基于區(qū)塊鏈的跨域聯(lián)合作戰(zhàn)信息交互技術(shù)研究*

王鵬飛 王維康

（1.海裝駐上海地區(qū)第二軍事代表室 上海 200000）（2.海軍裝備部裝備審價(jià)中心 北京 100071）

1 引言

區(qū)塊鏈作為當(dāng)前的信息技術(shù)熱點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注，已廣泛應(yīng)用于金融、醫(yī)療、電子政務(wù)、網(wǎng)絡(luò)安全、物資管理等民用領(lǐng)域，取得了良好的效果［1］。近年來，美軍、北約等也對區(qū)塊鏈的軍事應(yīng)用價(jià)值開始重視，2019年至今，美軍先后推出馬賽克戰(zhàn)、分布式殺傷、跨域聯(lián)合作戰(zhàn)等新興作戰(zhàn)概念，區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的融合發(fā)展與應(yīng)用，為各種新型作戰(zhàn)概念提供了技術(shù)手段與實(shí)踐平臺［2］。研究軍事區(qū)塊鏈在跨域作戰(zhàn)中的應(yīng)用，將區(qū)塊鏈的技術(shù)特性應(yīng)用于軍事信息系統(tǒng)中，能有效提高提升跨域聯(lián)合作戰(zhàn)信息系統(tǒng)的安全，增強(qiáng)作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)效能，對推動(dòng)軍隊(duì)信息化建設(shè)與發(fā)展有著重要的意義。

2 區(qū)塊鏈概述

2.1 基本概念

區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一種去中心化的分布式賬本，是一種能夠在去信任環(huán)境下實(shí)現(xiàn)信息共享、可信協(xié)作，具有高安全性、高自治性、難以篡改的記賬技術(shù)［3］。其創(chuàng)新性的特點(diǎn)包括：鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)、分布式存儲(chǔ)、共識機(jī)制和智能合約技術(shù)。鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)基于時(shí)間戳將數(shù)據(jù)封裝起來，形成一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊。每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊包括區(qū)塊頭和區(qū)塊體。區(qū)塊頭記錄了時(shí)間戳、交易記錄運(yùn)算生成的Merkle 根、前一區(qū)塊的哈希值，區(qū)塊體記錄了該區(qū)塊的所有交易信息。所有區(qū)塊按時(shí)間順序鏈接起來組成鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)，這使得區(qū)塊鏈具有防篡改、可追溯的安全特性。分布式存儲(chǔ)不依賴任何第三方結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中無中心管理節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)權(quán)限相同，節(jié)點(diǎn)間基于端到端對等網(wǎng)絡(luò)（P2P）進(jìn)行交易與驗(yàn)證，這使得區(qū)塊鏈具有去中心化、去信任化、抗毀重組等特點(diǎn)。共識機(jī)制能夠使得各分布式數(shù)據(jù)區(qū)塊間達(dá)成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交易等過程的一致性共識，當(dāng)有新的交易產(chǎn)生時(shí)，采用廣播方式在全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行審計(jì)、驗(yàn)證，這使得區(qū)塊鏈具有容錯(cuò)機(jī)制，同時(shí)具有高安全性、高可靠性等特性。智能合約技術(shù)可以定義相應(yīng)的運(yùn)行規(guī)則（即合約），在滿足合約條件時(shí)，不需要管理節(jié)點(diǎn)的操作，自主運(yùn)行。這一特點(diǎn)使得區(qū)塊鏈具備自動(dòng)化、智能化的特點(diǎn)。

美國在區(qū)塊鏈研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，2019年，美國國會(huì)批準(zhǔn)了《區(qū)塊鏈促進(jìn)法案》，要求聯(lián)邦政府成立區(qū)塊鏈組，促進(jìn)區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)新。同年，美國國防部發(fā)布了區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展四年規(guī)劃路線圖，以期推動(dòng)區(qū)塊鏈技術(shù)在國防和軍事領(lǐng)域的研究和應(yīng)用［4］。北約、俄羅斯等也緊隨其后，陸續(xù)在軍事區(qū)塊鏈的研究方面加大投入，開展相關(guān)的研究與試驗(yàn)。我國區(qū)塊鏈技術(shù)在商用領(lǐng)域較為成熟，近年來開始關(guān)注區(qū)塊鏈技術(shù)在軍用領(lǐng)域的應(yīng)用，并陸續(xù)發(fā)布了軍事區(qū)塊鏈白皮書，可以預(yù)見不久的未來，區(qū)塊鏈技術(shù)將在軍事領(lǐng)域占據(jù)重要的一席之地，極大地促進(jìn)軍事信息化建設(shè)和發(fā)展［4～7］。

2.2 軍事區(qū)塊鏈的特點(diǎn)與應(yīng)用難點(diǎn)

區(qū)塊鏈的去中心化架構(gòu)、分布式存儲(chǔ)等特點(diǎn)有效降低了信息集中存儲(chǔ)、管理的風(fēng)險(xiǎn)，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸與處理安全性，不僅在民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在軍事領(lǐng)域也有著十分廣闊的應(yīng)用前景［8］。軍事區(qū)塊鏈的應(yīng)用尚處于發(fā)展初期，比起民用區(qū)塊鏈來在應(yīng)用背景、方式等方面有諸多不同。兩者間的對比如表1所示。

表1 民用區(qū)塊鏈和軍用區(qū)塊鏈對比分析

基于軍事領(lǐng)域的特殊性，區(qū)塊鏈自身的特性應(yīng)用于跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中亦不可避免地存在著一些問題，需要引起足夠重視［9］。

1）層級式指揮與去中心化的矛盾

軍事信息系統(tǒng)往往具有層級式指揮結(jié)構(gòu)，等級嚴(yán)格，上級指揮下級，各級職責(zé)和權(quán)限各不相同，指揮權(quán)預(yù)先指定。而區(qū)塊鏈具有無中心化特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)具有對等性，靠所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共同維護(hù)運(yùn)行，記賬權(quán)通過競爭機(jī)制獲得。因此，軍事區(qū)塊鏈可采用主從鏈、聯(lián)盟鏈等模式，區(qū)分指揮節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)權(quán)限，應(yīng)用上更適用于戰(zhàn)術(shù)級及以上系統(tǒng)、無人自主系統(tǒng)等［10］。

2）信息可控與全網(wǎng)共享的矛盾

軍事信息系統(tǒng)具有高安全性及保密性要求，按等級劃分密級并進(jìn)行集中管理，要求信息在一定范圍內(nèi)可控。而區(qū)塊鏈具有共識機(jī)制，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有節(jié)點(diǎn)共享信息，自由交互，信息傳播具有透明性、匿名性等特點(diǎn)，與軍事信息系統(tǒng)受控存在矛盾。因此，區(qū)塊鏈應(yīng)用于聯(lián)合作戰(zhàn)可采用信息分級存儲(chǔ)、分區(qū)組鏈、按需分發(fā)等模式，并定制共識機(jī)制以及智能合約規(guī)則。

3）高實(shí)時(shí)性與反復(fù)認(rèn)證的矛盾

軍事信息系統(tǒng)對信息實(shí)時(shí)性、交互時(shí)效性高，制信息權(quán)的程度往往對戰(zhàn)爭勝負(fù)產(chǎn)生決定性的影響。而區(qū)塊鏈完成一次共識過程需要數(shù)分鐘至幾十分鐘不等，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越龐大，去中心化程序越高，則所需要時(shí)間越長。區(qū)塊鏈繁瑣的認(rèn)證過程和復(fù)雜共識算法和軍事信息高實(shí)時(shí)性存在著沖突。軍事區(qū)塊鏈可采用部分去中心化結(jié)構(gòu)，針對具體業(yè)務(wù)領(lǐng)域的特點(diǎn)和需求，設(shè)計(jì)軍事區(qū)塊鏈分級架構(gòu)，并采用專用的共識算法和智能合約機(jī)制。

4）無線信道與通信穩(wěn)定的矛盾

軍事作戰(zhàn)環(huán)境往往具有復(fù)雜性與分布式等特點(diǎn)，不可避免存在大量的無線通信應(yīng)用場景，存在著戰(zhàn)術(shù)信道不穩(wěn)定、傳輸效率低等問題，而區(qū)塊鏈為了保證其高效、可靠運(yùn)行，通常需要高速穩(wěn)定的通信運(yùn)行環(huán)境。如何在無線通信場景下提升通信效率、保證通信可靠運(yùn)行，完成通信節(jié)點(diǎn)身份進(jìn)行驗(yàn)證，以及進(jìn)行高效共識是軍事區(qū)塊鏈應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)與難點(diǎn)。

3 軍事區(qū)塊鏈在跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中的應(yīng)用分析

3.1 軍事區(qū)塊鏈在跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中的應(yīng)用需求

區(qū)塊鏈技術(shù)上并不具有顛覆性創(chuàng)新，但是其在組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式上的創(chuàng)新，將去中心化架構(gòu)、分布式存儲(chǔ)、智能合約、共識機(jī)制等先進(jìn)技術(shù)融于一體，其展現(xiàn)出來的優(yōu)勢和特質(zhì)，正契合跨域聯(lián)合作戰(zhàn)樣式和運(yùn)用的特殊需求［11］。

1）無中心組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。區(qū)塊鏈采用無中心組網(wǎng)方式，具有去中心化的特點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的地位平等，通過共識機(jī)制使得分散部署在系統(tǒng)中的各結(jié)點(diǎn)對區(qū)塊數(shù)據(jù)進(jìn)行審計(jì)、驗(yàn)證，形成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及交易結(jié)果的全網(wǎng)共識，而智能合約機(jī)制保障系統(tǒng)在沒有管理節(jié)點(diǎn)的情況下自動(dòng)執(zhí)行合約程序，契合跨域聯(lián)合作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)扁平化、智能化、自主化的作戰(zhàn)需求；

2）分散式?jīng)Q策機(jī)制。區(qū)塊鏈提供分散式?jīng)Q策機(jī)制，通過在分散部署的各作戰(zhàn)要素與作戰(zhàn)單元之間建立合理的激勵(lì)和競爭機(jī)制，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)資源的合理配置、作戰(zhàn)任務(wù)的協(xié)同完成。分散式?jīng)Q策契合跨域聯(lián)合作戰(zhàn)及集群作戰(zhàn)中協(xié)同探測與指揮、協(xié)同交戰(zhàn)的需求。

3）可信協(xié)作體系。區(qū)塊鏈創(chuàng)造了一種可信協(xié)作體系。利用共識算法來保障網(wǎng)絡(luò)中所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、驗(yàn)證與交易的可信性，系統(tǒng)內(nèi)所有交易都需要大部分或者全部結(jié)點(diǎn)的認(rèn)證與共識，大大增強(qiáng)了數(shù)據(jù)交易的可信性。保證了信息不對稱情況下以及非信任軍事環(huán)境下信息的安全可靠傳輸、體系的可信協(xié)作運(yùn)行。契合跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中新質(zhì)作戰(zhàn)力量的可信協(xié)作、自主無人作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展運(yùn)用需求。

3.2 軍事區(qū)塊鏈在跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中的應(yīng)用方向

結(jié)合區(qū)塊鏈的去中心化、可追溯、防篡改等技術(shù)特性，以及在跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中的應(yīng)用需求，本文探討軍事區(qū)塊鏈在聯(lián)合作戰(zhàn)中的幾種典型應(yīng)用方向：聯(lián)合作戰(zhàn)信息互聯(lián)互通、分布式指揮決策、核心武器指揮控制、無人平臺作戰(zhàn)管理［12］。

3.2.1 聯(lián)合作戰(zhàn)信息互聯(lián)互通

戰(zhàn)場情報(bào)信息的獲取、融合、互聯(lián)互通是跨域聯(lián)合作戰(zhàn)的前提和基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)的中心式層級指揮模式下，各傳感器偵察器分別將偵察獲取的情報(bào)信息傳送到聯(lián)合指揮中心，在聯(lián)合指揮中心進(jìn)行處理融合，并生成統(tǒng)一戰(zhàn)場態(tài)勢圖下發(fā)到軍兵種指揮中心，再由軍兵種指揮中心發(fā)送相關(guān)指令到武器平臺。整個(gè)過程存在通信鏈路長、傳輸效率低等問題，無法滿足跨域作戰(zhàn)對時(shí)效性的要求，尤其是在打擊時(shí)敏目標(biāo)時(shí)，局限性更明顯。另外，任何一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)收到攻擊，鏈路信息將受到中斷，中心化明顯。

將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于聯(lián)合作戰(zhàn)信息共享與傳輸中，一是可以利用區(qū)塊鏈無中心組網(wǎng)、防篡改、抗毀重組等優(yōu)勢，有效防御信息攻擊和關(guān)鍵信息節(jié)點(diǎn)破壞，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)條件下戰(zhàn)場情報(bào)高效可靠傳輸。二是基于區(qū)塊鏈的共識機(jī)制和智能合約機(jī)制，在無中心化組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)均具有對等性，有利于各參戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)掌握態(tài)勢、隨時(shí)了解任務(wù)、快速遂行行動(dòng)，提高任務(wù)式指揮的效率，實(shí)現(xiàn)時(shí)間敏感目標(biāo)自動(dòng)交戰(zhàn)打擊等要求。為聯(lián)合作戰(zhàn)各軍種戰(zhàn)術(shù)單元和作戰(zhàn)平臺快速組合和可靠運(yùn)行提供保障。

3.2.2 分布式指揮決策

跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中各作戰(zhàn)要素、平臺趨向于分散化，其分布式作戰(zhàn)特點(diǎn)要求多域內(nèi)作戰(zhàn)要素或作戰(zhàn)單元之間跨域有序協(xié)同，以應(yīng)對復(fù)雜的、不確定性的作戰(zhàn)任務(wù)?？缬蜃鲬?zhàn)往往采用層級式指揮方式，傳統(tǒng)的層級化指揮方式層級結(jié)構(gòu)眾多且復(fù)雜，從聯(lián)合指揮所到各下級指揮所，在到各級任務(wù)指揮單元，從上到下逐層分解作戰(zhàn)任務(wù)，進(jìn)行任務(wù)沖突分解、協(xié)調(diào)，需要反復(fù)多次協(xié)調(diào)規(guī)劃，才能形成可行的作戰(zhàn)方案。且在跨軍兵種、跨戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)、跨平臺、跨領(lǐng)域作戰(zhàn)過程中往往容易存在通信信道不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)不一、信息安全隱患大以及跨網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證和簽名統(tǒng)一難等問題，導(dǎo)致作戰(zhàn)籌劃效率低下、作戰(zhàn)效能難以保證等問題。

將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于分布式指揮決策中，依托區(qū)塊鏈的共識機(jī)制、智能合約、自動(dòng)運(yùn)行等機(jī)制可以將作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行分解，根據(jù)作戰(zhàn)需求及資源約束智能完成沖突消解，從而形成合理高效的作戰(zhàn)方案，有效解決層級化煙囪式指揮模式中出現(xiàn)的種種問題。在這種模式下，各級作戰(zhàn)單元能及時(shí)了解戰(zhàn)場態(tài)勢、作戰(zhàn)任務(wù)，并自動(dòng)完成任務(wù)協(xié)同，智能高效協(xié)作完成作戰(zhàn)任務(wù)。另外，采用基于區(qū)塊鏈的分布式?jīng)Q策機(jī)制，參與決策的各要素均采用統(tǒng)一的加密算法進(jìn)行加密，在跨域通信、協(xié)同指揮決策過程中，可有效保證跨網(wǎng)絡(luò)數(shù)字簽名和證書一致性，從而提高協(xié)同決策效率。

3.2.3 核心武器指揮控制

核心武器的指揮控制對指揮控制系統(tǒng)的安全、可信、可靠等要求非常高，尤其是核武器、空間武器、遠(yuǎn)程精確打擊武器等戰(zhàn)略武器，是交戰(zhàn)雙方攻防的重點(diǎn)對象。在集中式指揮控制模式下，指揮控制系統(tǒng)接收到傳感器探測設(shè)備等收集到的情報(bào)數(shù)據(jù)后，首先生成威脅預(yù)警信息，然后進(jìn)行作戰(zhàn)籌劃、生成打擊決策等，并向武器平臺發(fā)送作戰(zhàn)指令，指揮武器系統(tǒng)對目標(biāo)發(fā)起攻擊。在這種集中式指揮模式下，系統(tǒng)指揮鏈路長、環(huán)節(jié)多，一旦某個(gè)節(jié)點(diǎn)遭受攻擊或者破壞，都有可能使得整個(gè)指揮鏈路中斷，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效。

將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于武器指揮控制模式中，基于區(qū)塊鏈的防篡改、集體維護(hù)等特性，鏈上所有的信息處理傳輸都必須經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大部分節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)證，以確保信息的合法性。另外，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)均采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)分散存儲(chǔ)于分布式網(wǎng)絡(luò)上，各自獨(dú)立，即使個(gè)別節(jié)點(diǎn)遭到攻擊或者破壞，由于區(qū)塊鏈內(nèi)所有信息共享與透明，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。要想對整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施攻擊，攻擊者必須擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力，同時(shí)對網(wǎng)絡(luò)中超過一半以上節(jié)點(diǎn)發(fā)起攻擊才有效。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)越多時(shí)，攻擊越難以實(shí)現(xiàn)。

3.2.4 無人平臺作戰(zhàn)管理

隨著智能化戰(zhàn)爭形態(tài)的到來，無人化智能作戰(zhàn)已成為典型作戰(zhàn)樣式。當(dāng)前有人平臺主要依靠數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)信息傳輸與安全共享，無人平臺之間尚缺乏有效的信息傳送手段，無法實(shí)現(xiàn)無人集群對外部戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢的感知和信息溝通［9］。無人集群主要依靠地面控制中心或者領(lǐng)頭單元作為指揮控制單元，完成信息感知與動(dòng)作協(xié)同。這種模式下，一旦集群領(lǐng)頭單元遭到破壞、受到欺騙干擾或者與地面控制中心斷開連接，集群系統(tǒng)將失去控制。另一方面，對集群節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力、融合處理能力以及個(gè)體成員的自主性要求都很高，要求集群內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)具備對復(fù)雜戰(zhàn)場態(tài)勢進(jìn)行分析、有效判斷的能力。因此，目前無人平臺及其集群的可控性和可靠性較弱。

將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于無人作戰(zhàn)系統(tǒng)中，借鑒區(qū)塊鏈去中心化自治組織結(jié)構(gòu)，集群中的每個(gè)無人節(jié)點(diǎn)個(gè)體都可以作為一個(gè)獨(dú)立自治的智能體，具備一定的態(tài)勢感知、分析判斷和智能決策能力，能共同形成統(tǒng)一戰(zhàn)場態(tài)勢并在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行信息共享、決策協(xié)同。這些智能體能按照共識機(jī)制和智能合約進(jìn)行協(xié)同感知與決策、任務(wù)分配、協(xié)同打擊。

4 基于區(qū)塊鏈的跨域聯(lián)合作戰(zhàn)信息交互平臺

跨域聯(lián)合作戰(zhàn)涉及到陸、海、空、天、電磁等多個(gè)作戰(zhàn)域，作戰(zhàn)元素種類繁多、數(shù)量龐大，且作戰(zhàn)單元間的相互作用關(guān)系復(fù)雜，目前戰(zhàn)場信息的傳輸、處理等過程主要依賴指揮所、情報(bào)指揮中心等機(jī)構(gòu)，無論是在安全可信上還是在機(jī)密性上均存在著較大的隱患。區(qū)塊鏈可以在不依賴任何第三方機(jī)構(gòu)的去信任環(huán)境下，完成區(qū)塊鏈內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息的統(tǒng)一維護(hù)和管理，能有效提升戰(zhàn)場信息的安全性、可靠性、完整性。結(jié)合區(qū)塊鏈的技術(shù)特性以及在跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中信息安全保障需求，本文提出了一種基于區(qū)塊鏈的跨域聯(lián)合信息交互平臺，如圖1所示。

圖1 基于區(qū)塊鏈的跨域聯(lián)合信息交互平臺

1）區(qū)塊鏈模塊：通過建立軍事聯(lián)盟鏈并采用多鏈并行的架構(gòu)，按作戰(zhàn)背景及任務(wù)需求建立不同功能的任務(wù)鏈，通過點(diǎn)對點(diǎn)共識機(jī)制實(shí)現(xiàn)跨域聯(lián)合作戰(zhàn)指揮體系的去中心化、去信任以及數(shù)據(jù)的不可篡改性。

2）分布式存儲(chǔ)模塊：采用分布式存儲(chǔ)架構(gòu)，作戰(zhàn)資源及數(shù)據(jù)信息以分布式形式按需存儲(chǔ)，鏈上只存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息的hash 值，在優(yōu)化存儲(chǔ)資源的同時(shí)，保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕岣哝溕蠑?shù)據(jù)傳輸?shù)男室约巴该餍浴?/p>

3）身份管理模塊：提供區(qū)塊鏈中區(qū)塊節(jié)點(diǎn)的身份注冊、認(rèn)證及管理識別功能，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)身份信息的認(rèn)證管理以及身份信息的隱私保護(hù)。

4）智能合約模塊：定義鏈上數(shù)據(jù)交互的運(yùn)行規(guī)則，如：身份管理合約、戰(zhàn)術(shù)管理合約等，在滿足合約運(yùn)行的條件時(shí)，不需要管理節(jié)點(diǎn)的操作，自主運(yùn)行。

4.1 多鏈并行架構(gòu)

跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中涉及的軍兵種繁多、作戰(zhàn)任務(wù)復(fù)雜，往往涉及大量的分布式協(xié)同作戰(zhàn)場景。因此，本文采用基于主從鏈的多鏈并行架構(gòu)，根據(jù)作戰(zhàn)背景和任務(wù)需求同時(shí)建立多條任務(wù)鏈，如：指揮鏈、打擊鏈、任務(wù)保障鏈等。每條鏈均可獨(dú)立運(yùn)行，在不同的任務(wù)鏈上分別設(shè)定主鏈，主鏈擁有較高權(quán)限，可對該鏈進(jìn)行管理控制。所有鏈的主鏈節(jié)點(diǎn)組成軍事聯(lián)盟鏈，鏈與鏈之間的通信以及信息交互通過聯(lián)盟鏈的跨鏈機(jī)制來完成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。多鏈并行架構(gòu)可用于執(zhí)行跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中的不同作戰(zhàn)任務(wù)，各任務(wù)鏈只負(fù)責(zé)處理鏈內(nèi)的事務(wù)，只有在需要任務(wù)協(xié)同時(shí)，才通過主鏈與聯(lián)盟鏈中的其他主鏈節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生數(shù)據(jù)及信息交互。在滿足多樣化作戰(zhàn)任務(wù)的同時(shí)，可提高任務(wù)鏈的作戰(zhàn)效率。

圖2 基于聯(lián)盟鏈的多鏈并行架構(gòu)

區(qū)塊鏈內(nèi)的操作是通過用戶賬號進(jìn)行的，由指揮中心給各鏈上的節(jié)點(diǎn)分發(fā)賬戶，包括：賬戶名、賬戶權(quán)限、公私鑰等，每個(gè)賬戶均有一個(gè)角色認(rèn)證憑證，不同的角色具有不同的訪問權(quán)限，通過訪問權(quán)限完成平臺內(nèi)的各種操作。鏈內(nèi)的節(jié)點(diǎn)運(yùn)行過程如下：

1）用戶通過賬號進(jìn)入?yún)^(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)發(fā)送相應(yīng)的操作請求，進(jìn)行身份識別、驗(yàn)證后，該請求被轉(zhuǎn)發(fā)至分布式存儲(chǔ)服務(wù)，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)哈希。如果所請求數(shù)據(jù)在本區(qū)塊鏈內(nèi)，則轉(zhuǎn)入2）。否則，通過主鏈向聯(lián)盟鏈內(nèi)其他主鏈成員獲取，其他主鏈成員在鏈內(nèi)獲取請求數(shù)據(jù)見2）。

2）從分布式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫獲取所需數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)哈希。發(fā)起交易請求，通過智能合約并將交易請求同步到區(qū)塊鏈內(nèi)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行交易解碼和驗(yàn)證等過程，如果驗(yàn)證通過，則將交易記錄至交易池中，完成本次交易。

3）經(jīng)過若干次交易后，節(jié)點(diǎn)將一個(gè)區(qū)塊時(shí)間內(nèi)的所有交易進(jìn)行打包，生成新的區(qū)塊節(jié)點(diǎn)，并通過智能合約在區(qū)塊鏈內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)中完成交易共識，共識完成后該節(jié)點(diǎn)加入?yún)^(qū)塊鏈末端。

4.2 智能合約設(shè)計(jì)

智能合約是一種可以實(shí)現(xiàn)合同條款的計(jì)算機(jī)程序，由合約代碼和合約地址組成。根據(jù)業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)流程，將合約編譯后部署到區(qū)塊鏈上。當(dāng)合約運(yùn)行的條件被滿足時(shí)，合約自動(dòng)激活，通過合約地址發(fā)起事務(wù)，可實(shí)現(xiàn)鏈上業(yè)務(wù)的自動(dòng)化運(yùn)行。通過智能合約設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)軍事信息業(yè)務(wù)邏輯向合約邏輯的轉(zhuǎn)變，鏈上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、業(yè)務(wù)信息流轉(zhuǎn)、節(jié)點(diǎn)身份識別與驗(yàn)證等都需要通過智能合約來約定。

智能合約根據(jù)業(yè)務(wù)需求大致可以分為三類：身份管理合約、版本管理合約、業(yè)務(wù)邏輯合約，結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 智能合約結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 數(shù)據(jù)信息上鏈流程

圖5 鏈上獲取數(shù)據(jù)服務(wù)流程

1）身份管理合約：主要提供用戶注冊、身份識別認(rèn)證、憑證發(fā)放等功能。當(dāng)有新的用戶注冊時(shí)，區(qū)塊鏈對用戶身份進(jìn)行注冊驗(yàn)證，完成注冊驗(yàn)證后，為用戶創(chuàng)建去中心化身份，并建立用戶身份標(biāo)識的哈希存儲(chǔ)，存儲(chǔ)于分布式存儲(chǔ)模塊中，完成身份哈希的上鏈存儲(chǔ)。在進(jìn)行用戶身份識別驗(yàn)證時(shí)，通過身份標(biāo)識判斷用戶是否已經(jīng)注冊，如果已經(jīng)注冊且驗(yàn)證通過，則區(qū)塊鏈模塊創(chuàng)建可驗(yàn)證憑證，將驗(yàn)證憑證哈希上鏈，結(jié)果返回給用戶。

2）版本管理合約：提供鏈內(nèi)所有合約信息的版本管理及查詢功能。當(dāng)區(qū)塊鏈內(nèi)有新的事務(wù)交易發(fā)起時(shí)，身份管理合約對用戶進(jìn)行身份驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后進(jìn)行合約信息驗(yàn)證，將合約信息上鏈存儲(chǔ)，并返回合約地址及版本信息。版本管理合約隨之更新合約的哈希地址及版本相關(guān)信息。

3）業(yè)務(wù)邏輯合約：提供軍事業(yè)務(wù)相關(guān)信息的發(fā)送、處理、接受等功能。作戰(zhàn)單元在身份驗(yàn)證成功后，將業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)哈希發(fā)送至區(qū)塊鏈內(nèi)，區(qū)塊鏈完成數(shù)據(jù)哈希上鏈，并返回信息發(fā)送成功標(biāo)識。作戰(zhàn)單元在進(jìn)行軍事信息查詢、獲取時(shí)，同樣先進(jìn)行用戶身份驗(yàn)證，驗(yàn)證成功后發(fā)送請求至區(qū)塊鏈內(nèi)，區(qū)塊鏈完成查詢并返回信息哈希地址。

4.3 信息服務(wù)流程

跨域聯(lián)合作戰(zhàn)信息交互平臺中，當(dāng)業(yè)務(wù)鏈有數(shù)據(jù)信息上鏈，或者需要從區(qū)塊鏈獲取情報(bào)、態(tài)勢信息時(shí)，將通過區(qū)塊鏈模塊、身份管理模塊、智能合約進(jìn)行身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)處理，在通過分布式存儲(chǔ)模塊上傳或者獲取業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息。采用分布式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)將業(yè)務(wù)信息碎片化分布式存儲(chǔ)于各信息系統(tǒng)中，一方面可以提高系統(tǒng)抗毀容災(zāi)能力，另一方面也可以減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，提高鏈上運(yùn)行效率，從而有效提升戰(zhàn)爭指揮快速反應(yīng)能力與決策水平。

4.3.1 數(shù)據(jù)信息上鏈

當(dāng)業(yè)務(wù)鏈上傳數(shù)據(jù)信息到跨域聯(lián)合作戰(zhàn)平臺時(shí)，通過分布式存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)對報(bào)文進(jìn)行哈希運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果返回給區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈調(diào)用智能合約完成數(shù)據(jù)上鏈。從業(yè)務(wù)鏈上傳數(shù)據(jù)服務(wù)到區(qū)塊鏈的具體流程如下：

1）業(yè)務(wù)鏈用戶發(fā)送身份驗(yàn)證報(bào)文至區(qū)塊鏈模塊，區(qū)塊鏈接口程序進(jìn)行用戶身份識別、驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后上傳報(bào)文到分布式存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，如果驗(yàn)證失敗，則證明用戶不存在或者不具備相應(yīng)權(quán)限。

2）分布式存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)收到報(bào)文后對報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行哈希運(yùn)算，得到數(shù)據(jù)哈希值并返回給區(qū)塊鏈接口程序，區(qū)塊鏈接口程序調(diào)用智能合約。

3）智能合約生成交易信息，將數(shù)據(jù)信息上鏈存儲(chǔ)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)狀態(tài)返回給用戶。

4.3.2 鏈上獲取數(shù)據(jù)

當(dāng)業(yè)務(wù)鏈需要從跨域聯(lián)合作戰(zhàn)平臺獲取相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，通過智能合約從區(qū)塊鏈獲取報(bào)文數(shù)據(jù)哈希值，在根據(jù)報(bào)文哈希從分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行查詢，從而獲取所需數(shù)據(jù)服務(wù)。從區(qū)塊鏈獲取數(shù)據(jù)服務(wù)流程如下：

1）業(yè)務(wù)鏈用戶發(fā)送身份驗(yàn)證報(bào)文至區(qū)塊鏈模塊，區(qū)塊鏈接口程序進(jìn)行用戶身份識別、驗(yàn)證，確認(rèn)相應(yīng)權(quán)限。

2）智能合約在收到報(bào)文請求后查詢鏈上數(shù)據(jù)，如果所需數(shù)據(jù)在本業(yè)務(wù)鏈中，則返回?cái)?shù)據(jù)哈希值給區(qū)塊鏈接口程序。

3）區(qū)塊鏈根據(jù)報(bào)文數(shù)據(jù)哈希值到分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)中獲取業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)真實(shí)值，將查詢結(jié)果狀態(tài)以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)真實(shí)數(shù)據(jù)值返回給用戶。

4）若所需數(shù)據(jù)不在本業(yè)務(wù)鏈中，則通過業(yè)務(wù)鏈主鏈將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)至聯(lián)盟鏈中查詢，由聯(lián)盟鏈智能合約獲取所需業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)哈希值后，返回給業(yè)務(wù)鏈主鏈。在轉(zhuǎn)入步驟3），進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)獲取。

5 結(jié)語

本文通過剖析區(qū)塊鏈的基本特點(diǎn)及應(yīng)用方式，結(jié)合跨域聯(lián)合作戰(zhàn)能力提升需求，分析了軍事區(qū)塊鏈在跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中的幾種應(yīng)用場景，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于區(qū)塊鏈的跨域聯(lián)合作戰(zhàn)信息交互平臺，闡述了該系統(tǒng)的組成架構(gòu)、智能合約設(shè)計(jì)方法以及信息服務(wù)流程等，保障了跨域聯(lián)合作戰(zhàn)中信息交互安全及跨域作戰(zhàn)要素的可信協(xié)作。