基于区块链技术的舰艇自防御系统构建探析

刘海亮

（91404部队92分队，河北 秦皇岛 066000）

区块链技术是近几年产生的一种与人工智能、量子信息、物联网同等重要的新一代信息技术，极大可能对经济社会运行模式产生颠覆性影响。虽然军事领域有其特殊性，但并不妨碍探索区块链技术在军事领域中的应用，该技术同样在军事领域有着广阔的发展前景。

1 区块链技术

1.1 区块链概念和原理

区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证不可篡改和不可伪造的分布式账本。通俗的说，区块链技术是一种涵盖分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式[1]。

区块链技术原理的来源可归纳为一个数学问题——拜占庭将军问题。拜占庭将军问题延伸到互联网生活中来，其内涵可概括为：在互联网大背景下，当需要与不熟悉的对手方进行价值交换活动时，人们如何才能防止不会被其中的恶意破坏者欺骗、迷惑从而作出错误的决策。进一步将拜占庭将军问题延伸到技术领域中来，其内涵可概括为：在缺少可信任的中央节点和可信任的通道的情况下，分布在网络中的各个节点应如何达成共识。

区块链技术具有去中心化、不可篡改、公开透明、集体维护、可以追溯、全程留痕等特性。

1.2 区块链技术在军事领域的应用现状

当前，区块链技术已成为与人工智能、量子信息、物联网同等重要，并可能产生颠覆性影响的新一代信息技术。同其他新兴技术产生后必然运用于军事领域一样，区块链技术在军事领域同样有着广阔的应用发展前景，其在军事领域取得应用突破，势必产生深刻影响[2]。

但是，区块链应用于军事领域还存在一些困难，原因如下：①军队指挥权是从上到下指定的，是中心式的、层级式的与区块链的去中心化相矛盾；②军事信息是机密的，具有等级划分和不透明性，这与区块链的透明性和全网共识特性矛盾；③军事通信一般是无线、高速的，而区块链要求网络稳定，计算性能较差，影响响应时间。

尽管区块链技术在军事应用中存在这样那样的问题，但是并不妨碍利用区块链思想和技术去探索在军事中的应用。

本文认为可以暂时避开区块链的技术缺点，利用其优点，在局部范围去尝试探索将区块链技术应用于军事领域。当然，也需要找到这样一片军事领域，其适合使用区块链技术进行改造升级，舰艇自防御系统正是适合利用区块链技术进行改造升级的军事领域。因为舰艇本身范围较小，局限于局域网内；另外舰艇自防御系统要求的自动化程度高，减少人工干预的特性天然与区块链技术特点重合。

2 舰艇自防御系统介绍

舰艇自防御系统的目的就是要实现从发现反舰巡航导弹到与其交战整个过程的自动化，减少人工干预，缩短反应时间[3]。

2.1 舰艇自防御系统的组成及关键技术

自防御系统由软件和商用成品硬件组成，并将探测、控制和交战系统集成起来。它主要包括局域网、局域网存取装置、计算机程序和操作显控台等部分，在面对反舰巡航导弹威胁时，具有自动、快速反应、多目标交战能力。舰艇自防御系统的前端与探测部分接口主要有雷达、电子支援设备、红外搜索与跟踪设备以及集中式敌我识别器，其后端与交战部分接口主要有滚动弹体导弹、“密集阵”近程武器系统以及诱饵发射系统[3]。

舰艇自防御系统内有三种显控台：在传感器显控台上，传感器监控人员可以操作、控制并协调自动化准则，根据自然环境和战术态势，指挥传感器的运行；战术作战显控台显示战术计划和系统状态控制，可指令所有舰艇自防御系统的自动性能；在探测和交战过程中，战术作战系统可键入并使用战术准则，这些准则包括航迹评估参数、武器交战参数和电子战非交战区域；武器监控显控台能连续观察武器状态，控制所有电子干扰、导弹和舰炮，武器监控在战术作战的指令下，能控制威胁选择和交战决策过程[3]。

除了在协同交战能力中的多传感器数据融合、复合航迹形成等问题，舰艇自防御系统的关键技术主要体现在武器分配过程中，其中的难点是如何实现实时武器调度。舰艇自防御系统中涉及多种高速输入以及不同射程、不同效率的多种硬、软杀伤（如箔条）武器，同时目标类型和杀伤概率曲线都存在不确定性。另外，由于传感器的局限性和及时性要求，系统有时很难对面临的威胁作出完全确定的决策。更为困难的是，各种自防御资源都存在各自的局限和制约，不可能总是以最优的方式来使用它们。经常出现的冲突是：某个武器系统不能按照理想的计划，对两个或两个以上的不同目标进行发射，自防御系统需要系统地解决这些冲突，克服自防御资源的物理限制[3]。

图1展示了当前传统舰艇防御系统的防御流程。这种集中式的防御系统首先需要收到防空和导弹防御雷达系统和集成光监视系统发现威胁的信息，然后将信息传送到系统状态显示控制台和战术作战显控台，舰艇人员根据系统状态和上级命令操作战术作战控制台，下发指令进行防御或进行远近距离攻击。

图1 传统舰艇防御系统示意图

2.2 舰艇自防御系统存在的问题

通过前文叙述可知，当前舰艇防御系统存在一些问题：①当前舰艇防御系统为半自动化的防御系统，需要有人员干预；②当前舰艇防御系统还是集中式控制，并没有实现传感监视系统与系统状态显示，操作武器进行防御，从而进行很好的自动协调操作；③现在舰艇防御系统容易遭受外部攻击者对单个漏洞进行攻击，使指挥失效或者被诱骗执行错误的操作，无法及时响应发现的威胁。

3 利用区块链技术构建舰艇自防御系统

3.1 构建方法

针对舰艇防御系统存在的问题，提出利用区块链思想及技术构建舰艇自防御系统，以便能够解决这些问题。针对问题①，可以利用区块链技术的智能合约技术实现自动化。而对于问题②和问题③，区块链本身的去中心化和不可篡改特性可以解决。可以将整个舰艇网络作为一个独立的区块链网络，监测侦察系统、战术作战系统和系统状态显示系统都存在于这个区块链网络中，通过共识算法彼此验证彼此信任。利用区块链构建的舰艇自防御系统假想图如图2所示。

图2 利用区块链技术构建的舰艇自动防御系统

如图2所示，整个舰艇网络处于一个私有的区块链网络中，这样能够保证侦测系统、决策系统和武器系统能够通过共识算法相互信任，同时使间谍活动不易攻破区块链网络。由于侦测系统、决策系统和武器系统处于同一私有区块链网络，能够协调运作，这时只需要一个系统状态显控台即可，当然这里也提供手动操作接口，以便必要时进行人工干预操作。

3.2 优势特点

首先，防空和导弹防御雷达系统和集成光监视系统通过传感器侦测到敌情信息，并在整个区块链网络进行传播，决策系统通过共识算法判别敌情信息正确性，并进行自主决策，同时对决策信息进行告警，以便系统状态控制台监控人员可进行人工干预操作，进行决策纠偏。在没有人工干预情况下，武器系统通过共识算法识别，并验证决策信息正确性，并利用智能合约技术自动协调近程和远程武器系统进行防御。在整个过程中，只有在决策系统会有人机接口以供人工干预决策，其他过程全部通过区块链技术识别验证并自动完成，增强系统的自动化及响应速度，提高舰艇自防御系统的性能。

4 结论与展望

综上，利用区块链技术可以构建舰艇自防御系统，增强系统的自动化程度及响应速度，提高间谍活动攻破私有区块链网络的难度，甚至不能被攻破。

当然，利用区块链构建舰艇自防御系统也存在一些问题。比如，在决策系统告警时，存在人机接口以纠偏自动决策系统可能出现的问题，这个人机接口的设计会影响自动决策机制以及响应速度，要设计合理的接口等待时间。同时，利用区块链技术建立的舰艇自防御系统缺少与上级指挥系统的联系，这样的自防御系统只能自作战，还需要有与上级指挥系统的接口，但是这个接口如何设计也有待进一步研究。

实际上，区块链技术在民用和军事领域应用都处于起步探索阶段。随着区块链技术的进一步成熟，会加速区块链对军事领域的革命，进而能够解决区块链技术构建舰艇自防御系统存在的缺陷和问题。