基于區(qū)塊鏈的油料裝備全壽命管理研究

王曉輝，陳軍，王云飛

（1. 陸軍勤務學院 油料系，重慶 401311；2. 32516 部隊，上海 200136）

“油料裝備全壽命管理”是“油料裝備”和“全壽命管理”兩個詞的聯(lián)合組詞。軍事大辭海將油料裝備定義為：“用于油料儲存、運輸、加注、檢測及維修而編配的工具、器材、車輛、設備等的統(tǒng)稱，它是軍隊后勤裝備的重要組成部分”[1]。全壽命管理是對武器裝備全壽命周期全過程統(tǒng)一進行的管理，目的是提高武器裝備系統(tǒng)整體效能[2]。油料裝備全壽命是指油料裝備從開始論證直到退役所經(jīng)歷的全過程。通常把油料裝備全壽命分為“前半生”和“后半生”[3]?！扒鞍肷敝赣土涎b備立項論證、預先研究、工程研制、定型、生產(chǎn)等階段；“后半生”指油料裝備從使用到報廢退役的階段。油料裝備全壽命管理是一項復雜的系統(tǒng)工程，伴隨著科技的發(fā)展和我軍后勤信息化步伐的不斷加快，對信息化條件下的部隊油料裝備全壽命管理提出了更高的要求。探索如何將油料裝備的日常使用活動與裝備系統(tǒng)有機結合起來，通過有效的信息共享方式，使油料裝備管理部門和管理者能夠全程跟蹤和追溯“人員流”、“裝備流”和“物資流”的動態(tài)趨向，使部隊油料裝備全壽命管理決策建立在擁有強時效性的信息基礎上，增強管理組織的整體決策和保障能力，促進油料裝備整體保障效能的發(fā)揮，是目前軍隊的一項重要研究任務。

區(qū)塊鏈技術是當下發(fā)展迅猛的一種互聯(lián)網(wǎng)信息技術，具有去中心化、分布式儲存、不可篡改、溯源、透明、共識等特點。建立基于區(qū)塊鏈的油料裝備全壽命管理系統(tǒng)，就是通過對油料裝備管理全壽命信息的管理，使油料裝備管理部門和技術人員實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)信息的共享，從而真正實現(xiàn)油料裝備的全壽命管理。

1 區(qū)塊鏈的基本技術及工作原理

1.1 區(qū)塊鏈基本技術

區(qū)塊鏈作為一項新的科學技術，是一種全新的分布式基礎架構與計算范式。通過塊鏈式結構可以驗證和存儲數(shù)據(jù)；通過分布式的方式、共識算法，可以生成和更新數(shù)據(jù)；通過密碼的方法可以保證數(shù)據(jù)傳輸和訪問的安全；而通過智能合約可以編程和操作數(shù)據(jù)[3-4]。其本質是一個去中心化的分布式賬本數(shù)據(jù)庫，通過信用機制進行記賬，賬本安全性可靠性高[5]。區(qū)塊鏈技術實際上是一種融合創(chuàng)新技術，具體包含六大技術，如圖1 所示。

圖1 區(qū)塊鏈六大技術

1.2 區(qū)塊鏈基本架構

區(qū)塊鏈的基本架構包含網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)層、核心層和應用層[6-7]，如圖2 所示。其中數(shù)據(jù)層封裝了基礎數(shù)據(jù)結構和數(shù)據(jù)加密算法等技術，該層為框架基礎組成部分，分布式數(shù)據(jù)庫可以做到分布式多副本、時序、公開、可追蹤。網(wǎng)絡層包含了分布式組網(wǎng)機制和數(shù)據(jù)傳輸驗證機制，依靠P2P 網(wǎng)絡傳輸，可以做到網(wǎng)絡節(jié)點動態(tài)地加入和退出。核心層主要包含共識協(xié)議、密碼學和博弈論：共識協(xié)議主要是確保分布式的一致性；密碼學主要確保安全和隱私保護；博弈論主要是起到激勵相容的作用。應用層主要是智能合約，實現(xiàn)業(yè)務可編程、自動觸發(fā)、自動執(zhí)行。

圖2 區(qū)塊鏈基本架構

1.3 區(qū)塊鏈的構成

區(qū)塊鏈從數(shù)據(jù)結構上講，是一種線性邏輯結構，前后區(qū)塊依時間戳有序鏈接在一起，在全網(wǎng)形成一條主鏈。在結構上分為塊頭（header）和塊身（body）兩部分：塊頭中記錄父區(qū)塊的ID，也就是Hash、當前區(qū)塊的高度、難度系數(shù)、Merkle 根、時間戳等重要的信息，其作用是鏈接前一區(qū)塊，以保證區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫的完整性；塊身主要是包含了過去一段時間內部分或所有交換的信息，如圖3 所示[8-9]。

圖3 區(qū)塊及其鏈式結構

1.4 區(qū)塊鏈的基本協(xié)議機制

1）構建一整套協(xié)議機制，讓全網(wǎng)的所有節(jié)點既參與記錄又參與驗證其他節(jié)點記錄結果是否正確[8]。有且只有當全網(wǎng)所有參與記錄的節(jié)點對記錄的真實、合法性都達成統(tǒng)一共識時，該數(shù)據(jù)才會被允許寫入到當前的區(qū)塊中去。

2）區(qū)塊的創(chuàng)建與共識機制有關，在PoW 機制下[10-11]，需計算符合給定目標的哈希困難問題。只有“最長的”鏈才會被網(wǎng)絡節(jié)點認為是有效的。

3）構建一個分布式、共享、實時更新的網(wǎng)絡系統(tǒng)，連接所有參與記錄的網(wǎng)絡節(jié)點之中。這樣確保了即使部分節(jié)點損壞或遭到黑客攻擊，也不會影響到整個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)記錄和信息的更新[9?12]。

2 基于區(qū)塊鏈的油料裝備全壽命管理應用分析

在油料裝備研制生產(chǎn)、采購、儲存保管、交接和退役報廢等全壽命周期內，把科研單位、裝備管理部門、裝備生產(chǎn)廠家和裝備使用方等都統(tǒng)一上鏈，都參與到油料裝備戰(zhàn)技狀態(tài)的更新與維護環(huán)節(jié)中，建立新型的管理模型和組織架構，加強需求牽引和匹配。通過對信息的不斷獲取、傳遞、共享和利用，解決信息不對稱的問題，實現(xiàn)組織內部信息的不斷交互和轉化，使油料裝備整體效能發(fā)揮最大化。區(qū)塊鏈技術在油料裝備全壽命管理中的具體應用維度分析如圖4所示。

圖4 區(qū)塊鏈+油料裝備全壽命管理應用維度

2.1 功能維度

數(shù)據(jù)存儲，區(qū)塊鏈架構使每一個參與方都具有一個共享的帳本。當數(shù)據(jù)發(fā)生交換時，通過點對點的復制，更改所有賬本，確保了數(shù)據(jù)存儲的安全性。油料裝備檔案存證是確保油料裝備接續(xù)性發(fā)展的重要保證，可以把一些紙質包括電子文檔記錄在區(qū)塊鏈上，利用區(qū)塊鏈技術對油料裝備進行檔案存證管理。各級用戶可以把相應的裝備數(shù)據(jù)、重要合同文件（如油料裝備采購、訂購合同）指紋記錄到區(qū)塊鏈上，通過區(qū)塊鏈向外界證明在某個時間點該文件就已經(jīng)存在了，且可以校驗這份文件是否被篡，并且根據(jù)區(qū)塊鏈的智能合約機制可促進合同的自動執(zhí)行，如圖5 所示。所有對區(qū)塊鏈的訪問均通過非對稱加密算法，用公鑰和私鑰完成。其中公鑰是有權限的用戶如戰(zhàn)區(qū)、集團軍等主要裝備管理部門對裝備數(shù)據(jù)的訪問權，私鑰是部隊用戶對本單位數(shù)據(jù)的訪問權。區(qū)塊鏈的技術特點，能夠讓部隊油料裝備數(shù)據(jù)存儲更加安全可靠，如圖6所示。

圖5 采購合同智能合約示例

圖6 非對稱加密算法過程

區(qū)塊鏈的時間戳功能和可溯源技術可有效解決油料裝備器材的追蹤溯源問題，從而當發(fā)生問題進行問責時，能夠做到有章可循。軍隊內部開發(fā)出聯(lián)盟鏈，在區(qū)塊鏈上建立基于油料裝備全壽命管理的數(shù)據(jù)庫，記錄油料裝備在完整生命周期中的流轉情況，包括研制、生產(chǎn)、儲存、使用和維修等。具體將合同、報告、數(shù)據(jù)、計劃、技術文件、憑證、會議等與油料裝備全壽命管理有各種關聯(lián)的信息記錄在聯(lián)盟區(qū)塊鏈上。裝備管理部門借助于區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫對油料裝備進行全壽命過程的數(shù)據(jù)組織與集成，可實現(xiàn)全壽命周期內油料裝備需求信息的精準追溯，如圖7 所示。

圖7 區(qū)塊鏈油料裝備追蹤溯源

資質認證是在軍民融合大背景下，實現(xiàn)油料裝備投標招標開放與公平的基礎。區(qū)塊鏈技術的全系統(tǒng)共同認證在機制上保證了數(shù)據(jù)不能進行私自篡改，從而保證了資質和認證的權威性[13]?？筛鶕?jù)軍隊保密規(guī)定，建立相應的開放式或封閉式的社群，建立區(qū)塊鏈資質認證平臺，將企業(yè)身份和行為信息作為該企業(yè)的數(shù)字身份記錄在區(qū)塊鏈上。結合大數(shù)據(jù)分析技術，對區(qū)塊鏈認證平臺提供的數(shù)字身份數(shù)據(jù)進行征信管理，基于征信分析結果，提供差異化的企業(yè)資質等級。通過發(fā)行軍事通行證（TOKEN）的方式，對信譽良好、建言獻策、積極工作的企業(yè)予以激勵。軍隊單位招標時，可以通過此平臺快速獲取競標單位的相關數(shù)據(jù)，用于精確評估競標單位與待招標工程間的匹配度，能有效促進軍隊和地方企業(yè)之間的高效精準合作，有利于降低油料裝備全壽命管理中的效費比，生成具有激勵作用的軍民融合新體系，如圖8 所示。

圖8 區(qū)塊鏈企業(yè)資質認證

2.2 對象維度

在當前的油料裝備全壽命管理系統(tǒng)中，對人員、經(jīng)費、油料裝備、技術保障這些管理對象整體效能的發(fā)揮具有一定的局限性。因為缺少清晰明了的監(jiān)管機制，有時造成了資源的浪費。區(qū)塊鏈的信息透明機制能夠促進整個油料裝備管理對象間的信息融合，充分調動各方面的積極性。將人員信息、裝備信息和戰(zhàn)備信息等統(tǒng)一上鏈，在戰(zhàn)區(qū)、集團軍、裝備使用和保障部門之間建立聯(lián)盟鏈，實現(xiàn)人、物、裝等狀態(tài)信息動態(tài)更新、快速感知，從而實現(xiàn)油料裝備訓、管、存、數(shù)據(jù)采集和全壽命量化管理，為油料裝備全壽命管理系統(tǒng)高效的運行提供輔助服務，建鏈模型如圖9 所示。

圖9 區(qū)塊鏈油料裝備全壽命管理對象維度分析

2.3 屬性維度

軍事屬性方面，習主席指出：籌劃和指導戰(zhàn)爭，必須高度關注科學技術對戰(zhàn)爭的影響[14]。對于我軍戰(zhàn)斗力的提升，高新技術的運用和發(fā)展，習主席作出了一系列重要的指示和實際部署。區(qū)塊鏈的技術特性和運行機制使其在保障信息安全性上具有天然優(yōu)勢。區(qū)塊鏈上所有節(jié)點網(wǎng)絡通過共識機制運作，超級分布式數(shù)據(jù)大賬本，可以避免單一節(jié)點賬本遭受黑客攻擊影響到整個區(qū)塊鏈系統(tǒng)的運行[15]。利用區(qū)塊鏈可以實現(xiàn)油料裝備全壽命管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的集體維護，保護軍事信息安全，增強整個信息物理系統(tǒng)的健壯性。

經(jīng)濟屬性方面，在區(qū)塊鏈上交易被確認的過程就是清算、結算和審計的過程[16]。因為區(qū)塊鏈技術下，數(shù)據(jù)不可篡改，能夠提供較強的安全性。同時大大提高清算系統(tǒng)速度，節(jié)省大量人力。借助區(qū)塊鏈對搞好油料裝備費用的分析預估算、審價和審計監(jiān)督工作效益巨大。

信息屬性方面，油料裝備全壽命管理工程是集成時間、信息及價值的管理網(wǎng)絡，而區(qū)塊鏈可靠的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和認證機制能夠為打通各單位之間信息融合的壁壘，避免信息孤島，為實現(xiàn)全信息融合和共享提供有力的支撐。

3 基于區(qū)塊鏈的油料裝備全壽命管理模型

長期以來，部隊油料裝備全壽命管理一直以部隊相關規(guī)章制度和條令條例為依據(jù)，嚴格遵守固定的規(guī)范和程序，在一定程度上保證了管理的科學化和制度化。隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的管理方式在靈活性和接續(xù)性方面存在某種缺陷性的程度越來越凸顯，嚴重影響了油料裝備整體效能的發(fā)揮?；谏鲜鰠^(qū)塊鏈技術的特點，結合在油料裝備全壽命管理各階段中的具體應用，文中提出了如圖10 所演示的一種基于區(qū)塊鏈群的實現(xiàn)方式，以及依附于其上的分布式油料裝備數(shù)據(jù)庫、全壽命質量管理功能、全壽命經(jīng)費管理功能、資源規(guī)劃與優(yōu)化和績效評估等功能。各鏈既獨立工作又相互交互。

在數(shù)據(jù)層，系統(tǒng)節(jié)點成網(wǎng)狀連接，相互交互。分布式油料裝備數(shù)據(jù)存儲區(qū)塊鏈封裝了油料裝備全壽命管理系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)存儲與讀取信息，及相應的數(shù)據(jù)加密信息，為分布式數(shù)據(jù)分析與處理提供數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)儲存基礎。其他鏈將會運用數(shù)據(jù)區(qū)塊鏈來進行數(shù)據(jù)傳輸。在網(wǎng)絡層，在軍隊內部建立起P2P 網(wǎng)絡，選擇建立不同的節(jié)點進行動態(tài)組網(wǎng)，根據(jù)任務需要可構建出不同類型的鏈條，來分析處理油料裝備質量、費用等數(shù)據(jù)，并進行評估。在核心層，通過區(qū)塊鏈密碼學技術確保傳輸?shù)陌踩?，通過共識機制來確保一致性，實現(xiàn)聯(lián)合管理，不被欺詐。在應用層，通過智能合約實現(xiàn)油料裝備全壽命周內各階段業(yè)務的可編程操作，可實現(xiàn)油料裝備檔案管理，裝備問責追蹤溯源，軍民融合企業(yè)資質認證等相關應用。

圖10 分布式油料裝備全壽命管理區(qū)塊鏈群

4 結語

裝備管理理念及管理組織形式的選擇同裝備之間存在必然、本質的聯(lián)系，只有不斷改進和匹配才能產(chǎn)生裂變效應?；趨^(qū)塊鏈的油料裝備全壽命管理是一種新的管理理念，同時也是一種有效的管理手段與工具?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭，打的是后勤保障。將區(qū)塊鏈引入到油料裝備全壽命管理中，在油料裝備系統(tǒng)中構建以聯(lián)盟鏈為核心，以各部門需求為導向的完備聯(lián)盟鏈，組成區(qū)塊鏈群，將更加有利于掌握油料裝備信息、資源消耗與流動規(guī)律，進而促進軍事需求精確匹配，積極適應信息化戰(zhàn)爭油料保障需要。