區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展及其軍事應(yīng)用前景

李艷霄

（國家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心，北京 100040）

區(qū)塊鏈技術(shù)（Blockchain technology）是隨著比特幣等數(shù)字加密貨幣的日益普及而逐漸興起的一種全新的去中心化的基礎(chǔ)架構(gòu)與分布式計(jì)算范式，其已在金融行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，是目前最具吸引力的前沿技術(shù)之一，已成為美俄等國家和地區(qū)競(jìng)相發(fā)展的重點(diǎn)。未來，其將在軍事領(lǐng)域得到推廣使用。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)概念與特點(diǎn)

1.1 概念

區(qū)塊鏈技術(shù)起源于2009年美籍日裔學(xué)者中本聰設(shè)計(jì)的一種加密數(shù)字貨幣——比特幣。幣的產(chǎn)生和交易都和區(qū)塊鏈技術(shù)息息相關(guān)。區(qū)塊鏈變化過程就是新幣產(chǎn)生和流轉(zhuǎn)過程，是支撐整個(gè)比特幣安全、有效、可信運(yùn)行的基礎(chǔ)。

目前，對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的定義尚未統(tǒng)一。本文所指的區(qū)塊鏈技術(shù)是使用網(wǎng)絡(luò)、密碼學(xué)等創(chuàng)造的由多個(gè)節(jié)點(diǎn)共同參與的分布式交易驗(yàn)證和數(shù)據(jù)共享技術(shù)，其本質(zhì)是一種分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其技術(shù)核心是加密算法和共識(shí)機(jī)制。傳統(tǒng)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)都存儲(chǔ)著區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)副本，因此對(duì)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點(diǎn)的攻擊并不能對(duì)其造成本質(zhì)影響。

1.2 特點(diǎn)

區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、去信任、開放性、獨(dú)立性、數(shù)據(jù)可靠性等特點(diǎn)。去中心化：區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)、存儲(chǔ)、維護(hù)和傳輸?shù)冗^程都基于分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不通過中間機(jī)構(gòu)，采用數(shù)學(xué)方法建立起節(jié)點(diǎn)間的信任關(guān)系，從而形成去中心化的分布式系統(tǒng)；去信任：區(qū)塊鏈技術(shù)采用的都是協(xié)商認(rèn)可的規(guī)范和協(xié)議，整個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)都能在去信任的環(huán)境下安全交換數(shù)據(jù)；開放性：除了加密交易方私有信息外，區(qū)塊鏈技術(shù)所有節(jié)點(diǎn)都可通過公開接口訪問，系統(tǒng)透明度高；獨(dú)立性：區(qū)塊鏈技術(shù)不需要人為干預(yù)，不依賴第三方，所有節(jié)點(diǎn)都可以在系統(tǒng)中自動(dòng)進(jìn)行安全驗(yàn)證和數(shù)據(jù)交換；數(shù)據(jù)可靠性：區(qū)塊鏈技術(shù)通過分布式總賬本，拷貝每個(gè)參與記賬節(jié)點(diǎn)的完整數(shù)據(jù)，除非能夠?qū)ο到y(tǒng)中大部分?jǐn)?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行篡改，僅對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)篡改是無法影響數(shù)據(jù)安全性的。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展

目前，區(qū)塊鏈技術(shù)被認(rèn)為是即將改變?nèi)祟惿畹闹卮笸黄菩约夹g(shù)。就像大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)一樣，區(qū)塊鏈技術(shù)也不是單一的信息技術(shù)，而是在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，通過增加獨(dú)創(chuàng)性組合等方式，來實(shí)現(xiàn)以前不能實(shí)現(xiàn)的功能。其發(fā)展大致經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：技術(shù)起源、區(qū)塊鏈1.0、區(qū)塊鏈2.0，如圖1所示。

2.1 技術(shù)起源

區(qū)塊鏈技術(shù)在起源階段是一種支持比特幣運(yùn)行的底層技術(shù)。在技術(shù)起源階段主要采用P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、非對(duì)稱加密算法、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和數(shù)字貨幣等。

2.2 區(qū)塊鏈1.0

比特幣網(wǎng)絡(luò)于2009年初正式上線運(yùn)行。作為一種虛擬貨幣系統(tǒng)，沒有個(gè)人和組織能夠隨意修改其供應(yīng)量和交易記錄，比特幣發(fā)行數(shù)量是由網(wǎng)絡(luò)共識(shí)協(xié)議確定。區(qū)塊鏈1.0階段具有以下典型特征：

圖1 區(qū)塊鏈技術(shù)的演進(jìn)路徑

區(qū)塊鏈1.0是以區(qū)塊為單位的鏈狀數(shù)據(jù)塊結(jié)構(gòu)：區(qū)塊鏈系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)需要通過選取有共享機(jī)制、打包交易權(quán)限的區(qū)塊節(jié)點(diǎn)，將新生成區(qū)塊的前一個(gè)區(qū)塊的時(shí)間戳、哈希值、一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的有效交易等要素打包成一個(gè)區(qū)塊。因?yàn)槊總€(gè)區(qū)塊與前面區(qū)塊都是通過密碼學(xué)方式連接在一起的，當(dāng)區(qū)塊鏈達(dá)到一定長(zhǎng)度后就需要修改歷史區(qū)塊中的交易內(nèi)容，需要對(duì)交易記錄等信息進(jìn)行重構(gòu)，來防止惡意篡改。

全網(wǎng)共享賬本：區(qū)塊鏈技術(shù)中，所有節(jié)點(diǎn)都具有存儲(chǔ)全網(wǎng)歷史交易數(shù)據(jù)的功能，即使是對(duì)個(gè)別節(jié)點(diǎn)入侵、攻擊或篡改也不能影響全網(wǎng)總賬的安全性。

非對(duì)稱加密：在典型的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，賬戶由非對(duì)稱加密算法下的公鑰和私鑰組成，若要使用公鑰中的資產(chǎn)則必須有私鑰。

源代碼開放：區(qū)塊鏈系統(tǒng)中協(xié)商一致的共享機(jī)制可通過一致開源代碼進(jìn)行驗(yàn)證。

以上技術(shù)的組合就是區(qū)塊鏈1.0的典型實(shí)現(xiàn)。

2.3 區(qū)塊鏈2.0

2014年前后，業(yè)界開始認(rèn)識(shí)到區(qū)塊鏈技術(shù)的重要價(jià)值，區(qū)塊鏈2.0試圖創(chuàng)建可共用的技術(shù)平臺(tái)，提高交易速度，降低資源消耗。區(qū)塊鏈2.0階段典型特征如下：

智能合約：區(qū)塊鏈2.0重視平臺(tái)應(yīng)用，該階段能夠發(fā)布各種智能合約，且可以和其他外部IT系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互及處理，從而在各行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

支持信息加密：區(qū)塊鏈2.0可通過智能合約對(duì)發(fā)出和接收到的信息進(jìn)行加密/解密，由于區(qū)塊鏈2.0階段支持完整程序運(yùn)行，因而能夠很好地保護(hù)用戶隱私。

3 軍事應(yīng)用前景分析

目前，區(qū)塊鏈技術(shù)已在金融等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的演進(jìn)，其必將對(duì)軍事領(lǐng)域帶來重大影響，且呈現(xiàn)廣闊的潛在軍事應(yīng)用前景。2018年美國《國防授權(quán)法案》明確提出要求，美國防部要對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行全面研究，重點(diǎn)探討其如何在軍事領(lǐng)域應(yīng)用。

3.1 在提升軍用網(wǎng)絡(luò)通信安全方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值

區(qū)塊鏈技術(shù)作為提升軍用網(wǎng)絡(luò)通信安全的新興技術(shù)，已得到美俄等軍事強(qiáng)國的高度關(guān)注，并大力開展于此相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)攻防研究。如，2016年4月，DARPA發(fā)布名為“安全信息平臺(tái)”和小企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）項(xiàng)目征詢書，希望利用區(qū)塊鏈技術(shù)創(chuàng)建一個(gè)更為安全、有效、快速的通信服務(wù)體系。該項(xiàng)目將分三個(gè)階段進(jìn)行，DARPA指出，使用分布式消息平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)國防部相關(guān)工作文檔的實(shí)時(shí)發(fā)送和接收，從而減少國防部后臺(tái)通信的不必要延遲。

2017年5月，DARPA與ITAMCO公司簽署合同，ITAMCO公司為美軍方開發(fā)一種基于區(qū)塊鏈的“安全、不可入侵的信息傳送和交易平臺(tái)”，該平臺(tái)將用于總部與作戰(zhàn)部隊(duì)之間，或者情報(bào)部門與國防部之間的信息傳送，可確保任何人在任意地點(diǎn)都能夠通過該平臺(tái)安全地發(fā)送或溯源信息。

3.2 在供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)管理方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值

2017年4月，洛克希德·馬丁公司成為美國首個(gè)將區(qū)塊鏈技術(shù)納入其開發(fā)流程的國防承包商，洛克希德·馬丁公司希望利用區(qū)塊鏈技術(shù)提高數(shù)據(jù)完整性，加快發(fā)現(xiàn)問題和解決速度，減少測(cè)試次數(shù)，降低進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)，從而為聯(lián)邦政府提供更為有效安全的產(chǎn)品。

3.3 應(yīng)用于武器裝備全壽命管理領(lǐng)域

2017年5月，洛克希德·馬丁公司和衛(wèi)時(shí)（Guardtime）公司簽署合作協(xié)議，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)管理、系統(tǒng)工程、軟件開發(fā)等關(guān)鍵業(yè)務(wù)過程中，在提高工作效率的同時(shí)，可確保武器裝備在設(shè)計(jì)、開發(fā)、采辦、交付等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)安全性和完整性，避免在這些環(huán)節(jié)出現(xiàn)監(jiān)管漏洞，嵌入網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，從而最終影響武器裝備的使用效能。

3.4 應(yīng)用于武器裝備3D打印領(lǐng)域

3D打印是武器裝備制造領(lǐng)域的未來發(fā)展重點(diǎn)之一，是先進(jìn)制造業(yè)的重要組成，要實(shí)現(xiàn)增材制造的產(chǎn)業(yè)化，核心數(shù)據(jù)的協(xié)同共享非常關(guān)鍵。2018年4月，美國國家制造科學(xué)中心與穆格公司簽署合同，以驗(yàn)證穆格公司的VeriPart解決方案，該方案建立了一個(gè)安全且可追溯的智能數(shù)字供應(yīng)鏈，3D打印零部件過程中所有信息都能通過VeriPart解決方案同步到產(chǎn)品全壽命周期各階段，每筆零部件的交易都記錄在區(qū)塊鏈上，以方便授權(quán)方進(jìn)行交易查詢與信息追溯，未來有望用于海軍水下作戰(zhàn)中心、賴特帕特森空軍基地、國防后勤局、國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院、海軍航空系統(tǒng)司令部等機(jī)構(gòu)。

4 結(jié)語

作為一種前沿技術(shù)，區(qū)塊鏈技術(shù)具有公開透明、安全可信、分布共享等優(yōu)勢(shì)，在軍事領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，已成為各國激烈爭(zhēng)奪的技術(shù)制高點(diǎn)，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。