基于區塊鏈的裝備智能保障技術研究

曾照洋 林聰 周揚 賈治宇

0引言

隨著人工智能技術等的發展，未來戰爭形態的走勢必然是朝著敏捷作戰、體系對抗等概念發展，而“作戰牽引保障，保障服務作戰”的要求決定了裝備保障技術必須要適應快速高效、一體化協同的保障需求。未來裝備保障領域將會大量使用智能作業終端、遠程支援設備、敏捷決策系統、自主供應網絡等保障要素，而想要將這些在空間上分散部署的保障要素進行串聯與組合，就必須通過數據這條“無形的線索”。但是，傳統的數據管理與交換方式過度依賴中心節點，在“網絡戰”的威脅下，數據中心的安全可信受到了巨大挑戰。以美軍為例[1]，其通信指揮系統、后勤保障供應系統都會因為受到數據側的攻擊而導致能力降級。數據的安全共享、可靠傳輸已成為軍事智能保障技術發展和應用過程中首先要解決的問題。

近年來，智能化技術創新的驅動力正從移動網絡、大數據、云計算、神經網絡等平臺層級下沉到區塊鏈這一底層技術層級，區塊鏈有望成為信息互聯網向價值互聯網過渡的標志性技術[1]。在此背景下，2019年10月，習近平總書記在主持中共中央政治局第十八次集體學習時強調：“全球主要國家都在加快布局區塊鏈技術發展，我國要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口”。無獨有偶，2019年12月，美國國會通過的《2020財政年度國防授權法》[3]中要求國防研究與工程部副部長需向國防委員會進一步說明區塊鏈技術在國防領域的潛在用途，包括：①如何基于區塊鏈分布式特征提高能源、水資源以及交通運輸等關鍵基礎設施的網絡安全；②如何基于區塊鏈的共識機制進行決策以降低單點失效造成的影響；③如何基于區塊鏈的智能合約提高后勤和供應鏈的運作效率；④如何基于區塊鏈的加密技術提高采辦審計的透明度等。

綜上所述，區塊鏈為解決數據共享、數據安全、數據防篡改、數據溯源等一系列裝備保障工作中的“卡脖子”問題提供了可能性，是實現智能化保障的基礎性技術。

1當前裝備保障模式下保障數據的核心痛點

當前裝備保障模式主要是基于軍隊體制編制和作戰區域、規模、方向及作戰預案而設計的，通常是戰前配置、戰時調整，其保障對象相對固定，保障層級較多，隨機調整難度大，保障靈活性不足，難以適應快節奏、多變化的未來戰場[4]。在保障數據的使用和管理方面存在以下核心痛點，見圖 1。

1）維修保障數據更新遲滯。當前在很多一線裝備使用方，保障人員一般都忙于保障作業而疏于數據記錄，并且維修保障信息的現場記錄仍停留在紙質形式，保障人員通常都是在執行完一天的任務后，才將相關記錄“謄寫”入保障信息系統，導致故障情境、作業過程、細節參數等數據的缺失和遺漏，造成裝備的維修保障數據不完整、不充分、更新速度延遲。

2）裝備使用數據交換困難。當前裝備的使用技術狀態、保障作業與資源等使用數據還無法全面反饋回研制單位，裝備研制單位與使用單位之間信息不對稱，導致難以實施真正的全壽命周期數據管理，不利于裝備質量的持續保持與改進提升，造成裝備技術資料更新困難，影響裝備的作戰適用性。

3）數據防篡改/可追溯性差。當前在獲取保障數據時，仍存在很多環節會導致數據“錯漏”情況的發生，甚至存在篡改數據的可能性。這主要是因為數據獲取的過程中人為參與程度較高，并且沒有形成完整的數據追溯鏈條，使得保障決策的輸入信息不準確，導致無法實現保障流程精準銜接的要求。

4）數據存儲分散但中心化嚴重。當前各個保障站點的資源數據、裝備數據、人力數據、庫存數據等都分散存儲在各自的信息系統中，不利于掌握全局情況和制定統一的保障決策。此外，由于保障數據的獲取主要是通過這些中心節點，一旦數據中心遭到攻擊或數據被篡改則會對數據的安全性和可信度造成影響。

上述這些問題，表面上看是管理體制機制的原因，但究其本質是因為缺少可信、可控的數據管理與交換技術手段作為支撐。區塊鏈對于解決數據的可信、可追溯、防篡改等問題存在天然的技術優勢，有利于強化保障系統的數據安全，避免單一數據中心遭到破壞對保障決策造成影響。此外，區塊鏈的去中心化特點也適應未來跨區域、體系化作戰需求。

2區塊鏈契合智能保障技術的應用需求

應用智能保障技術的主要目標是希望能夠在“準確的時間、準確的地點，為作戰裝備提供數量準確的保障要素，減少人在復雜戰場環境下所做出的錯誤決策”。這就要求未來的裝備保障模式必須考慮到保障數據的完整性，具有備份存儲、安全加密、自主交換等數據保護機制。而區塊鏈技術的去中心化、防篡改、智能合約等特性[5]能夠從根本上滿足上述需求，見圖 2。

1）去中心化特性契合保障網絡抗毀生存的柔性需求

扁平化的保障網絡是未來智能保障模式的基本組成形式，通過“按需取用”在空間上分散的各類保障要素，定向流動數據需求從而實現保障任務的傳遞與分配。在此過程中，保障網絡應能對數據進行多重備份，避免因數據中心遭受攻擊而使保障網絡癱瘓。由于區塊鏈采取分布式核算和存儲，每一個參與任務的保障要素都可以存儲完整的數據備份，當一個節點出現問題，其他節點會繼續數據的更新和存儲，保證全部保障信息不會丟失，從而將數據共享給臨時保障要素，使整個網絡更具柔性特征。

2）防篡改特性契合保障資源精確調度的可追溯需求

供應保障是未來智能化保障模式下的主要場景，而數據不可篡改則是實現精確調度的基礎。保障數據安全所面臨的威脅已不僅僅表現在對數據存儲介質的打擊，還表現在對原始數據生成和傳遞過程的攻擊。由于區塊鏈是通過設置節點共識機制、依靠非對稱加密算法來完成節點間的數據共享，數據改寫過程全程可追溯，因此區塊鏈適應于在不可靠的網絡環境下運行/維護數據。在供應保障場景中，通過設置共識機制可以完整記錄資源調度信息，避免敵方采取各種信息插入手段發布虛假供應指令和資源需求，使本已復雜的戰場變得更加混亂。

3）智能合約特性契合保障流程自主銜接的管控需求

傳統裝備保障模式下，保障流程的傳遞過程需要人工審批/決策參與，而層級化的審批/決策過程會嚴重影響保障任務的時效性，特別是在實戰環境下，當保障需求激增時，上層決策壓力加大，進一步影響保障流程的審批效率，甚至有可能影響戰局的發展。智能合約是區塊鏈的一項主要關鍵技術，通過將預先協調一致的協議進行規范化，使得區塊鏈的任何參與者能夠自動安全地驗證和交換數據。智能合約是實現保障需求快速響應、保障流程高效傳遞的主要管控途徑。

綜上，在區塊鏈這一底層數據管理技術的加持下，未來的智能化保障模式能夠全面掌握瞬息萬變的戰場情況，通過綜合衡量保障需求的輕重緩急，實施快速、靈活、不間斷的全程保障，從而實現以最少的保障資源滿足最大的保障需求、以最小的保障時差保證最優的保障時效的目標。區塊鏈在未來智能化保障模式下的應用方興未艾[6]。

3基于區塊鏈的智能保障技術應用構想

從上述分析中可以看出，區塊鏈技術主要解決的是數據管理模式的問題。在未來智能化保障模式下，區塊鏈將在供應鏈物流管理、技術狀態管理、交付數據更新管理、PBL合同管理等方面有廣闊的應用前景。

1）供應鏈物流管理

軍事裝備是一系列復雜的生產、制造和物資供應的最終產物，因此必須保證物資供應和裝備維修過程的數據安全，否則，如果某些物料信息（如材料批號）被篡改，將會對裝備的質量造成嚴重威脅。明智的對手總是能夠以最小的代價給我軍裝備造成重大的打擊。近年來，美軍多次遇到假冒或不合格組件進入供應鏈的事件[1]。

區塊鏈技術通過在供應源頭和目的地之間建立公開、共享、可追溯的數據傳輸機制，促使采辦生態系統更加可信。在世界范圍內，一些大型制造、物流企業已開始轉向使用區塊鏈技術對供應鏈進行“跟蹤”，這些系統為潛在的國防供應鏈提供了應用區塊鏈的借鑒。

2）技術狀態管理

軍事裝備交付使用后研制單位僅能獲得非常有限的裝備技術狀態數據，甚至在軍方用戶內部也難以實現數據的交換，這主要是出于軍方信息安全的考量[7]。但是這種模式卻不利于裝備質量的提升，研制單位無法獲得有價值的數據對維修保障流程和活動進行優化改良。

通過利用區塊鏈技術構建私有鏈，軍方用戶可以為相關研制單位授權數據接入范圍，使得數據可以在有限范圍內進行共享，研制單位可利用數據對裝備的故障分析和改進，有針對性地改善質量問題，實現對裝備技術狀態的有效管理。同時軍方用戶之間也可以通過構建公有鏈，共享本部裝備和保障資源的狀態信息，為支撐跨區域聯合作戰提供可能。

3）交付數據更新管理

當前軍事裝備的交付數據更新的時效性較差，主要更新方式仍停留在通過存儲介質逐一對相關數據進行更新。以交互式電子手冊軟件系統（IETM）設備為例，數據初次灌裝入設備后如需更新，需供應商逐一對每一臺設備的數據包進行更新。若設備部署分布在多個用戶，則各個用戶之間的數據版本會存在差異，影響使用效果。

區塊鏈技術可以通過將部隊用戶的終端IETM設備與供應商相關部門進行組網。一方面，可以使每臺設備都能夠將其發現的數據問題進行共享，提醒其他部隊用戶注意相關數據問題；另一方面，能夠及時將外場的數據問題反饋給供應商，使得供應商有針對性地更新IETM設備的相關數據模塊，并將更新后的版本返回給所有相關設備。從而解決“一批”設備的數據錯漏問題。

4）PBL合同管理

基于性能的保障（PBL）采辦模式的優勢來自于財務激勵和合同期激勵。在傳統的合同方式下，承包商并不清楚自己每年會從軍方拿到多少業務，因為軍方并不愿意簽署長期合同或確保合同的額度。在這種短期性因素的影響下，承包商的一些降低長期費用的舉措往往會半途而廢。而在長期的PBL合同條件下，承包商就有了落實其降低成本想法的各種機會，可以拿出更多資金來采購高質量的零部件或改善修理過程。這樣做不僅可以直接或間接降低承包商的保障成本，也有利于提高軍方所需要的戰備完好性等指標。

此外，PBL合同條款內容比傳統合同條款規定更細致，完全由人來管理難免會產生監管漏洞或監管不及時的情況。而且，合同條款內容往往是與各種業務活動所產生的數據相關，對數據的可信程度提出了很高的要求，因為這會直接影響到判定合同條款履約/違約的依據。因此，利用區塊鏈技術的去中心化、不可篡改、可追溯等特征，構建分布式數據架構，將PBL合同條款涉及的業務活動進行關聯，實現數據的共享。同時，利用區塊鏈技術中的智能合約，將PBL的合同條款數據化，實現對合同進行智能管理。一方面，能夠避免合同條款的監管漏洞，另一方面可以將履約激勵或違約懲罰在一定范圍內進行傳播，從而敦促所有參與者持續提升裝備質量。

4區塊鏈在智能保障技術應用中需解決的難題

與傳統的數據管理模式相比，區塊鏈尚處于技術發展的初期階段，在數據吞吐量、并發處理、訪問控制以及可擴展性方面還存在較大差距。從某種意義上講，區塊鏈是以犧牲存儲空間、訪問速度和整體效率換取數據安全和信任的新型信息技術，主要適用于低頻度使用、安全性要求高、時效性較低、數據量較小的軍事應用場景。因此區塊鏈應用于裝備保障領域時也存在一定的局限性，需要從技術層面解決以下瓶頸問題。

1）信息受控與全網皆知的矛盾

在民用領域，區塊鏈在運行共識機制時，會將賬本信息廣播至網絡內所有節點，具有信息透明、用戶匿名的特點。而這點與軍事信息按等級進行管理、控制知悉范圍的要求相矛盾。因此，裝備保障區塊鏈宜采用公有鏈、聯盟鏈、私有鏈相互嵌套交叉的組織形式對保障信息進行分級，定制共識機制并開發智能合約，從而實現按需分發數據。

2）網絡節點有限與易受飽和攻擊的矛盾

與民用領域面向全社會不同，區塊鏈在裝備保障中應用是規模降低了系統安全性。例如，比特幣節點數量在2018年以后一直穩定在10000個左右，其網絡安全受控節點的比例定在51%，即便如此，2018年5月，仍發生了51%以上的節點被惡意控制，比特幣黃金遭遇雙重支付的攻擊。相比之下，軍用領域節點比較有限，且更容易受到飽和式攻擊[8]。因此，必須合理設定區塊鏈在裝備保障領域的安全受控節點比例，有針對性地完善識別和驗證算法，從而提高容錯能力。

3）復雜數據同步機制和戰時高實效性的矛盾

區塊鏈中每一次數據修改，都要求系統內所有節點同步更新賬本數據。例如，比特幣系統達成一次共識的循環周期約為10分鐘，但仍需要延遲6個區塊后才能正式記帳，前后長達1小時。如果在作戰條件下，短時間內多次保障數據交換，就會占用大量帶寬并可能造成網絡堵塞，進一步延長數據更新時間。因此，在基于區塊鏈設計智能保障模式時，要注意控制去中心化程度，利用私有鏈和聯盟鏈降低共識機制的復雜性[9]。

5結束語

區塊鏈技術的出現為推動軍事智能化發展提供了新的契機[10]。未來裝備保障模式必然是朝著智能化方向發展，因此，保障的體系架構、管理方法、作業手段等方面都必須適應區塊鏈引發的技術變革。本文首先分析了當前保障數據管理方面存在的核心痛點，指出發展智能保障技術要解決數據的安全與共享問題；其次分析了區塊鏈技術特點與智能化保障模式技術需求的匹配性；再次對基于區塊鏈的軍事智能保障技術的幾種應用構想進行了描述；最后對在軍事保障領域應用區塊鏈技術所需要解決的難題進行了歸納。

區塊鏈作為一種底層的技術框架，其基本的實現原理都是相同的，但是，需要結合裝備保障的具體場景、規則、流程進行有針對性的設計，才能使區塊鏈更加適應智能化保障模式的需求。區塊鏈技術是實現數據安全和共享的顛覆性技術，在未來智能化保障模式前景廣闊，我們應抓住機遇、提前布局，力爭實現彎道超車。

參考文獻

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作者簡介

曾照洋，研究員。主要研究方向：裝備綜合保障。

林聰，高級工程師。主要研究方向：智能保障決策。

周揚，高級工程師。主要研究方向：保障數據模型。

賈治宇，高級工程師。主要研究方向：保障效能仿真。

*基金項目：裝備綜合保障技術重點實驗室穩定支持項目（61420030301）