基于區塊鏈的裝備全壽命數據管理研究

楊成偉，焦敬義

（1.武警工程大學研究生大隊，陜西 西安 710000；2.武警工程大學裝備管理與保障學院，陜西 西安 710000）

裝備全壽命數據管理是對武器裝備從論證設計直到退役報廢所經歷的全過程有關的各類數據統一進行的管理，目的是提高武器裝備系統整體效能[1]。當前，隨著各種信息化、智能化裝備陸續列裝部隊，裝備活動產生數據的種類和數量呈現出“幾何級”的劇增趨勢，傳統的數據收集、處理、分析模式已遠遠不能滿足裝備保障發展建設的需要。區塊鏈技術具有去中心化、透明可信、不可篡改、安全性高等特點[2]，可以通過引入區塊鏈技術，讓裝備監管相關單位都參與到裝備各類數據的更新和維護中，形成一個分布的、受監督的數據檔案記錄網絡，提升裝備全壽命數據信息的完整性與準確性，提高對裝備技術狀態的掌控能力，解決傳統裝備數據管理中存在的裝備數據管理分段分散、轉隸交接容易遺損、統籌監管難、共享水平低、維護更新難和文書成本高等問題，提高裝備數據管理的安全性和便利性，讓數據更好地服務于裝備戰斗力的提升[3]。本文結合當前裝備全壽命數據管理的現狀，分析區塊鏈技術特征與裝備全壽命數據管理上的匹配性，構想了基于區塊鏈的裝備全壽命數據管理系統總體設計，研究了基于區塊鏈裝備全壽命數據管理應用潛力。

1 當前裝備全壽命數據管理現狀

裝備全壽命數據是保障裝備形成戰斗力的重要資源，是裝備管理、使用、維修、保障的重要依據，但目前裝備數據的開發、管理、服務水平與裝備作戰保障能力的要求還不相適應，主要存在以下問題。

1.1 裝備數據隱私保護方式欠缺，數據共享難

軍事裝備涉及軍方和各軍工企業，各方所擁有的數據具有一定的保密性，基于企業利益保護和軍事保密考慮，裝備活動相關主體數據上傳分享意愿不高，傳統數據傳輸方式難以完全滿足數據隱私保護需求，裝備數據在各主體間停留。同時由于當前裝備全壽命數據透明度不高導致參與裝備管理的各主體難以相互信任，裝備全壽命管理過程中各個參與方之間相互割裂，無法有效共享，從而一定程度上影響了裝備整體效能的發揮。

1.2 裝備數據系統集中化程度高，抗攻擊性弱

目前裝備數據管理平臺大多采取中心化存儲平臺，一旦數據中心系統遭受到攻擊或者由于不可抗力因素導致數據損毀丟失，整個裝備數據管理系統將受到極大破壞，同時當前現有的容災備份機制較為煩瑣且成本較高，難以保障裝備數據系統安全。

1.3 裝備數據參與主體眾多，業務協同難

裝備全壽命數據管理涉及裝備監管主體之間整條業務流程的協同合作，任何一個環節的缺失或阻滯都會嚴重影響裝備保障戰斗力的生成。當前裝備相關監管主體眾多，相互之間交互流程復雜，業務煩瑣，加之數據種類多數量大導致各主體間業務響應周期長、交互成本高、業務效率低下。

2 區塊鏈原理及特性

2.1 概念及核心技術

區塊鏈是一種數據以區塊為單位產生和存儲，并按照時間順序首尾相接形成鏈式結構，通過分布式方式、共識機制生成和更新數據，同時通過密碼學保證不可篡改、不可偽造及數據傳輸訪問安全，并以智能合約技術編程和操作數據的去中心化分布式賬本[4]。如圖1所示，區塊鏈系統架構由應用層、合約層、激勵層、共識層、網絡層和數據層構成。按照中心化程度，區塊鏈可為成公有鏈、私有鏈和聯盟鏈3類[5]。

圖1 區塊鏈基礎架構

2.2 技術特點

去中心化[6]。區塊鏈是一種分布式數據存儲結構，沒有中心節點，所有節點保存全部的相同區塊信息。對于特殊的應用場景，可以適當采用弱中心化的管理節點。

不可篡改可追溯。數據一旦提交后會一直存在，不可被銷毀或修改。單個甚至多個節點對數據的篡改無法影響其他節點的數據存儲，區塊鏈記錄的信息可以準確的追溯。

安全性。若想達到攻擊或篡改數據的目的，攻擊者需要獲得全網51%以上的節點的許可[7]，由于區塊鏈系統采取了分布式存儲結構，各節點數量眾多且分散，要達到篡改目的需要極大的時間和資金成本，基本無法實現。因此區塊鏈的數據穩定性和安全性都很高。

智能性。區塊鏈的智能合約技術可以大大提升業務效率，即以真實數據作為支撐，通過執行事先編寫好的規則協議，實現對業務的自動化、智能化處理。從而可以準確安全地執行流程，減少人工操作易出現的錯誤，同時節約時間、人力成本。

3 區塊鏈與裝備全壽命數據管理匹配性分析

區塊鏈技術的特性優勢使其在裝備全壽命管理中具有獨特的應用價值，能夠實現裝備數據管理的全程化，有效解決目前裝備數據管理存在的諸多問題。將區塊鏈技術引入到裝備全壽命數據管理中，通過構建聯盟鏈、區塊鏈群等方法，將裝備全壽命周期內所有數據統一上鏈，能夠有效降低裝備數據管理的分段分散、信息不對稱、共享水平低和安全監管弱等問題，提升裝備全壽命數據管理水平，促進裝備戰斗力生成。

3.1 消除迷霧，滿足裝備數據全域透明可知

區塊鏈分布式存儲結構、共同維護特性可保證裝備數據透明真實、實時共享。裝備數據管理貫穿裝備全壽命管理的全過程，在裝備研制、生產、訓練、維護和退役的全過程，需要多個單位共同管理裝備數據。而區塊鏈無需中心化的硬件或管理機構存儲數據，各終端設備均可視為節點，分布式各節點的權利和義務均等，每個節點都保存維護一套完整的區塊鏈總賬副本，網絡數據傳輸和存儲實現去中心化。因此，基于區塊鏈的裝備全壽命數據管理，能夠保障每一操作單元或平臺根據權限隨時安全地獲取和發布裝備數據信息，能夠在機制上打破裝備不同壽命階段不同單位部門之間數據壁壘，實現不同平臺的數據融合，保持裝備數據的順暢運轉和真實有效傳播。

3.2 消除阻滯，助力裝備數據流轉緊密銜接

區塊鏈鏈式數據結構特點及加密技術為裝備數據提供防篡改、可追溯保障。因區塊鏈通過時間戳保證每個區塊依次順序相連，使得區塊鏈具有防止數據篡改和數據可追溯功能，惡意攻擊者除非同時修改超過51%的節點，才可能篡改破壞信息[8]。因此，應用區塊鏈技術既可提升裝備數據收集、傳輸、處理的能力水平，也為裝備數據的傳播提供更加安全、可靠、便捷的技術通道。區塊鏈技術運用于裝備全壽命數據管理，可以從武器裝備的科研論證定型到使用維修再到退役報廢的全維度、全壽命的各個環節來精確掌握武器裝備的全面資料，實現各環節業務緊密銜接。

3.3 消除松散，實現裝備數據全程安全可控

區塊鏈智能合約、共識機制、去中心化的特性能夠滿足裝備數據安全與監管要求[9]。在傳統的裝備數據管理模式下，裝備數據在匯總、上報、下發、執行各環節可能會產生一定的問題，區塊鏈技術通過快速網絡運算、智能合約及網絡共識機制，可減少數據管理過程中人為因素帶來的不確定性。同時，區塊鏈可以改變裝備數據原有的記錄方式，利用去中心化的信用憑證，替代大部分紙質憑證。區塊鏈是由去中心化網絡中的聯盟參與者創建和維護的數據庫系統，一個全網公認，全成員共同維護的大賬本，誰都無法更改，它提供了一種安全可靠的體系結構。區塊鏈數據是不可變的，數據儲存在區塊鏈中，區塊鏈就提供了所有裝備項目數據完整的歷史記錄，同時數據上鏈安全可行且可溯源，無需擔心監管問題。例如，在裝備使用維護中，裝備管理部門、使用單位以及生產廠家都可以參與到裝備戰術技術狀態的維護與更新中，形成一個分布的、受監督的裝備數據網絡，通過區塊鏈技術解決當前面臨的裝備數據安全、數據存儲和交互處理等問題，建立不可被破解的完整監控、管理和控制系統，可以提高裝備數據管理的安全性、便利性和可信度。

4 管理系統總體設計

長期以來傳統的裝備管理方式已不能完全有效發揮裝備的整體效能。區塊鏈技術在軍事領域的應用尚處于起步階段，特別是在裝備數據管理方面，還沒有成熟的應用案例，要想使區塊鏈真正應用到裝備全壽命數據管理中，還需要解決一系列的技術難題。基于區塊鏈的裝備全壽命數據管理系統設計思路是通過區塊鏈打破裝備全壽命數據管理各主體之間的信息壁壘，建立科學高效、透明共享、安全可靠的管理環境。如圖2所示，系統設計包括4個組成部分：裝備全壽命數據管理參與主體、上級的監管部門、區塊鏈標準化組織、區塊鏈中心系統。

圖2 基于區塊鏈的裝備全壽命數據管理系統總體設計

裝備全壽命數據源主體主要由裝備設計研發單位、生產制造單位、使用單位、維修保障單位等組成。這些單位在參與裝備全壽命管理過程中產生的相關原始數據經過哈希計算后統一“上鏈”保存到區塊鏈上。同時可根據數據種類的不同分類形成諸如“科研鏈”“維修鏈”“作戰鏈”等不同的區塊鏈。監管主體主要由裝備管理單位構成，主要是對裝備進行統一管理，并進行資質認證、權限審核等操作。區塊鏈中心系統是裝備全壽命數據管理的核心部分，主要負責對各裝備單位節點產生的數據進行統一上鏈，同時依據數據來源場景進行分類形成子區塊鏈以滿足不同裝備管理參與主體對系統功能的需求。法規標準主體主要是由相關的法規標準制定機構組成，通過制定相關法規標準對整個裝備全壽命數據管理系統提供技術支持，例如裝備退役報廢標準、裝備質量合格標準、區塊鏈技術標準等。

5 基于區塊鏈的裝備全壽命數據管理應用潛力分析

5.1 創新裝備數據管理模式

裝備數據的準確性、時效性、完整性決定了其使用價值，現在的裝備數據管理模式在全壽命周期由不同單位管理人員負責，存在不同階段集中數據存儲、檔案文件或信息數據分散保管、數據檢索與挖掘手段單一等現象。區塊鏈技術的運用使得每一次的信息數據都會被時間戳記錄并永久保存，形成一個從科研部門、生產廠家、使用單位、管理部門多方同步參與的立體監管環節，提高裝備數據保障水平。

5.2 加強裝備數據監管狀態

裝備全壽命周期的動態信息包含了數據的產生、傳輸、存儲和共享等環節，基于區塊鏈的裝備數據管理，通過在裝備數據系統中部署區塊鏈，為每個裝備建立了使用記錄本，通過網絡進行數據共享，既可及時感知數據缺乏、損壞和被篡改等情況，又可提高數據使用管理的效率，能夠隨時了解裝備的狀態，當裝備進行訓練或維護作業時，可自動記錄相關信息，各級管理部門只需在網絡中獲取最新區塊，即能掌握裝備狀態，發揮裝備數據在裝備使用保障中的作用。

5.3 提升裝備數據應用能力

通過構建裝備狀態監控鏈，提升裝備狀態數據信息的完整性與準確性，提高裝備狀態的掌控能力，解決裝備狀態信息分段分散、更新不及時和應用價值不高等問題，實現裝備狀態信息“一鏈更新、一鏈使用、一鏈保障”[10]。通過區塊鏈技術在裝備數據管理業務系統應用的落地實施，構建可信數據環境，推動裝備業務流程再造，為裝備治理體系優化和裝備治理能力提升提供重要支撐，提高裝備數據管理的安全性和完整性。

6 結語

本文首先分析了當前裝備全壽命數據管理存在數據共享難、抗攻擊性弱、業務協同難的突出問題，其次在對區塊鏈原理及技術特點介紹的基礎上分析了區塊鏈技術與裝備全壽命數據管理需求的匹配性，構想了基于區塊鏈的裝備全壽命數據管理系統總體設計，再對區塊鏈技術應用于裝備全壽命數據管理的潛力進行了論述。為實現裝備全壽命數據智能共享、安全可靠、權威可信，推動裝備信息化建設提供了思路。

區塊鏈作為一種新興技術，目前在社會場景中的應用正突破原有限制而被廣泛應用，它的出現為推動裝備全壽命數據管理朝著信息化智能化發展提供了廣闊前景。但是區塊鏈技術在軍事上的應用還處于理論研究階段，實際落地應用還有待完善。面對這一新的時代趨勢，我們應抓住機遇，主動作為，提前布局，才能實現建設世界一流軍隊的宏偉藍圖。