區塊鏈技術在電子信息裝備管理中的應用分析

朱然剛，張 霍

(國防科技大學電子對抗學院,安徽 合肥 230037)

0 引言

根據工信部發布的《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》，區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識算法來生成更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分布式基礎架構與計算范式[1]。簡單地講，區塊鏈是一種去中心化的分布式賬本數據庫，具備信息共享透明、追根溯源、不可篡改等技術特性。區塊鏈去中心化的結構特性，構建了一種扁平化的管理模式，所有成員即是生產者也是消費者，也是管理者，在壓縮管理成本的同時又極大地提升管理效率。

2008年，中本聰發表了《比特幣：一種點對點的電子現金系統》，比特幣宣告誕生。2009年1月9日序號為1的區塊出現，并與序號為0的創世區塊連接形成了鏈，區塊鏈從此誕生[2]。區塊鏈是由一串采用加密技術產生的數據塊組成，即區塊，每個區塊都包含有到上一區塊的數據加密連接，從創世區塊開始鏈接到當前區塊，形成區塊鏈。區塊鏈本質上是人人都可參與的共享分布式數據庫，也是比特幣的底層技術。在獲得全網51%節點的支持下，即取得共識認證，鏈上的所有參與者都可向區塊鏈提交上傳新的數據記錄，并永久保存，且不可篡改和刪除。

斯萬將區塊鏈技術的發展歷程歸納為區塊鏈1.0、區塊鏈2.0、區塊鏈3.0三個階段[3]。區塊鏈1.0為比特幣等數字加密貨幣盛行的時期，區塊鏈2.0將智能合約技術運用在了現實事物中，區塊鏈3.0將實現所有領域的互聯互通，集全球所有的網絡節點安全高效運行于區塊鏈系統中。

區塊鏈因其獨特的去中心化數據庫、不可篡改和偽造的時間戳、安全可靠的信任機制、自動運行的智能合約、公正平等的共識機制，以及低廉可控的運行成本，受到了業界的廣泛歡迎。如今，區塊鏈技術所蘊含的巨大價值與能量正在被不斷挖掘與開發利用。區塊鏈技術的多元創新應用超越了國家的發展水平和意識形態差異限制[4]。

自區塊鏈技術在數字貨幣領域取得巨大成功后，業界開始廣泛關注這一新興技術，積極探索運用區塊鏈技術推動產業不斷創新發展。在金融創新方面、醫療保障方面、公共服務方面都取得了顯著效益[5-9]。美國2018年《國防授權法案》要求國防部對區塊鏈技術進行全面研究，探討其如何應用于軍事領域。美國國防部高級研究計劃局授予美國2家計算機安全公司價值180萬美元的合同，研究區塊鏈技術應用于保護軍用衛星、核武器等高度機密數據免遭黑客攻擊的潛力。北約通信與信息處舉辦區塊鏈創新競賽，征尋適合軍事級區塊鏈的相關項目，以提高軍事后勤、采購和財務的效率。愛沙尼亞和北約嘗試使用區塊鏈技術開發下一代系統，以實現北約“Cyber Range”防御平臺的現代化[10]。

1 區塊鏈技術優勢與電子信息裝備管理

1.1 區塊鏈的技術特性

1)去中心化。在信息存儲方面，其鏈式結構的每一個數據塊都包含“上一個”和“下一個”數據塊的地址，保證其可以在多個網絡節點上分布存儲，擺脫了傳統形式的數據集中存儲，從而避免了因“服務器”故障造成的“罷工”，同時也將數據被竊取和攻擊的風險降低到幾乎為零。在計算方面，其全面計算工作由網絡中的每一個節點或成員分擔完成，從而避免了中心服務器故障或遭受攻擊而出現整個網絡“癱瘓”的情況出現。去中心化的第三個優勢是網絡結構拓展的簡易性，只需要增加一個身份認證即可。當然，出于成員數量的規模性增加會造成網絡計算量的非線性增長，拓展也不是無限性，不過隨著技術的改進也在存儲和認證方面出現了一些折衷的辦法，來解決上述問題。

2)可信機制。區塊鏈采用密碼學技術解決了成員身份認證和消息傳遞過程中的信任等問題。在其分布式記賬機制下，數據的記錄以多數成員達成共識為前提，可有效對防范虛假和惡意數據的產生。為保障數據的真實可靠性，區塊鏈運用“時間戳”和“哈希值”，作為數據記錄最少單元的“區塊”添加了時間信息，也稱為“時間戳”，并且包括上一個區塊的指紋信息，即哈希值，確保數據一旦生成就不能被篡改。

3)資源共享。區塊鏈是一個“共建共享”的信息資源管理模式。資源上鏈后除了隱私和特殊權限限制外，所有信息公開透明，成員可根據自身需求方便地上傳和獲取信息資源。區塊鏈有天然的追蹤溯源屬性和共識機制，使信息資源的價值和真實性得到合理的監督評價，同時也為工作量定價提供了條件，吸引特定成員從事網絡服務性工作。

4)智能合約。智能合約是區塊鏈系統中運行的自動控制程序，當事先約定的條件達到時，合約自動生效，可以實現體系內的自動化管理。由于其啟動不受人為干預，所以具備公正、平等的約束力。

1.2 區塊鏈的應用價值

1)革新管理模式。區塊鏈是一種點對點交互模式，所有成員既可以是勞動者、也可以是消費者或管理者，去除了“金字塔”式的領導架構，代之以平面化的網狀關聯。相比較于傳統管理模式，需要依賴管理者個人能力水平以及整套強制措施來確保系統正常運轉，區塊鏈運用的是公開透明的系統規則和“對勞動定價”兩大要素來吸引成員參與，以驅動系統的正常運轉。而后者更適應當前和未來的智能化發展趨勢。

2)降低運行成本。區塊鏈的去中心化結構，使其自身實現成本十分低廉，除了前期的軟件性工作投入外，往往僅包括計算機網絡設施(基本上是現成的)和電力成本。區塊鏈用于社會管理，能夠省去中心化設施的建設、管理和維護費用，其運行過程中幾乎也免除了人力投入?！白鳛楸忍貛疟澈蟮姆植际接涃~平臺，在無人集中式管理的情況下，比特幣網絡穩定運行了八年，支持了海量交易記錄，并且從未出現嚴重的漏洞”[11]。

3)盤活存量資源。共享環境下的自由交互能讓信息資源發揮最大效用；其共識機制也能夠讓現有的信息資源得到良好的存管，去糟粕留精華；由于去除了領導層級和特權的約束，代之以“工作量定價”性質的激勵機制，可以極大程度上調動參與者的生產信息資源的主動性。

1.3 電子信息裝備管理與區塊鏈

電子信息裝備管理大體上可分為裝備使用、裝備維修保養和裝備監督檢查三個方面。裝備使用和裝備維修保養是基礎性、經常性工作；裝備維修保養分為平時保養維護和戰時維修保障，平時保養維護包括周維護、月維護和年維護，戰時維修保障主要圍繞裝備技術狀態和性能指標進行功能測試、故障檢測與搶修；裝備監督檢查可及時督促裝備維護保養的制度落實，保障電子信息裝備處于優良的技術狀態，是備戰打仗的基本保障。這三個方面貫穿電子信息裝備需求論證、驗證生產、裝備服役、戰斗運用和報廢注銷全壽命周期，在裝備管理中產生海量數據：裝備使用方面分為裝備隨機資料數據、裝備使用履歷數據；裝備維修保養方面分為裝備故障及維修數據庫、裝備維修保養行程記錄數據；裝備監督檢查方面分為裝備檢查督導指導文件、裝備檢查督導結果認證數據?；谶@些大數據處理，是提高裝備保障能力的關鍵。

電子信息裝備管理的核心是對以上相關數據的管理，在實際工作中這些信息數據從收集到傳輸及存儲過程，易受設備因素和人為因素的干擾，大幅削減其實用價值。而區塊鏈的技術優勢，能夠最大程度地減少裝備管理活動的層級和環節，保證信息數據的有效性，提升裝備管理效率，同時還能大幅節約管理成本。

2 區塊鏈在電子信息裝備管理中的應用

2.1 區塊鏈在電子信息裝備管理中應用潛力分析

1)可靠的數據獲取

裝備管理的信息不僅包括裝備自身狀況、操作狀況、發展狀況等整個生命周期的動態信息，涵蓋信息數據的產生、傳輸、存儲和修改情況，而且還要實時考量信息的真實性及使用價格。這些信息資源的準確性、時效性、完整性共同構建了其使用價值，是掌握己方力量、評估進攻效能、以及對裝備整體發展改革的關鍵依據。區塊鏈具備實時通信、信息公開、不可篡改的技術特性，為裝備管理信息的實時收集和形成統一標準提供了有力條件。其共識、留證和溯源的運轉機制，為褒獎和追責提供了便利，給予信息生產者工作動力的同時也迫使其不敢隱瞞和造假。對于區塊鏈上某一觸發事件，其識機制要求超過單數的成員的確認才能生效。對應到實際工作就是如果有人有意“犯錯”，必須說服超過一半的“知情人”為其背書，這樣“犯錯”成本過于高昂。

2)嚴格的流程監督

小到裝備的規范操作和維護保養，大到其生產移交和存滅狀態，不僅影響戰斗效能，更是涉及部隊安全的大事。在實際工作中，大方向的監管不容易出差錯，但細致的流程性監督卻很難到位。區塊鏈能夠在以下兩個方面發揮優勢：一是操作規范的落實扎實有效。區塊鏈能夠以時間戳為標記，記錄操裝備操作和保養工作流程，因其不能被篡，迫使工作人員必須按時履行職責，防止了拖延有集中補就。二是對違規事件的處理客觀公正。區塊鏈的信息公開和歷史留證特性，迫使各級管理者及時通報違規事件，并合理處理，能有效避免隱瞞包庇和執紀不嚴，甚至徇私枉法的情況發生。

3)優質的交流通道

裝備管理包括研制、生產、使用、移交、報廢等多個環節，涉及部門單位也比較繁多，各類交流溝通需求非常多，而現實工作中一直缺少一個全面的共享型的通訊錄。區塊鏈正好能夠滿足這一需求，它存在于計算機網絡中，合法用戶能夠隨時隨地登陸，共享和貢獻專業知識，其溯源特性能夠保證能查詢到信息的源頭，其不可篡改特性能夠保證查到的信息是真實的，其公開性能夠保證信息內容的廣泛。

4)穩固的知識積累

裝備操作維護以及故障排解方面，除了部分裝備有現成的教材可以參考外，絕大部分還要靠操作人員的經驗。尤其是對特定裝備的故障處置，包括故障的描述、排解方法，甚至是求救外援的措施，大多數經驗通常是“師傅帶徒弟”式的言傳身教，很難記錄在案，即使有記錄的也不容易長期留存。區塊鏈因其存儲安全性和數據不可篡改性，可以很好地將這些知識記錄在鏈，恒久保存，逐漸形成強大的知識儲備庫。

5)強勁的參與吸引

區塊鏈作為一個資源共享、無集中式管理的數據庫體系，能否吸引足夠的成員提供服務性工作是確保其正常運轉的首要因素。比特幣網絡系統的運行模式是給付出一定工作量的成員獎勵特定數目的比特幣，事實上比特幣最終能夠與真實世界的貨幣兌換。區塊鏈應用于裝備管理也離不開這一理念，借鑒以社會上一些成功案例，一般都以積分形式給“工作量定價”，積分最終以制度性獎勵和貨幣化獎勵兌現?？梢园凑铡爸贫刃约钕刃?，貨幣化激勵輔助”的建設策略，優先保證本管理體系在本土范圍內實施，逐漸形成清晰明確、公開透明的定價規則，在全社會吸引廣泛的參與者，形成“事無巨細都有人干”大好局面。

6)低廉的運行成本

運行過程依托現有計算機和網絡，沒有專用的實體設施，只有系統軟件開發和維護成本。

2.2 區塊鏈技術應用的難點及應對措施

1)建設管理難度

基于區塊鏈的裝備管理系統最終成品將是一套軟件。其建設難度在于對大量電子信息裝備管理規則和操作行為的程序化，以及對參與管理的領導機構、裝備使用人員、技術保障人員等工作量衡量標準的制定。操作規則的制定是一個極為龐大的工程，可采取以從個別典型型號裝備、裝備管理單位入手試行，循序漸進的發展模式逐步實現。上述裝備管理體系涉及監督和處罰和激勵措施，都需要制度上的保障，在體系建立初期是很難面面俱到一蹴而就，可采取從小單位試用，邊成熟邊建設的方式逐步壯大。

2)系統安全性

涉及電子信息裝備的數據都具有較高密級，而裝備管理與運用保障中會覆蓋隨機資料、交接登記、保障信息、作戰訓練數據等大數據，也會牽涉到機關領導、部隊官兵、保障人員(包括軍工廠技術人員)，系統安全性是一個挑戰?？筛鶕芗壊煌谲娋W上分別建鏈，比如管理過程記錄數據不涉密，在公鏈共享，可以對移交、交接單位所有節點開放；技術狀態數據、隨機資料數據密級較高，在軍用專網上建設子鏈，可以在使用單位節點存儲，內部節點共享；技術服務數據不涉密，可以對管理機構和廠家節點開發。實行特定人員準入機制，確保信息不被非相關人員獲取，保證信息安全。

3 結束語

區塊鏈技術是近年來備受關注的新技術，其技術特色、發展前景乃至對現實社會帶來的深刻影響都已經獲得廣泛認可。不難發現，現有的區塊鏈數據結構、共識機制等技術基礎可以直接應用在裝備管理中。如何贏得主動，基于區塊鏈的去中心化智能合約技術提供了新的思路和方法，極具軍事價值。綜合分析，區塊鏈技術在電子信息裝備管理中應用具有廣闊前景，但落地還需要探索一套合理的規則，以有效激發電子信息裝備管理系統把多維戰場中的感知系統、武器裝備、保障人員、武器使用人員聯接成一個高效的網絡，實現時空一致、連續精確的狀態監測、信息共享和共識認證，協同保障各電子信息裝備性能，推進電子信息裝備管理向“高效集約、自主運行”方向發展。