究.

3)军事区块链共识认证技术.区分作战指挥、作战保障、资源管控等不同的应用场景,合理设定可信节点比例,科学设计动态博弈算法和激励机制,有效剔除恶意节点,快速达成决策最优.特别是要完善共识算法和机制,有效解决速度与并发的矛盾,提高工作效率.

3.线栓的制备：采用2号尼龙钓鱼线(直径0.234 mm)，剪成12 cm长的线段，参照何芳雁等[4]介绍的石蜡线栓的选择与制作方法进行改进。取熔点为56 ℃固体石蜡一块，放入20 ml小烧杯中，烧灼烧杯底部使石蜡融化，待石蜡将要凝固时，将线栓一端长约5 mm的一段浸入石蜡液中并迅速提起，在空气中瞬间冷却凝固的石蜡可牢牢粘附在尼龙线一端的表面，可反复多次浸蘸。千分尺测量线栓头端直径0.50～0.55 mm，并在距线栓头端6 cm处做标记，线栓的制备在实验前1 d进行。

4)军事区块链智能合约技术.针对作战指挥、作战保障、资源管控等不同应用场景,基于区块链的运行模式,再造军事区块链的运行协议.当前,区块链所谓的智能合约是基于编程模式的,其“智能”实际上还是“自动”,是Smart 还达不到Intelligence.要将机器学习等最新人工智能技术引入军事区块链,实现智能合约从基于脚本向基于算法转变,真正提高智能化水平.

5)军事区块链可靠通信技术.军事区块链存在窄带不稳定信道应用场景,在依托区块链现有机制达成通信容错的基础上,还要着眼大规模通信阻断等恶劣条件,研究手段被毁、信道被扰以及主动静默等情况下,保底传输、重发转发、断点续传等方法策略如何与共识机制和智能合约有机融合,在确保安全的前提下,从信道、协议、数据多层次综合施策,提高区块链通信系统的弹性、韧性.

3.3 推进方法

为使军事区块链应用尽快落地见效,需要综合施策,统筹推进.

1)成立军事区块链管理机构.规范、指导、协调、监管区块链技术军事应用.制定相关政策法规,完善区块链需求— 规划— 预算— 执行— 评估管理链路.美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA) 实际扮演了这一角色.近年来,DARPA 已在国防领域组织开展了多个区块链项目的研究[16].

在重庆市万州区“商贸重镇”，长年活跃着一支作风优良、业务过硬的“尖刀班”—重庆市食品药品监管局万州区分局高笋塘监管所。在人少点多战线长，困难和诱惑面前，他们能够用铁的纪律约束自己，凭借坚强意志和技术手段，谱写了食品药品监管新篇章。

2) 开展军事区块链顶层设计.进行区块链技术军事应用需求分析、风险分析,构建总体架构、制定标准规范、发布战略规划、设计发展路线图.2017年12 月,美国总统特朗普批准的《2018 财年国防授权法案》,授权国防部开展军事区块链相关技术研究.2019 年7 月12 日,美国国防部(United States Department of Defense,DoD)发布了《国防部数字现代化战略(FY19-23)》[17],这份文件被认为是美军区块链技术的四年发展路线图.

3)建立军事区块链实验室.统领军事区块链技术的研发、示范验证、检验评估等工作.俄罗斯《消息报》报道[18],俄罗斯国家军事技术研究机构“时代”(The ERA)正在启动一个国防区块链技术实验室,由俄罗斯总参谋部监管,初步将雇用大约200 多名科学家.

4)开展军事区块链试点建设.先期选取典型应用进行演示验证,技术成熟后再逐步推广应用.据报道[19],美国、北约、俄罗斯、韩国等国家和组织,分别在国防信息安全、弹性通信、军事物流、电子战等领域开展区块链技术示范验证.

4 结论

实际上,区块链技术在民用领域仍然处于起步阶段,军事应用尚有很长的路要走.推进区块链军事应用创新,必须首先构建良好的生态环境,观念、体制、机制、技术、保障和管理一个也不能少.

托马斯·库恩(Thomas S.Kuhn)在《科学革命的结构》(The Structure of Scientifi Revolution)[20]一书中,用范式这个概念来解释科学的产生与发展,他认为科学是通过革命,也就是范式的转变而发展的.军事革命同样也是这个道理.区块链技术是加速军事革命的催化剂,甚至是撬动下一次军事革命的魔棒.我们必须未雨绸缪、坚定信心、抓住机遇、抢占先机.