淺析云計算的軍事應用

李昭銳，吳學智，何如龍

(海軍工程大學 電子工程學院，湖北 武漢 430033)

0 引言

2007年谷歌首次提出了1種新的IT基礎設施的交付和使用模式——云計算。云計算通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的資源。提供資源的網絡被稱為“云”?！霸啤敝械馁Y源在使用者看來是可以無限擴展的，并且可以隨時獲取、按需使用、隨時擴展、按使用付費。這種特性經常被稱為像水電一樣使用IT基礎設施。

就本質而言，云計算是利用成群的計算機達到前所未有的計算能力以供全球各地的人和組織使用。用戶無需自購軟、硬件，甚至無須知道是誰提供的服務，只關注自己真正需要什么樣的資源或者希望得到什么樣的服務即可[1]。

典型的云架構分為 3個層次：基礎設施層（Infrastructure）、平臺層（Platform）和應用（Application）層[2]。通過虛擬化、標準化和自動化等方式有機地整合了云中的硬件和軟件資源，并通過網絡將云中的服務交付給用戶，如圖1所示。

圖1 云計算架構示意

基礎設施層：基礎設施層是經過虛擬化后的硬件資源和相關管理功能的集合。云的硬件資源包括了計算、存儲和網絡等資源?；A設施層通過虛擬化技術對這些物理資源進行抽象，并且實現了內部流程自動化和資源管理優(yōu)化，從而向外部提供動態(tài)、靈活的基礎設施層服務。

平臺層：平臺層介于基礎設施層和應用層之間，它是具有通用性和可復用性的軟件資源的集合，為云應用提供了開發(fā)、運行、管理和監(jiān)控的環(huán)境。平臺層是優(yōu)化的“云中間件”，能夠更好地滿足云的應用在可伸縮性、可用性和安全性等方面的要求。

應用層：應用層是云上應用軟件的集合，這些應用構建在基礎設施層提供的資源和平臺層提供的環(huán)境之上，通過網絡交付給用戶。云應用種類繁多，既可以是受眾群體龐大的標準應用，也可以是定制的服務應用，還可以是用戶開發(fā)的多元應用。

1 云計算的軍事應用

目前云計算更多的發(fā)展和應用都集中在商業(yè)領域，IBM、Amazon、Microsoft等眾多IT巨頭紛紛建立了自己的“云”，但云計算的一些特點，決定了其在軍事領域的應用前景也相當廣闊。

美國國防部早在云計算流行之初便已經開始關注“云計算”在解決軍事需求方面的能力，并提出了“戰(zhàn)術云”的概念，通過云計算實現作戰(zhàn)資源的立即抽調以完成高精度的任務與演練。利用比實時還要快的高精度戰(zhàn)術模擬幫助指揮官在實施一系列行動前更好地評估各種戰(zhàn)術取舍，以做出更準確的決策[3]。

云計算可以有效提高軍事指揮效率和靈活性，在指揮機關和執(zhí)行任務的作戰(zhàn)單元有效連接的基礎上，還可以將科研院所、院校以及其他的技術或者智囊機構融入其中，各取所需并相互配合。充分體現了信息化優(yōu)勢和扁平化指揮的效果，顯著增強軍隊的體系作戰(zhàn)能力。組織示意圖見圖2。

圖2 云計算軍事應用示意

云架構的3個層面分別對應所能提供的3種服務，即基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS），現從這3種服務方式分析其在軍事方面的效能發(fā)揮。

1.1 基礎設施即服務

基礎設施即服務交付給用戶的是基本的基礎設施資源。用戶無需購買、維護硬件設備和相關系統軟件，就可以直接在基礎設施即服務層上構建自己的平臺和應用。基礎設施向用戶提供了虛擬化的計算資源、存儲資源和網絡資源。這些資源能夠根據用戶的需求進行動態(tài)分配。相對于軟件即服務和平臺即服務，基礎設施即服務所提供的服務都比較偏底層，但使用也更為靈活。

云計算的客戶可以以“瘦客戶”的狀態(tài)存在，這種客戶是沒有內部硬盤驅動器的計算機。讓服務器做所有工作，但是可以顯示信息，由于所有的處理和存儲發(fā)生在服務器端，硬件成本和 IT成本（失效點較少）較低，從而減少維護費用，并且最小化應用程序的更新，提高更高級別的安全性和能耗高效性。并且，在擁有相似能力的情況下，瘦客戶要比傳統桌面PC的能效高出80%[4]。

給每一個單兵配備一臺高性能的計算機，擁有高性能的CPU和大容量磁盤是不太現實的，而且似乎并不是很有必要，因為通常并不指望他能做更多的事情，比如轉變成一個指揮終端。但是云計算卻可以做到這一點，在理想狀態(tài)下，每個單兵只需作為云計算中的一個瘦客戶對待，不需要光驅、硬盤、甚至沒有對CPU的要求，但卻可以通過“云”使每一臺終端都擁有成為一個指揮部的運算能力以及海量的數據信息。這樣一方面提高了指揮終端的隱蔽性、靈活性和抗毀性，因為遠離數據中心的指揮部在硬件上可以只有一臺終端，不需要大量的設備和空間作為指揮所，數據中心也并不需要都集中在一起且可以多重冗余備份；只要數據中心沒有被摧毀，哪怕云計算網絡中的一架飛機或者一艘艦艇[5]都有承擔起作為一個指揮所的能力；另一方面則提高了保密，瘦客戶沒有硬盤，每臺終端的丟失和損毀并不會對整體的信息保密產生直接威脅。

1.2 平臺即服務

平臺即服務交付給用戶的是豐富的“云中間件”資源，這些資源包括應用容器、數據庫和消息處理等。因此，平臺即服務面向的并不是普通的終端用戶，而是軟件開發(fā)人員，他們可以充分利用這些開放的資源來開發(fā)定制化的應用。

在平臺即服務上開發(fā)應用和傳統的開發(fā)模式相比有著很大的優(yōu)勢。

①由于平臺即服務提供的高級編程接口簡單易用，因此軟件開發(fā)人員可以在較短時間內完成開發(fā)工作，從而縮短應用上線的時間；②由于應用的開發(fā)和運行都是基于同樣的平臺，因此兼容性問題較少；③開發(fā)者無需考慮應用的可伸縮性、服務容量等問題，因為平臺即服務都已提供；④平臺層提供的運營管理功能還能夠幫助開發(fā)人員對應用進行監(jiān)控和計費。

科研院所的在云計算中的技術力量集中體現在這個層面，通過統一、互聯的云平臺，分處全國各地的技術部門聯合開發(fā)一些軍內軟件將成為可能，同時也加強了彼此之間的交流與合作，不同部門所開發(fā)的不同系統的兼容性得到大大提升，有利于軍內軟件開發(fā)技術力量整體水平的提高。而且由于直接與指揮部門和作戰(zhàn)部門連接，能夠直接面對部隊的需求，從軟件開始開發(fā)到戰(zhàn)斗力生成的時間周期也大大縮短。二戰(zhàn)時期蘇聯的工人開著剛出廠的坦克便直接奔赴戰(zhàn)場的情景在云計算的軟件應用上也將習以為常。

各個科研院所及院校將專門組成1支技術力量對云計算的數據中心進行聯合管理和維護。增強 IT資源管理維護專業(yè)性的同時，也降低了單個部門的技術和管理壓力，有效提高云計算的可靠性和可用性。同時，該技術力量對云計算的3個層面都將有所滲透，比如負責基礎設施層的資源抽象、資源監(jiān)控、負載管理、數據管理、安全管理和統計管理。平臺層開發(fā)環(huán)境、運營環(huán)境和運行環(huán)境的保證和維護。應用層的應用上線、應用升級、應用監(jiān)控等。

1.3 軟件即服務

軟件即服務交付給用戶的是定制化的軟件，即軟件提供方根據用戶的需求，將軟件或應用通過租用的形式提供給用戶使用。軟件即服務主要有3個特征：

①用戶不需要在本地安裝該軟件的副本，也不需要維護相應的硬件資源，該軟件部署并運行在提供方自有的或第三方的環(huán)境中；②軟件以服務的方式通過網絡交付給用戶，用戶端只需要打開瀏覽器或者某種客戶端工具就可以使用服務；③雖然軟件即服務面向多個用戶, 但是每個用戶都感覺是獨自占有該服務。

云計算的標準應用、客戶應用和多元應用這3大類在軍事上也各有其對應的方面。

標準應用除了界面上的個性化設定外，不具有更深入的自定義功能，提供服務是標準的、一致的，面向軍內大大小小所有部門。比如一些文檔表格編輯等常用軟件，都將直接在云上完成。能夠實現一些文檔的隨時隨地的編寫和使用。

客戶應用允許進行不限于界面的深度定制，應用主要面向大型的指揮部和裝備、后勤等部門，他們可以通過各自的數據特點去定義自己的行為和屬性，并且定制化以后的應用程序不會影響其他的部門。更能有效促進裝備保養(yǎng)及后勤保障的一體化。

多元應用靈活地滿足多元化需求，種類繁多，千變萬化。能夠滿足某一類特定需求的創(chuàng)新性應用，比如一名單個軍人或單位信息的自定義整合和顯示功能，一些體現人性化和個性化管理的小軟件等等。應用的提供者可以是大的院所，也可以是規(guī)模較小的教研室，甚至可以是一名學有專長的戰(zhàn)士，能夠充分發(fā)揮和體現每個軍人的主觀能動性，有效促進了政治工作和管理訓練工作的靈活性擴展。

2 云計算的安全性

信息安全與保密對軍隊來說至關重要[6]。相對于快速部署、資源調度、海量數據處理和大規(guī)模消息通信等技術，云計算的安全性問題在軍事應用方面更加突出。由于是軍隊內部使用的更可能是私有云，在開放性上相對于互聯網的公有云要安全一些。但是云計算的本質決定其大部分的數據和程序都是集中存儲在專門的數據中心的，這意味著一旦出現了惡意代碼或者病毒程序，將可以從云內部破壞其他正常的程序[7]。由于程序在運行和使用資源的方式上都和傳統的程序有著較大的區(qū)別，因此如何在云計算環(huán)境里更好的控制代碼的行為或者識別惡意代碼和病毒代碼就成為管理部門面臨的新挑戰(zhàn)。

目前商業(yè)領域的云計算服務商認為，在信息保密的問題上用戶是可以放心的，因為數據在云的大規(guī)模分布式存儲機制中，完整的數據實體通常是被打散成一些“塊”或者“碎片”存儲在不同的服務器上的，每個塊甚至包含來自不同數據實體的內容。因此，一個塊可能是一個很大的邏輯文件的一部分，也可能包含多個很小的文件。如果一個非法用戶想要窺探云中的數據，他必須獲得大量的存儲服務器的訪問授權，而這個工作是相當困難的。

即便如此，上述方法只是增加了非法用戶訪問信息的難度，而沒有根本解決問題。非法用戶可以通過暴力破解所有存儲服務器來收集信息，他甚至會破解云存儲系統的數據分發(fā)邏輯，從而精準的找到每一個塊。同時，多個文件可能共同存儲在一個大塊里，這增加了數據泄漏的風險。

3 結語

綜上所述，云計算兼顧軍隊的整體需求并在各部分獨立運行，一改大多數傳統指揮系統縱向一條線或者組網一個面的連接模式，將軍事指揮、作戰(zhàn)及保障等諸多元素科學靈活地連接成一體化系統。當前中國軍隊正處在積極向信息化躍進的關鍵時期，云計算在中國軍隊真正的部署和運行也許尚需時日，抑或尚未部署便會被新出現的技術取代，但目前進行一些云計算在軍事方面的應用所能帶來的進步和優(yōu)勢仍然有很大的啟發(fā)。

[1] 鄭緯民.云計算的挑戰(zhàn)與機遇[J].中國計算機學會通訊,2011(01): 18-22.

[2] 王慶波，金涬，何樂，等.虛擬化與云計算[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010:137.

[3] PETER Fingar.云計算：21世紀的商業(yè)平臺[M] 北京：電子工業(yè)出版社，2009:30.

[4] VELTE A T,VELTE T J,ELSENPETER Robert.云計算實踐指南[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010:203.

[5] 劉俊杰.海上力量網推動海軍通信網絡的發(fā)展[J].通信技術,2009,42(06):183-184,187.

[6] 鄭曉麗.軍隊檔案網絡信息安全現狀及對策[J].通信技術,2011,44(01):71-72,98.

[7] 沈昌祥.云計算安全[J].信息安全與通信保密,2010(12):12-15.