秦望龍　錢海力　劉冠邦

摘? 要：區(qū)塊鏈具有信息分布存儲、數(shù)據(jù)安全保密、數(shù)據(jù)溯源追溯等優(yōu)點，在軍事領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。文章對區(qū)塊鏈的基本概念、關(guān)鍵技術(shù)進行了介紹，接著重點分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在無人機集群控制方面的應(yīng)用，對我軍信息化建設(shè)具有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;數(shù)據(jù)安全保密;無人機集群;信息化建設(shè)

中圖分類號：E11-39 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）21-0181-02

Abstract： Blockchain is a kind of distributed ledger technology， which has the basic characteristics of decentralization， data security and data traceability. The application of Blockchain technology has broad prospects in the military field. The concept and key technologies of blockchain are firstly discussed， and the applications in UAV cluster control is then studied， in the hope that this technology can be a significant reference for the development of informatization of military applications in our country.

Keywords： Blockchain; data security; UAV cluster; informatization

引言

區(qū)塊鏈最初由中本聰在論文《Bitcoin： A Peer-to-Peer Electronic Cash System》中提出。在文中中本聰為了改變傳統(tǒng)的依賴第三方機構(gòu)的電子貨幣交易模式，基于對等（Peer to Peer， P2P）網(wǎng)絡(luò)傳輸、非對稱加密、時間戳等技術(shù)創(chuàng)建了比特幣技術(shù)，這也標志著區(qū)塊鏈1.0技術(shù)的誕生。在隨后的幾年中，區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)歷了基于智能合約的可編程區(qū)塊鏈技術(shù)和目前基于商用分布式應(yīng)用系統(tǒng)（Enterprise Operation System，EOS）的可擴展區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展。隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其應(yīng)用從數(shù)字貨幣領(lǐng)域不斷推廣到公正審計、金融交易、醫(yī)療教育、供應(yīng)鏈管理等領(lǐng)域[1]。

近年來隨著比特幣、以太坊等數(shù)字貨幣的發(fā)展，區(qū)塊鏈技術(shù)得到越來越多學(xué)者的關(guān)注和研究。Yang等人[2]對基于區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu)特點、挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢進行了總結(jié)，Ali等人[3]對區(qū)塊鏈在物聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用研究進展、趨勢進行了總結(jié)，徐宏偉對區(qū)塊鏈在公共服務(wù)平臺的應(yīng)用開展了研究[4]。

在國防和軍事領(lǐng)域，美國Maxwell空軍基地的Neil B. Barnas少校對區(qū)塊鏈的國防應(yīng)用前景進行了研究[5]，廉藺等人對區(qū)塊鏈在情報績效激勵、武器裝備管理方面的潛在軍事價值進行了探討[6]。

無人機集群控制是當(dāng)前的研究熱點之一，如何對處于電磁干擾環(huán)境中的參戰(zhàn)無人機集群進行信息安全保密防護，阻止外界的信息欺騙和干擾是當(dāng)前的一大難點。本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建了無人機集群情報偵察鏈、集群控制鏈和武器打擊鏈，實現(xiàn)了無人機集群的信息安全防護。此外基于區(qū)塊鏈智能合約討論了無人機集群的群體智能涌現(xiàn)，對我軍信息化建設(shè)有一定參考意義。

1 區(qū)塊鏈概述

區(qū)塊鏈是一種由多方共同維護，使用密碼學(xué)技術(shù)保證訪問和傳輸安全，能夠?qū)崿F(xiàn)多方數(shù)據(jù)一致存儲、難以篡改的記賬技術(shù)，也稱為分布式賬本技術(shù)。與傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫相比，區(qū)塊鏈有如下幾個優(yōu)勢：一是由傳統(tǒng)的復(fù)式記賬模式轉(zhuǎn)換為“全網(wǎng)共享”的分布式賬本模式，參與記賬的各方之間通過同步協(xié)調(diào)機制，保證數(shù)據(jù)的防篡改和一致性，規(guī)避了復(fù)雜的多方對賬過程。二是賬本操作從“增刪改查”變?yōu)閮H支持“增查”，使得數(shù)據(jù)難以篡改，提高了數(shù)據(jù)信息的可信度。三是賬本維護模式由傳統(tǒng)的單方維護模式變成多方共同維護，數(shù)據(jù)的寫入和同步需要經(jīng)過多方驗證并形成共識。四是引入智能合約，基于事先約定的規(guī)則獨立執(zhí)行協(xié)同，實現(xiàn)了信息流與資金流的整合。

2 區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)

區(qū)塊鏈是集成了多種現(xiàn)有技術(shù)進行的組合式創(chuàng)新，關(guān)鍵技術(shù)主要包括：

2.1點對點（P2P）通訊技術(shù)

區(qū)別于傳統(tǒng)的“客戶端-服務(wù)器”模型，P2P通訊技術(shù)是一種在平等的同級節(jié)點之間傳遞信息的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

2.2 分布式賬本技術(shù)

區(qū)塊鏈中交易記賬由分布在不同地方的多個節(jié)點共同完成，每一個節(jié)點記錄的是完整的賬目，它們既可以參與監(jiān)督交易的合法性，也可以共同為交易作證。

2.3 非對稱加密和授權(quán)技術(shù)

區(qū)塊鏈用戶采用兩個秘鑰（公鑰和私鑰）來進行加密和解密。公鑰和私鑰是一對，用公鑰對數(shù)據(jù)進行加密，用對應(yīng)的私鑰來解密。如果使用私鑰進行數(shù)據(jù)的簽名，需公鑰來驗簽。

2.4 共識機制

區(qū)塊鏈中所有記賬節(jié)點之間按照共識認定記錄的有效性。此外共識機制也是數(shù)據(jù)記錄防篡改的手段。當(dāng)前學(xué)者已經(jīng)提出了多種區(qū)塊鏈共識機制，分別適用于不同的應(yīng)用場景，可以根據(jù)應(yīng)用效率和安全性需求進行合理選擇。

2.5 智能合約

智能合約基于可信的不可篡改的數(shù)據(jù)，自動化的執(zhí)行一些預(yù)先定義好的規(guī)則和條款。以保險為例，如果系統(tǒng)中保險客戶的信息真實可信，可設(shè)置智能合約規(guī)則實現(xiàn)標準化保險產(chǎn)品的自動化理賠。

3 區(qū)塊鏈的無人機集群應(yīng)用

本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建了分布式無人機集群的信息安全防護體系（如圖1）。在無人機集群中，每個無人機節(jié)點類似于區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的用戶，擁有自己的用戶身份和數(shù)字簽名。無人機集群內(nèi)部維護情報偵察鏈、集群控制鏈和武器打擊鏈等多條區(qū)塊鏈，多鏈之間通過跨鏈技術(shù)進行信息傳遞交互。在情報偵察階段，無人機集群偵察節(jié)點間以對等網(wǎng)絡(luò)通信方式進行數(shù)據(jù)通信，將各自傳感器偵察到的局部情報信息進行全網(wǎng)廣播，經(jīng)過驗證的所有局部情報信息經(jīng)記賬節(jié)點打包寫入情報偵察鏈中并分發(fā)至全網(wǎng)節(jié)點，形成全局共用作戰(zhàn)圖。在發(fā)現(xiàn)目標后，無人機集群各節(jié)點在事先注入的智能合約規(guī)則調(diào)度下，根據(jù)實時的共用作戰(zhàn)圖進行集群智能決策，合理分配無人機節(jié)點執(zhí)行目標識別和跟蹤任務(wù)，形成一致的打擊行動方案并記入集群控制鏈。在武器打擊階段，無人機集群中執(zhí)行打擊任務(wù)的無人機從情報偵察鏈中獲得信息支撐，在智能合約的規(guī)則驅(qū)動下選擇合適的時機和位置進行武器發(fā)射和打擊。由于采用了區(qū)塊鏈技術(shù)，無人機集群的情報偵察鏈、集群控制鏈和武器打擊鏈的信息需要參與節(jié)點共同驗證才能生效，杜絕了外部虛假信息的介入，提高了無人機集群系統(tǒng)的安全性。此外，P2P組網(wǎng)的通信方式契合無人機集群的分布式架構(gòu)，集群中的個別無人機損毀不會影響到無人機集群的整體任務(wù)的實施。

由于在無人機集群放飛前的任務(wù)規(guī)劃階段注入了區(qū)塊鏈智能合約，無人機集群能夠按照事先規(guī)劃的任務(wù)航線進行集群航線飛行，并能在智能合約的規(guī)則驅(qū)動下執(zhí)行隊形變換、機動飛行、威脅規(guī)避、任務(wù)分配、目標打擊等任務(wù)。為了驅(qū)動無人機集群的群體智能涌現(xiàn)，文中將智能合約分為群體合約規(guī)則和單體合約規(guī)則兩部分。群體合約規(guī)則用于定義集群整體規(guī)則，如集群長機定義、編隊選擇、共用作戰(zhàn)圖生成、任務(wù)節(jié)點選擇等。單體合約規(guī)則用于定義個體無人機的規(guī)則，如平臺飛行控制、機動規(guī)則、保底自毀規(guī)則等。無人機集群在基于區(qū)塊鏈技術(shù)的群體合約規(guī)則和單體合約規(guī)則的共同驅(qū)動下完成復(fù)雜的作戰(zhàn)任務(wù)。

4 結(jié)束語

區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展將在一定程度上改變未來的戰(zhàn)爭形態(tài)和作戰(zhàn)樣式。本文在區(qū)塊鏈技術(shù)基礎(chǔ)上，重點研究分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在無人機集群控制領(lǐng)域的應(yīng)用，對我軍無人機集群的發(fā)展具有一定參考意義。

參考文獻：

[1]靳志偉.區(qū)塊鏈在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用探討[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全，2019，38（10）：1-5.

[2]YANG W， AGHASIAN E， GARG S， et al. A survey on blockchain-based internet service architecture： requirements， challenges， trends， and future[J]. IEEE Access， 2019， 7： 75845-75872.

[3]ALI M， VECCHIO M， PINCHEIRA M， et al. Applications of blockchains in the Internet of things： a comprehensive survey[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials， 2019， 21： 1676-1717.

[4]徐宏偉.區(qū)塊鏈在我國公共服務(wù)平臺應(yīng)用研究綜述[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019，23：62-64.

[5]Neil B. Barnas. BLOCKCHAINS IN NATIONAL DEFENSE： TRUSTWORTHY SYSTEMS IN A TRUSTLESS WORLD[D]. Alabama： Maxwell Air Force Base， 2016.

[6]廉藺，朱啟超，趙炤.區(qū)塊鏈技術(shù)及其潛在的軍事價值[J].國防科技，2016，37（2）： 30-34.