淺談區塊鏈技術在軍事領域的應用前景

劉 楠 何 為

內容提要：區塊鏈技術是當前各領域廣泛應用的一項信息技術，具有采取分布式結構確保信息真實、運用共識算法建立容錯機制、通過網絡合約驗證避免交易風險、發放工作量證明激勵用戶參與四大特征。該技術的軍事價值主要體現在能夠提供安全可信的信息傳輸、穩定可靠的網絡架構、快速有效的反應機制、真實準確的數據存儲，在軍事領域的應用前景，即優化指揮通信體系、實時掌控部隊實力、全程監管裝備狀態、有效增強網絡安全。

區塊鏈（Blockchain）作為當前的信息技術熱點，受到廣泛關注。美軍已經開始重視區塊鏈技術的軍事價值。2017年9月，美軍《空天力量》雜志刊發了題為《可信賴的數據：區塊鏈技術》的文章，認為區塊鏈技術可以提升數據安全，能夠增強美軍各種武器系統的作戰效能。研究區塊鏈技術的軍事價值及其在軍事領域的應用，對推動軍隊信息化建設具有重要意義。

一、區塊鏈技術的概念及特征

區塊鏈技術不是單一的新技術，而是將分布式計算、數據結構、數據庫、軟件工程等計算機多領域成熟技術的綜合運用。

（一）區塊鏈技術的基本概念

區塊鏈的發展大致經過“比特幣”“以太坊”，以及在政府、工業、文化等領域大規模應用這三個階段。其技術的基本概念，即在網絡中形成可分散存儲的防偽電子賬頁，核心是將計算機數據結構中常見的區塊（Block）和鏈（Chain）兩種結構組合在一起，作為存儲數據的基本單元，并采用復雜的驗證算法和分布式的網絡結構，確保數據安全可靠。

（二）區塊鏈技術的主要特征

區塊鏈技術具有四大主要特征。

1.采取分布式結構，確保信息真實

區塊鏈的每個數據區塊，可分為“區塊頭”和“區塊體”兩部分。其中，區塊頭包含了數據防偽驗證信息和與其他區塊的關聯位置，區塊體是存儲交易數據的主體部分。

圖1 典型的區塊鏈結構圖

典型的區塊鏈結構，區塊頭中包含版本號、前一區塊地址、時間戳、隨機數、當前區塊哈希（hash）值、Merkle樹根值等信息。其中版本號、時間戳、隨機數用于確認區塊是唯一的。當前區塊哈希值，是將區塊體中的全部內容以特殊的加密算法轉換為指定長度的字符串。指向前一區塊地址，即在區塊頭中記錄前一地址的哈希值。下一區塊產生時，會把當前區塊哈希值記錄下來。

區塊體中逐條保存了交易記錄。包括交易的輸入方、輸出方、數量、時間等信息。交易記錄的備注欄里可寫入文本內容，因此，也可通過交易來保存文本資料。這些交易記錄將成為區塊鏈網絡的一部分，無法被篡改，從而保證信息的真實有效。

2.運用共識算法，建立容錯機制

傳統中心化的網絡架構，多采用樹狀結構，會有一個或多個可信的中心節點。但如果因為網絡故障等原因，中心節點失效，則網絡陷于癱瘓。區塊鏈技術采用分布式架構，實現了網絡在“去中心化”狀態下的穩定運行。

在異步通信的分布式網絡中，通過區塊鏈技術，設定前提以簡化運算的方法，便可解決數據準確可靠傳輸的問題。主要分兩種思路：一種思路是“實用拜占庭容錯機制”（Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT）。 假設最多有m個故障節點會拒絕響應或響應錯誤信息，那么，網絡總節點數至少為3m+1，用戶同時向網絡中所有節點發出請求，各節點接收后不直接響應，而是向網絡中其他所有節點發出二次請求，各節點接收到二次請求后，再響應用戶。這樣，如果某種響應數量達到m+1以上，則該響應為正確結果。

另一種思路是采用“選舉機制”。例如，Raft共識算法是通過選舉，在節點中選擇出領導者，其他節點為跟隨者。一段時間后，如果節點無法獲取領導者信息，則可發起投票，各節點轉化為候選人身份，根據網絡中的已知節點情況進行投票，選舉出新的領導者和跟隨者。這種機制解決了網絡故障和部分節點離線時的網絡共識問題。

3.通過網絡合約驗證，避免交易風險

區塊鏈網絡的“去中心化”分布式結構，缺少一個公認可信的金融中心來提供信用授權和交易管理。這種網絡結構下進行交易，要防止“一錢雙花”問題。即，交易者利用信息不對稱或時間差，同時和兩個人交易，實現欺詐行為。

圖2 實用拜占庭容錯機制的原理圖

區塊鏈技術主要是通過采用合約驗證機制，來解決這個問題。一次完整的交易，包括發起交易、網絡廣播、公眾驗證、記錄賬本、返回結果的過程。開始交易后，交易者將需要公眾驗證的信息通過網絡傳播，網絡中的其他用戶接收后進行驗證，再將驗證結果通過網絡傳播，獲得共識后，記錄到這一時間段產生的區塊鏈中。一旦寫入區塊鏈，即成為所有人手中的永久記錄，無法篡改。這樣，將私下交易變為交由公眾監督下的網絡共識，確保了交易的安全透明。

4.發放工作量證明，激勵用戶參與

區塊鏈技術通過公眾來驗證網絡上的交易活動，采用“工作量證明”（Proof of Work, PoW）機制來實施激勵。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行加密計算，在滿足特定要求后，生成新的區塊；用戶在網絡上公布計算結果，其他用戶可對不同用戶公布出的結果進行驗證，選擇最優結果作為自己下一步計算的依據。這樣，在網絡中保留下來的每個區塊，都是當時最優并獲得共識的結果。區塊生產者可在區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，網絡交易活動中，還可通過“燃料”機制實施激勵。即通過高性能計算機集群促進網絡計算能力的提升，從而獲得一定數量“燃料”。在用戶參與活動時，都被要求附帶一定數量燃料，其他用戶分享到燃料后才會響應，并發出新的請求。這樣，實現了網絡交易的激勵。

二、區塊鏈技術的軍事價值

將區塊鏈技術應用到軍事領域，有助于提升軍隊的信息化建設水平。

（一）能夠提供安全可信的信息傳輸

軍事行動中的信息傳輸過程，經常遭到敵方干擾、破壞和偽造。如何驗證網絡信息的真實性、保證信息能夠安全準確的傳輸，是一大難題。區塊鏈技術為安全準確的傳輸信息提供了一種新的解決方案，即通過網絡共識的方式獲取準確的信息。只要敵方對網絡的破壞能被控制在一定范圍之內，即可通過網絡用戶間的數據交換和交叉驗證，實現準確傳輸信息，從而提高網絡信息的可信度。

（二）能夠提供穩定可靠的網絡架構

由于軍隊指揮體系采用樹狀層次結構，網絡架構也多采用相近的結構，這種中心化的網絡容易遭受敵方破壞。美軍在海灣戰爭時，就提出通過摧毀關鍵節點來獲得優勢的“五環目標”理論；在美軍“空海一體戰”設想中，也提出要致盲和打擊中國太空和作戰網絡的信息系統。建立抗毀損的可靠網絡結構，是確保未來戰爭勝利的關鍵因素之一。區塊鏈技術采用的分布式網絡架構，其“去中心化”特征，符合戰場網絡部署的特點。在部分節點被破壞后，仍可保存數據存儲能力和網絡計算能力，并通過共識算法維持網絡的正常運行。

（三）能夠提供快速有效的反應機制

軍隊行動需要快速反應能力。在傳統指揮體制下，信息傳輸通過多級中轉，各部隊的匯總、上報、下發、執行環節都會產生延遲，甚至貽誤戰機。區塊鏈技術通過快速網絡運算，降低中間環節的延遲，可提高反應能力。區塊鏈技術還能通過網絡共識方式生成“一致行動”的模式：將行動報告給多個指揮者，當指揮者共識為有效方案時，即批準執行。這種模式也體現了我軍軍事民主傳統的特點。這樣無須多級審批，即可獲得響應，極大提升了反應速度。隨著無人智能化戰爭的來臨，軍隊將廣泛使用具有自主性的智能裝備。通過智能裝備間的數據交互，可由網絡共識算法形成“群體智能”，自動產生新的戰術和戰法。甚至，可將智能裝備從人工指揮或被動反應的單一武器平臺變為主動出擊的作戰“蜂群”。

（四）能夠提供真實準確的數據存儲

隨著各種物聯感知設備和大數據挖掘技術的應用，“精確保障”已從理論概念變為切實可行的方式。為實現精確保障，需要以準確有效的方式采集記錄保障過程中人員、物資、裝備、經費等要素在時間、空間、狀態上的變動情況。產生的海量保障數據，難以通過單一的數據中心存儲，而且，在戰時，這種集中存儲的方式極易遭敵方摧毀。區塊鏈技術采用的分布式存儲，可通過分散部署的數據中心和網絡節點自身的存儲能力，共同確保數據的安全存儲。用戶通過網絡請求共享數據，通過共識算法確保返回數據的真實性，通過加密算法驗證數據的準確性。各要素發生的每次變動一直保存在網絡中，以便事后審計或追溯。而且，任何人無法篡改已存儲的數據。

三、區塊鏈技術在軍事領域的應用前景

區塊鏈技術應用在軍事領域中，可在以下幾個方面進行探索。

（一）優化指揮通信體系

現有指揮通信的“中心化”體系，無法發揮快速響應的網絡效能，而且在戰場環境下極易遭敵方摧毀。將中心化的指揮架構，轉為區塊鏈分布式的指揮架構，是減少指揮層級、適應部隊靈活機動和扁平化管理的必然趨勢。隨著我軍合成旅、合成營等新編制的落實，以及各類網絡化武器裝備平臺的列裝，將分布式指揮通信體系和分布式網絡架構有機結合，將助推我軍戰斗力提升。

（二）實時掌控部隊實力

人員、單位等實力信息的數字化,是部隊實現信息化管理的基礎。區塊鏈中網絡化合約驗證機制，能夠解決多報、漏報、誤報等問題。人員變動時，各單位及時在網上更新信息，上級機關只需定期匯總最新的人員記錄即可。通過區塊鏈的合約驗證機制，無法重復錄入已有人員信息，可保證人員信息在網絡上的唯一性。

（三）全程監管裝備狀態

采用區塊鏈的方式，為每個裝備建立電子使用記錄本，保存在各級管理部門、維修分隊、車載電子設備中，通過網絡進行數據共享。這樣，可隨時了解各裝備的位置、狀態、保修等情況。當裝備進行維修時，無須逐一更新電子記錄本，在生成數據區塊時，可定期自動記錄相關信息。各級管理部門只需在網絡中獲取最新的區塊，即能掌握裝備狀態。

（四）有效增強網絡安全

軍用網絡對安全性的要求遠高于民用網絡。對于復雜的網絡環境，尤其是戰場通信網絡，更應注重網絡安全。以硬件加密手段和先進的安全算法，構建區塊鏈式分散部署的數據存儲和計算中心，實施網絡節點的狀態監控，可保證軍用網絡環境的安全穩定。