劉 楠 何 為

內(nèi)容提要：區(qū)塊鏈技術(shù)是當(dāng)前各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)信息技術(shù)，具有采取分布式結(jié)構(gòu)確保信息真實(shí)、運(yùn)用共識(shí)算法建立容錯(cuò)機(jī)制、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)合約驗(yàn)證避免交易風(fēng)險(xiǎn)、發(fā)放工作量證明激勵(lì)用戶參與四大特征。該技術(shù)的軍事價(jià)值主要體現(xiàn)在能夠提供安全可信的信息傳輸、穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、快速有效的反應(yīng)機(jī)制、真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景，即優(yōu)化指揮通信體系、實(shí)時(shí)掌控部隊(duì)實(shí)力、全程監(jiān)管裝備狀態(tài)、有效增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全。

區(qū)塊鏈（Blockchain）作為當(dāng)前的信息技術(shù)熱點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。美軍已經(jīng)開始重視區(qū)塊鏈技術(shù)的軍事價(jià)值。2017年9月，美軍《空天力量》雜志刊發(fā)了題為《可信賴的數(shù)據(jù)：區(qū)塊鏈技術(shù)》的文章，認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)可以提升數(shù)據(jù)安全，能夠增強(qiáng)美軍各種武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。研究區(qū)塊鏈技術(shù)的軍事價(jià)值及其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)軍隊(duì)信息化建設(shè)具有重要意義。

一、區(qū)塊鏈技術(shù)的概念及特征

區(qū)塊鏈技術(shù)不是單一的新技術(shù)，而是將分布式計(jì)算、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件工程等計(jì)算機(jī)多領(lǐng)域成熟技術(shù)的綜合運(yùn)用。

（一）區(qū)塊鏈技術(shù)的基本概念

區(qū)塊鏈的發(fā)展大致經(jīng)過(guò)“比特幣”“以太坊”，以及在政府、工業(yè)、文化等領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用這三個(gè)階段。其技術(shù)的基本概念，即在網(wǎng)絡(luò)中形成可分散存儲(chǔ)的防偽電子賬頁(yè)，核心是將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中常見的區(qū)塊（Block）和鏈（Chain）兩種結(jié)構(gòu)組合在一起，作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本單元，并采用復(fù)雜的驗(yàn)證算法和分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，確保數(shù)據(jù)安全可靠。

（二）區(qū)塊鏈技術(shù)的主要特征

區(qū)塊鏈技術(shù)具有四大主要特征。

1.采取分布式結(jié)構(gòu)，確保信息真實(shí)

區(qū)塊鏈的每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊，可分為“區(qū)塊頭”和“區(qū)塊體”兩部分。其中，區(qū)塊頭包含了數(shù)據(jù)防偽驗(yàn)證信息和與其他區(qū)塊的關(guān)聯(lián)位置，區(qū)塊體是存儲(chǔ)交易數(shù)據(jù)的主體部分。

圖1 典型的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)圖

典型的區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)，區(qū)塊頭中包含版本號(hào)、前一區(qū)塊地址、時(shí)間戳、隨機(jī)數(shù)、當(dāng)前區(qū)塊哈希（hash）值、Merkle樹根值等信息。其中版本號(hào)、時(shí)間戳、隨機(jī)數(shù)用于確認(rèn)區(qū)塊是唯一的。當(dāng)前區(qū)塊哈希值，是將區(qū)塊體中的全部?jī)?nèi)容以特殊的加密算法轉(zhuǎn)換為指定長(zhǎng)度的字符串。指向前一區(qū)塊地址，即在區(qū)塊頭中記錄前一地址的哈希值。下一區(qū)塊產(chǎn)生時(shí)，會(huì)把當(dāng)前區(qū)塊哈希值記錄下來(lái)。

區(qū)塊體中逐條保存了交易記錄。包括交易的輸入方、輸出方、數(shù)量、時(shí)間等信息。交易記錄的備注欄里可寫入文本內(nèi)容，因此，也可通過(guò)交易來(lái)保存文本資料。這些交易記錄將成為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的一部分，無(wú)法被篡改，從而保證信息的真實(shí)有效。

2.運(yùn)用共識(shí)算法，建立容錯(cuò)機(jī)制

傳統(tǒng)中心化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，多采用樹狀結(jié)構(gòu)，會(huì)有一個(gè)或多個(gè)可信的中心節(jié)點(diǎn)。但如果因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)故障等原因，中心節(jié)點(diǎn)失效，則網(wǎng)絡(luò)陷于癱瘓。區(qū)塊鏈技術(shù)采用分布式架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)在“去中心化”狀態(tài)下的穩(wěn)定運(yùn)行。

在異步通信的分布式網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)，設(shè)定前提以簡(jiǎn)化運(yùn)算的方法，便可解決數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠傳輸?shù)膯栴}。主要分兩種思路：一種思路是“實(shí)用拜占庭容錯(cuò)機(jī)制”（Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT）。 假設(shè)最多有m個(gè)故障節(jié)點(diǎn)會(huì)拒絕響應(yīng)或響應(yīng)錯(cuò)誤信息，那么，網(wǎng)絡(luò)總節(jié)點(diǎn)數(shù)至少為3m+1，用戶同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)發(fā)出請(qǐng)求，各節(jié)點(diǎn)接收后不直接響應(yīng)，而是向網(wǎng)絡(luò)中其他所有節(jié)點(diǎn)發(fā)出二次請(qǐng)求，各節(jié)點(diǎn)接收到二次請(qǐng)求后，再響應(yīng)用戶。這樣，如果某種響應(yīng)數(shù)量達(dá)到m+1以上，則該響應(yīng)為正確結(jié)果。

另一種思路是采用“選舉機(jī)制”。例如，Raft共識(shí)算法是通過(guò)選舉，在節(jié)點(diǎn)中選擇出領(lǐng)導(dǎo)者，其他節(jié)點(diǎn)為跟隨者。一段時(shí)間后，如果節(jié)點(diǎn)無(wú)法獲取領(lǐng)導(dǎo)者信息，則可發(fā)起投票，各節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為候選人身份，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的已知節(jié)點(diǎn)情況進(jìn)行投票，選舉出新的領(lǐng)導(dǎo)者和跟隨者。這種機(jī)制解決了網(wǎng)絡(luò)故障和部分節(jié)點(diǎn)離線時(shí)的網(wǎng)絡(luò)共識(shí)問題。

3.通過(guò)網(wǎng)絡(luò)合約驗(yàn)證，避免交易風(fēng)險(xiǎn)

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的“去中心化”分布式結(jié)構(gòu)，缺少一個(gè)公認(rèn)可信的金融中心來(lái)提供信用授權(quán)和交易管理。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下進(jìn)行交易，要防止“一錢雙花”問題。即，交易者利用信息不對(duì)稱或時(shí)間差，同時(shí)和兩個(gè)人交易，實(shí)現(xiàn)欺詐行為。

圖2 實(shí)用拜占庭容錯(cuò)機(jī)制的原理圖

區(qū)塊鏈技術(shù)主要是通過(guò)采用合約驗(yàn)證機(jī)制，來(lái)解決這個(gè)問題。一次完整的交易，包括發(fā)起交易、網(wǎng)絡(luò)廣播、公眾驗(yàn)證、記錄賬本、返回結(jié)果的過(guò)程。開始交易后，交易者將需要公眾驗(yàn)證的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播，網(wǎng)絡(luò)中的其他用戶接收后進(jìn)行驗(yàn)證，再將驗(yàn)證結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳播，獲得共識(shí)后，記錄到這一時(shí)間段產(chǎn)生的區(qū)塊鏈中。一旦寫入?yún)^(qū)塊鏈，即成為所有人手中的永久記錄，無(wú)法篡改。這樣，將私下交易變?yōu)榻挥晒姳O(jiān)督下的網(wǎng)絡(luò)共識(shí)，確保了交易的安全透明。

4.發(fā)放工作量證明，激勵(lì)用戶參與

區(qū)塊鏈技術(shù)通過(guò)公眾來(lái)驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)上的交易活動(dòng)，采用“工作量證明”（Proof of Work, PoW）機(jī)制來(lái)實(shí)施激勵(lì)。每名用戶都可把一組交易信息寫入自己持有的賬本，并采用公開的算法進(jìn)行加密計(jì)算，在滿足特定要求后，生成新的區(qū)塊；用戶在網(wǎng)絡(luò)上公布計(jì)算結(jié)果，其他用戶可對(duì)不同用戶公布出的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，選擇最優(yōu)結(jié)果作為自己下一步計(jì)算的依據(jù)。這樣，在網(wǎng)絡(luò)中保留下來(lái)的每個(gè)區(qū)塊，都是當(dāng)時(shí)最優(yōu)并獲得共識(shí)的結(jié)果。區(qū)塊生產(chǎn)者可在區(qū)塊中記錄一份工作量證明，并把這份工作量證明用于交易，即成為“比特幣”。

此外，網(wǎng)絡(luò)交易活動(dòng)中，還可通過(guò)“燃料”機(jī)制實(shí)施激勵(lì)。即通過(guò)高性能計(jì)算機(jī)集群促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力的提升，從而獲得一定數(shù)量“燃料”。在用戶參與活動(dòng)時(shí)，都被要求附帶一定數(shù)量燃料，其他用戶分享到燃料后才會(huì)響應(yīng)，并發(fā)出新的請(qǐng)求。這樣，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)交易的激勵(lì)。

二、區(qū)塊鏈技術(shù)的軍事價(jià)值

將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到軍事領(lǐng)域，有助于提升軍隊(duì)的信息化建設(shè)水平。

（一）能夠提供安全可信的信息傳輸

軍事行動(dòng)中的信息傳輸過(guò)程，經(jīng)常遭到敵方干擾、破壞和偽造。如何驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)信息的真實(shí)性、保證信息能夠安全準(zhǔn)確的傳輸，是一大難題。區(qū)塊鏈技術(shù)為安全準(zhǔn)確的傳輸信息提供了一種新的解決方案，即通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共識(shí)的方式獲取準(zhǔn)確的信息。只要敵方對(duì)網(wǎng)絡(luò)的破壞能被控制在一定范圍之內(nèi)，即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)用戶間的數(shù)據(jù)交換和交叉驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確傳輸信息，從而提高網(wǎng)絡(luò)信息的可信度。

（二）能夠提供穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由于軍隊(duì)指揮體系采用樹狀層次結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也多采用相近的結(jié)構(gòu)，這種中心化的網(wǎng)絡(luò)容易遭受敵方破壞。美軍在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，就提出通過(guò)摧毀關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)來(lái)獲得優(yōu)勢(shì)的“五環(huán)目標(biāo)”理論；在美軍“空海一體戰(zhàn)”設(shè)想中，也提出要致盲和打擊中國(guó)太空和作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的信息系統(tǒng)。建立抗毀損的可靠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是確保未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵因素之一。區(qū)塊鏈技術(shù)采用的分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其“去中心化”特征，符合戰(zhàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)部署的特點(diǎn)。在部分節(jié)點(diǎn)被破壞后，仍可保存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算能力，并通過(guò)共識(shí)算法維持網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

（三）能夠提供快速有效的反應(yīng)機(jī)制

軍隊(duì)行動(dòng)需要快速反應(yīng)能力。在傳統(tǒng)指揮體制下，信息傳輸通過(guò)多級(jí)中轉(zhuǎn)，各部隊(duì)的匯總、上報(bào)、下發(fā)、執(zhí)行環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生延遲，甚至貽誤戰(zhàn)機(jī)。區(qū)塊鏈技術(shù)通過(guò)快速網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算，降低中間環(huán)節(jié)的延遲，可提高反應(yīng)能力。區(qū)塊鏈技術(shù)還能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共識(shí)方式生成“一致行動(dòng)”的模式：將行動(dòng)報(bào)告給多個(gè)指揮者，當(dāng)指揮者共識(shí)為有效方案時(shí)，即批準(zhǔn)執(zhí)行。這種模式也體現(xiàn)了我軍軍事民主傳統(tǒng)的特點(diǎn)。這樣無(wú)須多級(jí)審批，即可獲得響應(yīng)，極大提升了反應(yīng)速度。隨著無(wú)人智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的來(lái)臨，軍隊(duì)將廣泛使用具有自主性的智能裝備。通過(guò)智能裝備間的數(shù)據(jù)交互，可由網(wǎng)絡(luò)共識(shí)算法形成“群體智能”，自動(dòng)產(chǎn)生新的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)法。甚至，可將智能裝備從人工指揮或被動(dòng)反應(yīng)的單一武器平臺(tái)變?yōu)橹鲃?dòng)出擊的作戰(zhàn)“蜂群”。

（四）能夠提供真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

隨著各種物聯(lián)感知設(shè)備和大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用，“精確保障”已從理論概念變?yōu)榍袑?shí)可行的方式。為實(shí)現(xiàn)精確保障，需要以準(zhǔn)確有效的方式采集記錄保障過(guò)程中人員、物資、裝備、經(jīng)費(fèi)等要素在時(shí)間、空間、狀態(tài)上的變動(dòng)情況。產(chǎn)生的海量保障數(shù)據(jù)，難以通過(guò)單一的數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)，而且，在戰(zhàn)時(shí)，這種集中存儲(chǔ)的方式極易遭敵方摧毀。區(qū)塊鏈技術(shù)采用的分布式存儲(chǔ)，可通過(guò)分散部署的數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身的存儲(chǔ)能力，共同確保數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)。用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求共享數(shù)據(jù)，通過(guò)共識(shí)算法確保返回?cái)?shù)據(jù)的真實(shí)性，通過(guò)加密算法驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。各要素發(fā)生的每次變動(dòng)一直保存在網(wǎng)絡(luò)中，以便事后審計(jì)或追溯。而且，任何人無(wú)法篡改已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

三、區(qū)塊鏈技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用前景

區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用在軍事領(lǐng)域中，可在以下幾個(gè)方面進(jìn)行探索。

（一）優(yōu)化指揮通信體系

現(xiàn)有指揮通信的“中心化”體系，無(wú)法發(fā)揮快速響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)效能，而且在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下極易遭敵方摧毀。將中心化的指揮架構(gòu)，轉(zhuǎn)為區(qū)塊鏈分布式的指揮架構(gòu)，是減少指揮層級(jí)、適應(yīng)部隊(duì)靈活機(jī)動(dòng)和扁平化管理的必然趨勢(shì)。隨著我軍合成旅、合成營(yíng)等新編制的落實(shí)，以及各類網(wǎng)絡(luò)化武器裝備平臺(tái)的列裝，將分布式指揮通信體系和分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有機(jī)結(jié)合，將助推我軍戰(zhàn)斗力提升。

（二）實(shí)時(shí)掌控部隊(duì)實(shí)力

人員、單位等實(shí)力信息的數(shù)字化,是部隊(duì)實(shí)現(xiàn)信息化管理的基礎(chǔ)。區(qū)塊鏈中網(wǎng)絡(luò)化合約驗(yàn)證機(jī)制，能夠解決多報(bào)、漏報(bào)、誤報(bào)等問題。人員變動(dòng)時(shí)，各單位及時(shí)在網(wǎng)上更新信息，上級(jí)機(jī)關(guān)只需定期匯總最新的人員記錄即可。通過(guò)區(qū)塊鏈的合約驗(yàn)證機(jī)制，無(wú)法重復(fù)錄入已有人員信息，可保證人員信息在網(wǎng)絡(luò)上的唯一性。

（三）全程監(jiān)管裝備狀態(tài)

采用區(qū)塊鏈的方式，為每個(gè)裝備建立電子使用記錄本，保存在各級(jí)管理部門、維修分隊(duì)、車載電子設(shè)備中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。這樣，可隨時(shí)了解各裝備的位置、狀態(tài)、保修等情況。當(dāng)裝備進(jìn)行維修時(shí)，無(wú)須逐一更新電子記錄本，在生成數(shù)據(jù)區(qū)塊時(shí)，可定期自動(dòng)記錄相關(guān)信息。各級(jí)管理部門只需在網(wǎng)絡(luò)中獲取最新的區(qū)塊，即能掌握裝備狀態(tài)。

（四）有效增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全

軍用網(wǎng)絡(luò)對(duì)安全性的要求遠(yuǎn)高于民用網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，尤其是戰(zhàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，更應(yīng)注重網(wǎng)絡(luò)安全。以硬件加密手段和先進(jìn)的安全算法，構(gòu)建區(qū)塊鏈?zhǔn)椒稚⒉渴鸬臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算中心，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)監(jiān)控，可保證軍用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的安全穩(wěn)定。