基于区块链的装备智能保障技术研究

曾照洋 林聪 周扬 贾治宇

0引言

随着人工智能技术等的发展，未来战争形态的走势必然是朝着敏捷作战、体系对抗等概念发展，而“作战牵引保障，保障服务作战”的要求决定了装备保障技术必须要适应快速高效、一体化协同的保障需求。未来装备保障领域将会大量使用智能作业终端、远程支援设备、敏捷决策系统、自主供应网络等保障要素，而想要将这些在空间上分散部署的保障要素进行串联与组合，就必须通过数据这条“无形的线索”。但是，传统的数据管理与交换方式过度依赖中心节点，在“网络战”的威胁下，数据中心的安全可信受到了巨大挑战。以美军为例[1]，其通信指挥系统、后勤保障供应系统都会因为受到数据侧的攻击而导致能力降级。数据的安全共享、可靠传输已成为军事智能保障技术发展和应用过程中首先要解决的问题。

近年来，智能化技术创新的驱动力正从移动网络、大数据、云计算、神经网络等平台层级下沉到区块链这一底层技术层级，区块链有望成为信息互联网向价值互联网过渡的标志性技术[1]。在此背景下，2019年10月，习近平总书记在主持中共中央政治局第十八次集体学习时强调：“全球主要国家都在加快布局区块链技术发展，我国要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口”。无独有偶，2019年12月，美国国会通过的《2020财政年度国防授权法》[3]中要求国防研究与工程部副部长需向国防委员会进一步说明区块链技术在国防领域的潜在用途，包括：①如何基于区块链分布式特征提高能源、水资源以及交通运输等关键基础设施的网络安全；②如何基于区块链的共识机制进行决策以降低单点失效造成的影响；③如何基于区块链的智能合约提高后勤和供应链的运作效率；④如何基于区块链的加密技术提高采办审计的透明度等。

综上所述，区块链为解决数据共享、数据安全、数据防篡改、数据溯源等一系列装备保障工作中的“卡脖子”问题提供了可能性，是实现智能化保障的基础性技术。

1当前装备保障模式下保障数据的核心痛点

当前装备保障模式主要是基于军队体制编制和作战区域、规模、方向及作战预案而设计的，通常是战前配置、战时调整，其保障对象相对固定，保障层级较多，随机调整难度大，保障灵活性不足，难以适应快节奏、多变化的未来战场[4]。在保障数据的使用和管理方面存在以下核心痛点，见图 1。

1）维修保障数据更新迟滞。当前在很多一线装备使用方，保障人员一般都忙于保障作业而疏于数据记录，并且维修保障信息的现场记录仍停留在纸质形式，保障人员通常都是在执行完一天的任务后，才将相关记录“誊写”入保障信息系统，导致故障情境、作业过程、细节参数等数据的缺失和遗漏，造成装备的维修保障数据不完整、不充分、更新速度延迟。

2）装备使用数据交换困难。当前装备的使用技术状态、保障作业与资源等使用数据还无法全面反馈回研制单位，装备研制单位与使用单位之间信息不对称，导致难以实施真正的全寿命周期数据管理，不利于装备质量的持续保持与改进提升，造成装备技术资料更新困难，影响装备的作战适用性。

3）数据防篡改/可追溯性差。当前在获取保障数据时，仍存在很多环节会导致数据“错漏”情况的发生，甚至存在篡改数据的可能性。这主要是因为数据获取的过程中人为参与程度较高，并且没有形成完整的数据追溯链条，使得保障决策的输入信息不准确，导致无法实现保障流程精准衔接的要求。

4）数据存储分散但中心化严重。当前各个保障站点的资源数据、装备数据、人力数据、库存数据等都分散存储在各自的信息系统中，不利于掌握全局情况和制定统一的保障决策。此外，由于保障数据的获取主要是通过这些中心节点，一旦数据中心遭到攻击或数据被篡改则会对数据的安全性和可信度造成影响。

上述这些问题，表面上看是管理体制机制的原因，但究其本质是因为缺少可信、可控的数据管理與交换技术手段作为支撑。区块链对于解决数据的可信、可追溯、防篡改等问题存在天然的技术优势，有利于强化保障系统的数据安全，避免单一数据中心遭到破坏对保障决策造成影响。此外，区块链的去中心化特点也适应未来跨区域、体系化作战需求。

2区块链契合智能保障技术的应用需求

应用智能保障技术的主要目标是希望能够在“准确的时间、准确的地点，为作战装备提供数量准确的保障要素，减少人在复杂战场环境下所做出的错误决策”。这就要求未来的装备保障模式必须考虑到保障数据的完整性，具有备份存储、安全加密、自主交换等数据保护机制。而区块链技术的去中心化、防篡改、智能合约等特性[5]能够从根本上满足上述需求，见图 2。

1）去中心化特性契合保障网络抗毁生存的柔性需求

扁平化的保障网络是未来智能保障模式的基本组成形式，通过“按需取用”在空间上分散的各类保障要素，定向流动数据需求从而实现保障任务的传递与分配。在此过程中，保障网络应能对数据进行多重备份，避免因数据中心遭受攻击而使保障网络瘫痪。由于区块链采取分布式核算和存储，每一个参与任务的保障要素都可以存储完整的数据备份，当一个节点出现问题，其他节点会继续数据的更新和存储，保证全部保障信息不会丢失，从而将数据共享给临时保障要素，使整个网络更具柔性特征。

2）防篡改特性契合保障资源精确调度的可追溯需求

供应保障是未来智能化保障模式下的主要场景，而数据不可篡改则是实现精确调度的基础。保障数据安全所面临的威胁已不仅仅表现在对数据存储介质的打击，还表现在对原始数据生成和传递过程的攻击。由于区块链是通过设置节点共识机制、依靠非对称加密算法来完成节点间的数据共享，数据改写过程全程可追溯，因此区块链适应于在不可靠的网络环境下运行/维护数据。在供应保障场景中，通过设置共识机制可以完整记录资源调度信息，避免敌方采取各种信息插入手段发布虚假供应指令和资源需求，使本已复杂的战场变得更加混乱。

3）智能合约特性契合保障流程自主衔接的管控需求

传统装备保障模式下，保障流程的传递过程需要人工审批/决策参与，而层级化的审批/决策过程会严重影响保障任务的时效性，特别是在实战环境下，当保障需求激增时，上层决策压力加大，进一步影响保障流程的审批效率，甚至有可能影响战局的发展。智能合约是区块链的一项主要关键技术，通过将预先协调一致的协议进行规范化，使得区块链的任何参与者能够自动安全地验证和交换数据。智能合约是实现保障需求快速响应、保障流程高效传递的主要管控途径。

综上，在区块链这一底层数据管理技术的加持下，未来的智能化保障模式能够全面掌握瞬息万变的战场情况，通过综合衡量保障需求的轻重缓急，实施快速、灵活、不间断的全程保障，从而实现以最少的保障资源满足最大的保障需求、以最小的保障时差保证最优的保障时效的目标。区块链在未来智能化保障模式下的应用方兴未艾[6]。

3基于区块链的智能保障技术应用构想

从上述分析中可以看出，区块链技术主要解决的是数据管理模式的问题。在未来智能化保障模式下，区块链将在供应链物流管理、技术状态管理、交付数据更新管理、PBL合同管理等方面有广阔的应用前景。

1）供应链物流管理

军事装备是一系列复杂的生产、制造和物资供应的最终产物，因此必须保证物资供应和装备维修过程的数据安全，否则，如果某些物料信息（如材料批号）被篡改，将会对装备的质量造成严重威胁。明智的对手总是能够以最小的代价给我军装备造成重大的打击。近年来，美军多次遇到假冒或不合格组件进入供应链的事件[1]。

区块链技术通过在供应源头和目的地之间建立公开、共享、可追溯的数据传输机制，促使采办生态系统更加可信。在世界范围内，一些大型制造、物流企业已开始转向使用区块链技术对供应链进行“跟踪”，这些系统为潜在的国防供应链提供了应用区块链的借鉴。

2）技术状态管理

军事装备交付使用后研制单位仅能获得非常有限的装备技术状态数据，甚至在军方用户内部也难以实现数据的交换，这主要是出于军方信息安全的考量[7]。但是这种模式却不利于装备质量的提升，研制单位无法获得有价值的数据对维修保障流程和活动进行优化改良。

通过利用区块链技术构建私有链，军方用户可以为相关研制单位授权数据接入范围，使得数据可以在有限范围内进行共享，研制单位可利用数据对装备的故障分析和改进，有针对性地改善质量问题，实现对装备技术状态的有效管理。同时军方用户之间也可以通过构建公有链，共享本部装备和保障资源的状态信息，为支撑跨区域联合作战提供可能。

3）交付数据更新管理

当前军事装备的交付数据更新的时效性较差，主要更新方式仍停留在通過存储介质逐一对相关数据进行更新。以交互式电子手册软件系统（IETM）设备为例，数据初次灌装入设备后如需更新，需供应商逐一对每一台设备的数据包进行更新。若设备部署分布在多个用户，则各个用户之间的数据版本会存在差异，影响使用效果。

区块链技术可以通过将部队用户的终端IETM设备与供应商相关部门进行组网。一方面，可以使每台设备都能够将其发现的数据问题进行共享，提醒其他部队用户注意相关数据问题；另一方面，能够及时将外场的数据问题反馈给供应商，使得供应商有针对性地更新IETM设备的相关数据模块，并将更新后的版本返回给所有相关设备。从而解决“一批”设备的数据错漏问题。

4）PBL合同管理

基于性能的保障（PBL）采办模式的优势来自于财务激励和合同期激励。在传统的合同方式下，承包商并不清楚自己每年会从军方拿到多少业务，因为军方并不愿意签署长期合同或确保合同的额度。在这种短期性因素的影响下，承包商的一些降低长期费用的举措往往会半途而废。而在长期的PBL合同条件下，承包商就有了落实其降低成本想法的各种机会，可以拿出更多资金来采购高质量的零部件或改善修理过程。这样做不仅可以直接或间接降低承包商的保障成本，也有利于提高军方所需要的战备完好性等指标。

此外，PBL合同条款内容比传统合同条款规定更细致，完全由人来管理难免会产生监管漏洞或监管不及时的情况。而且，合同条款内容往往是与各种业务活动所产生的数据相关，对数据的可信程度提出了很高的要求，因为这会直接影响到判定合同条款履约/违约的依据。因此，利用区块链技术的去中心化、不可篡改、可追溯等特征，构建分布式数据架构，将PBL合同条款涉及的业务活动进行关联，实现数据的共享。同时，利用区块链技术中的智能合约，将PBL的合同条款数据化，实现对合同进行智能管理。一方面，能够避免合同条款的监管漏洞，另一方面可以将履约激励或违约惩罚在一定范围内进行传播，从而敦促所有参与者持续提升装备质量。

4区块链在智能保障技术应用中需解决的难题

与传统的数据管理模式相比，区块链尚处于技术发展的初期阶段，在数据吞吐量、并发处理、访问控制以及可扩展性方面还存在较大差距。从某种意义上讲，区块链是以牺牲存储空间、访问速度和整体效率换取数据安全和信任的新型信息技术，主要适用于低频度使用、安全性要求高、时效性较低、数据量较小的军事应用场景。因此区块链应用于装备保障领域时也存在一定的局限性，需要从技术层面解决以下瓶颈问题。

1）信息受控与全网皆知的矛盾

在民用领域，区块链在运行共识机制时，会将账本信息广播至网络内所有节点，具有信息透明、用户匿名的特点。而这点与军事信息按等级进行管理、控制知悉范围的要求相矛盾。因此，装备保障区块链宜采用公有链、联盟链、私有链相互嵌套交叉的组织形式对保障信息进行分级，定制共识机制并开发智能合约，从而实现按需分发数据。

2）网络节点有限与易受饱和攻击的矛盾

与民用领域面向全社会不同，区块链在装备保障中应用是规模降低了系统安全性。例如，比特币节点数量在2018年以后一直稳定在10000个左右，其网络安全受控节点的比例定在51%，即便如此，2018年5月，仍发生了51%以上的节点被恶意控制，比特币黄金遭遇双重支付的攻击。相比之下，军用领域节点比较有限，且更容易受到饱和式攻击[8]。因此，必须合理设定区块链在装备保障领域的安全受控节点比例，有针对性地完善识别和验证算法，从而提高容错能力。

3）复杂数据同步机制和战时高实效性的矛盾

区块链中每一次数据修改，都要求系统内所有节点同步更新账本数据。例如，比特币系统达成一次共识的循环周期约为10分钟，但仍需要延迟6个区块后才能正式记帐，前后长达1小时。如果在作战条件下，短时间内多次保障数据交换，就会占用大量带宽并可能造成网络堵塞，进一步延长数据更新时间。因此，在基于区块链设计智能保障模式时，要注意控制去中心化程度，利用私有链和联盟链降低共识机制的复杂性[9]。

5结束语

区块链技术的出现为推动军事智能化发展提供了新的契机[10]。未来装备保障模式必然是朝着智能化方向发展，因此，保障的体系架构、管理方法、作业手段等方面都必须适应区块链引发的技术变革。本文首先分析了当前保障数据管理方面存在的核心痛点，指出发展智能保障技术要解决数据的安全与共享问题；其次分析了区块链技术特点与智能化保障模式技术需求的匹配性；再次对基于区块链的军事智能保障技术的几种应用构想进行了描述；最后对在军事保障领域应用区块链技术所需要解决的难题进行了归纳。

区块链作为一种底层的技术框架，其基本的实现原理都是相同的，但是，需要结合装备保障的具体场景、规则、流程进行有针对性的设计，才能使区块链更加适应智能化保障模式的需求。区块链技术是实现数据安全和共享的颠覆性技术，在未来智能化保障模式前景广阔，我们应抓住机遇、提前布局，力争实现弯道超车。

参考文献

[1] Value Technology Foundation. POTENTIAL USES OF BLOCKCHAIN BY THE U.S. DEPARTMENT OF DEFENSE[R]. US Department of Defense， 2020.

[2] SWAN M， DE FILIPPI P. Toward a philosophy of blockchain： A symposium： introduction[J]. Metaphilosophy， 2017， 48（5）： 603-619.

[3] N AT I O N A L D E F E N S E AUTHORIZATION ACTFOR FISCAL YEAR 2020[R]， https：//docs.house. gov/billsthisweek/20191209/CRPT-116hrpt333.pdf

[4] 李长海， 吴睿智. 人工智能如何影响装备保障[N]. 解放军报， 2019-2-21（007）.

[5] BONNEAU J， MILLER A， CLARK J， et al. SoK： Research perspectives and challenges for Bitcoin and cryptocurrencies[C]. In： Proceedings of 2015 IEEE Symposium on Security and Privacy （SP 2015）. IEEE， 2015：104–121.

[6] 何俊林， 区块链军事应用方兴未艾[N]. 解放军报， 2020-1-7（007）.

[7] 王飞跃， 袁勇， 王帅， 等. 军事区块链： 从不对称的战争到对称的和平[J]. 指挥与控制学报， 2018， 4（3）： 175- 182.

[8] 赵国宏. 军事区块链研究[J].《指挥与控制学报》， 2019， 5（4）： 259-268.

[9] 袁艺， 史慧敏， 李志飛. 区块链如何影响现代军事[N]. 解放军报， 2019-11-21（007）.

[10] 侯嘉斌， 李军. 区块链技术的军事应用前景[J]. 中国信息安全， 2019， 110（02）：110-113.

作者简介

曾照洋，研究员。主要研究方向：装备综合保障。

林聪，高级工程师。主要研究方向：智能保障决策。

周扬，高级工程师。主要研究方向：保障数据模型。

贾治宇，高级工程师。主要研究方向：保障效能仿真。

*基金项目：装备综合保障技术重点实验室稳定支持项目（61420030301）