區塊鏈賦能5G在軍事物聯網中的應用探討

李步杰，姜 江，趙青松

（國防科技大學 系統工程學院，湖南 長沙 410073）

0 引 言

軍事物聯網發展的最終目標就是把各類設施、裝備、人員與軍用網絡相互結合，實現物與物、人與物、人與人之間的相互連接，最終把現代信息化戰爭升級為體系和體系之間的對抗[1]。為在未來軍事競爭中占據優勢地位，各國都在發展具有網絡化、智能化和分布式作戰的能力。第5 代移動通信（5G）技術和區塊鏈技術作為支撐作戰能力提升的底層前沿技術，將深刻影響未來戰爭的形態，因此受到各國的重視和追捧[2]。5G 采用了區別于以往的傳輸和組網技術，為軍事移動通信中的效率和安全提供了保障。區塊鏈技術因為具備了去中心化、隱私保護和不可篡改等優勢，將區塊鏈技術運用于軍事特定領域，可以增強不同實體間的信任程度，提升不同軍兵種之間聯合作戰效率[3]。

目前大部分研究都是針對單個的技術展開，鮮有將5G和區塊鏈技術融合應用于軍事研究，通過區塊鏈技術對5G的賦能，應用到軍事物聯網領域將會對戰場管理、智能作戰、數字營區及后勤保障等方面產生深刻的影響。

1 5G 技術特點與不足

5G 通過應用大規模天線陣列、超密集組網和全頻譜接入等核心技術，為滿足日益苛刻的信息需求提供了可能，相比4G 在傳輸速率、網絡時延、連接能力、安全性和靈活性方面有更好的表現。根據IMT-2020 相關報告，5G 技術概括而言具有增強移動寬帶、海量物聯和高可靠低時延三大特點[4]。增強移動寬帶意味著具有超高速率，可以實現10 Gb/s的下載速率[5]，較高的速度可以有效提升自動駕駛等技術的可信度；海量物聯可理解為超大容量，相較于4G 受限于頻譜資源的限制，未來具備超強鏈接能力的5G 網絡能夠實現萬物互聯時代；高可靠低時延特性有效削減了網絡延時，給更高運用的發展帶來了機會。

5G 的發展使得萬物互聯，但也有很多難點需要去解決[6]。在隱私保護方面，中心化的管理架構一旦被攻擊就會泄露大量隱私數據。在擴展能力方面，未來的設備數量將呈幾何級數增長，中心化服務的成本變得難以負擔。在通信協作方面，各平臺缺少統一的技術標準，形成多個獨立的網絡，降低了整體的效率。在網間協作方面，很多運營商、企事業內部的自組織網絡涉及到協作時，建立信用的成本很高。

2 區塊鏈賦能5G 發展

區塊鏈是利用密碼算法形成的不可篡改的分布式賬本。主要的技術特點有：

（1）采取分布式賬本，賦予了其中所有節點平等地位，破除了中心化的模式，確保數據安全；

（2）運用共識機制，通過專門的算法建立牢固的信任體系，確保互相間信息的確認；

（3）使用非對稱加密，通過公鑰和私鑰對信息進行加、解密來保護其中的每一筆交易；

（4）利用哈希算法的特定性，當某個節點的信息被非法篡改時，就不可能被成功記錄，確保數據真實性；

（5）利用時間戳技術，保證區塊鏈中的所有信息按照時間順序相互鏈接，使篡改難度成倍增加；

（6）智能合約是通過預先設置條約代碼，沒有第三方的情況下做到了自動識別、判斷以及履約[7]。

區塊鏈憑借著“去中心化”“不可篡改”“共識機制”等優勢，可以對5G 技術的難點進行彌補，對萬物互聯提供了條件保障。區塊鏈中能夠對傳輸的數據進行加密處理，數據安全和隱私保護都得到提升。5G 時代人與物、物與物的連接數呈爆發式增長，伴隨數據規模急劇攀升，可利用區塊鏈技術解決傳統數據存儲模式存在的問題。只要數據被寫入區塊鏈，篡改就會很難，能夠建立對數據追蹤溯源的機制，為維護數據主權提供有力保障。面對更多的產業合作方，區塊鏈技術有助于打破現存的“信息孤島”，以低成本建立互信。萬物互聯的條件保障如圖1所示。

圖1 萬物互聯的條件保障

3 “5G+區塊鏈”軍事典型應用

3.1 現代戰場管理

首先可以提高戰場態勢感知能力，通過縮短“OODA 環”取得作戰先機。現代作戰主要依靠戰場物聯網所部署的傳感器來獲得信息，經過融合處理形成了綜合的戰場態勢圖。5G技術可以在瞬息萬變的戰場環境下傳輸海量最新數據，提高信息在戰場上的流通和處理速度[8]。其次可以提高戰場通信能力，5G 具有更加靈活的融合性，可以將衛星通信等網絡接入進來，從而拓寬戰場無線通信的廣度。第三，5G 技術減少指揮層級，保證了軍事指揮通信系統的暢捷，每個終端之間實現互聯互通，不再需要頻繁逐級傳達，指揮所能將命令直達每個單兵，確保了高效指揮。同時利用區塊鏈信息難以篡改、具備體系抗毀能力等優勢，可以使不同軍兵種、不同通信網絡中之間建立有效的通信，能夠有效抵御信息攻擊和節點破壞，實現戰場情報和指揮信息的可信、可靠和高效[9]。

3.2 數字營區建設

數字化轉型社會和政府的發展過程中，“智慧城市”“數字鄉村”等都取得了較大的發展。但是受制于保密安全等原因，數字營區建設還沒有大規模的展開，官兵辦理各類事務還必須在有線端進行操作，制約了效率。在5G 發展的浪潮下，可以考慮在已建設完成的有線專用網絡的基礎上，建設軍用無線5G 專網，同時將營區安防攝像頭都接入進來，可以大大提升數字化營區的建設水平，縮短建設工期，減少重復建設。同時對于日常大量時間精力用在管人和管物方面，區塊鏈技術中的時間戳可以準確記錄官兵的活動和裝備的性能，為每名官兵、每個裝備建立真實的檔案，確保了管在平時，用在平時，避免了突擊式的工作，增加日常管理的真實性、透明性和高效性[10]。

3.3 智能作戰樣式

5G 技術的誕生，催生新型武器裝備和作戰樣式的面世，提升了軍隊的實戰化作戰能力，對當今軍事變革也起著引導作用，無人作戰就是其中的典型場景。海量的機器間通信，為大規模無人作戰平臺的使用提供了手段，實現了大量無人作戰裝備之間的互聯互通，進而提高作戰指揮能力[11]。5G技術可以保障指令有效無誤地傳遞至無人作戰的各個節點，通過低時延的特性確保通信的實時性。運用區塊鏈技術中的去共識機制和加密機制，可以避免信息侵入和虛假命令等常見的網系攻擊手段，保證了無人裝備效能的發揮。

3.4 后勤供應保障

“兵馬未動，糧草先行。”5G 與區塊鏈的結合也為軍事物流、財務安全、采購管理等后勤領域提供必要的技術保障。在軍民融合保障的場景下，軍事后勤更加依賴于民用保障，為了同時實現安全和高效的目標，可以在后勤領域采用聯盟鏈和私有鏈共存的部署方式，聯盟鏈主要部署在與民用企業對接，私有鏈部署在軍隊內部[12]。5G 在提供網絡基礎通信的同時，能夠依靠低時延的特性對鏈路上的所有信息進行實時反饋，使后勤部門動態應對各類突發事件，確保物資投送安全和高效節約。

4 挑戰與對策建議

在未來軍事物聯網領域推行“5G+區塊鏈”技術必然會面臨下面的幾項挑戰，必須要引起高度重視并積極尋求化解之道。

4.1 軍事應用復雜性挑戰

5G 超高的速率是通過超密度組網來實現，必須要增加基站的數量來實現。但是軍事應用和民用網絡存在不同的特性，特別是未來戰爭是多領域和多空間的激烈對抗，既有海、陸、空等常規空間，也有電磁、太空和網絡等新型空間，戰場環境特別復雜。尤其是在高山、密林、海島等偏遠地帶作戰時，缺少大規模固定基礎設施支撐。而且民用5G 移動通信在支持移動場景時，可支持民用級別移動速度，能夠滿足民用無人機、地鐵、公交等設施的要求。但是在現代作戰中，主要的現代作戰武器如艦載機、巡航導彈等速度能夠達到1 000 km/h 以上，對5G 通信提出了更高的要求。因此必須要針對具體軍事應用進行深化論證，對軍事應用可能性、功能和指標再進行深入研究。比如：面對戰場環境基站部署難的問題，可以考慮運用無人機中繼組網、接入衛星通信、融入民用頻段等方式，實現在未來激烈戰場上快速建立安全可靠的通信網絡。

4.2 軍民融合安全性挑戰

區塊鏈和5G 等新技術大都起源于民用領域，在近年來更是在國民經濟和社會領域得到了較大發展，當前地方技術已經發展的比較成熟，軍隊再自行開發研制會花費很大的成本且沒有必要。民為軍用，軍民深度融合，不僅是國家發展的戰略，更為軍隊數字化轉型發展提供了一條可行之路，可以充分借鑒商用標準技術來布局軍事應用，但是在軍事領域，必須要考慮安全性問題。新技術的出現意味著還存在很多未知的安全問題，軍隊內部深入了解新技術專業人才也不是很多。軍民深度融合可以采取逐步推進的方式，可以先以軍民融合度深、涉密程度低的場合進行試水，積累一定經驗后逐步在全領域推進。例如：在搶險救援、反恐維穩、軍事物流等領域，可以采取網絡切片再加防火墻、密碼等加密手段直接在民用網絡應用。對于涉密程度較高的場合，如作戰指揮、偵查情報可以考慮組建無線專網加私有鏈的形式進行保障。

4.3 技術發展突破性挑戰

5G 技術是集合了網絡、通信、計算機等的綜合體系，這個體系在民用領域也是在不斷研究改進，應用到軍事領域也正處在摸索前行階段。區塊鏈技術作為新興的信息技術，目前還有性能、容量和自主可控問題的存在，同時面臨的還有新舊系統兼容的問題。現有的各類軍事系統基本采取中心化的架構，各部門發展也存在“煙囪式”的發展，如何運用新技術打破各系統之間的壁壘，構建良好的技術發展生態環境也是需要考慮的問題。同時也要在解決眼前問題的時候把目光放到未來，比如按照目前通信技術更迭的時間，一代技術從開始研發到實際應用需要大概10年的時間。目前世界上已經開始對6G 進行探索研究，6G 的軍事應用也必將促使軍事進行進一步變革，因此也要同時對6G 技術進行試驗探索。還要對毫米波、太赫茲、量子計算等對通信和安全有重要影響的最新前沿技術進行提前布局，確保技術積累優勢，避免落后于人。

4.4 軍隊管理創新性挑戰

軍隊管理一直以來就有著封閉性、中心化的特點，確保了軍事安全保密和高效統一。5G 技術雖然對安全防御體系進行了重新構建，安全性較之前有了很大的提升，但是由于無線通信的開放性，給使用管理增加了不少的難度。如何在安全性和便利性之間找到一個平衡點是一個永恒的話題。而區塊鏈則是最典型的去中心化的應用，它是運行在去中心化的對等網絡之上，與現在軍隊中心化保密管理的制度理念相違背，軍隊管理者在應用時就不免有此顧慮而阻礙了技術的推廣。因此，要創新管理理念，從思想觀念、體制機制和管理保障等方面構建良好的軍事技術發展環境，比如：針對新情況、新問題要完善監管機制，雖然要給新技術發展一定的空間，但是新技術的發展也不能無章可循，通過明確各級權限、使用目的、涉密等級等，對制度法規空白的區域進行填補，使違規行為無處可藏，從制度上保證軍事物聯網的安全穩定運行。

5 結 語

本文簡要介紹了5G 和區塊鏈技術的概念及特性，提出區塊鏈賦能5G 技術在軍事物聯網的構想。作為前沿技術，5G 和區塊鏈技術在軍事領域內的應用還有一段距離要走。隨著信息技術的長遠發展，“5G+區塊鏈”技術作為底層技術，必然對軍事領域技術催生一系列的進步發展。在未來研究中，要堅持技術創新和突破，彌補現有技術性能不足等弱點，還要注重深度整合民用技術，通過引進技術、產品和人才，為技術應用于軍事創造良好環境，全面提高軍隊實戰化能力。

注：本文通訊作者為趙青松。