基于區(qū)塊鏈的裝備全壽命數(shù)據(jù)管理研究

楊成偉，焦敬義

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

裝備全壽命數(shù)據(jù)管理是對武器裝備從論證設(shè)計(jì)直到退役報(bào)廢所經(jīng)歷的全過程有關(guān)的各類數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行的管理，目的是提高武器裝備系統(tǒng)整體效能[1]。當(dāng)前，隨著各種信息化、智能化裝備陸續(xù)列裝部隊(duì)，裝備活動(dòng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的種類和數(shù)量呈現(xiàn)出“幾何級”的劇增趨勢，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集、處理、分析模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足裝備保障發(fā)展建設(shè)的需要。區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、透明可信、不可篡改、安全性高等特點(diǎn)[2]，可以通過引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，讓裝備監(jiān)管相關(guān)單位都參與到裝備各類數(shù)據(jù)的更新和維護(hù)中，形成一個(gè)分布的、受監(jiān)督的數(shù)據(jù)檔案記錄網(wǎng)絡(luò)，提升裝備全壽命數(shù)據(jù)信息的完整性與準(zhǔn)確性，提高對裝備技術(shù)狀態(tài)的掌控能力，解決傳統(tǒng)裝備數(shù)據(jù)管理中存在的裝備數(shù)據(jù)管理分段分散、轉(zhuǎn)隸交接容易遺損、統(tǒng)籌監(jiān)管難、共享水平低、維護(hù)更新難和文書成本高等問題，提高裝備數(shù)據(jù)管理的安全性和便利性，讓數(shù)據(jù)更好地服務(wù)于裝備戰(zhàn)斗力的提升[3]。本文結(jié)合當(dāng)前裝備全壽命數(shù)據(jù)管理的現(xiàn)狀，分析區(qū)塊鏈技術(shù)特征與裝備全壽命數(shù)據(jù)管理上的匹配性，構(gòu)想了基于區(qū)塊鏈的裝備全壽命數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，研究了基于區(qū)塊鏈裝備全壽命數(shù)據(jù)管理應(yīng)用潛力。

1 當(dāng)前裝備全壽命數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

裝備全壽命數(shù)據(jù)是保障裝備形成戰(zhàn)斗力的重要資源，是裝備管理、使用、維修、保障的重要依據(jù)，但目前裝備數(shù)據(jù)的開發(fā)、管理、服務(wù)水平與裝備作戰(zhàn)保障能力的要求還不相適應(yīng)，主要存在以下問題。

1.1 裝備數(shù)據(jù)隱私保護(hù)方式欠缺，數(shù)據(jù)共享難

軍事裝備涉及軍方和各軍工企業(yè)，各方所擁有的數(shù)據(jù)具有一定的保密性，基于企業(yè)利益保護(hù)和軍事保密考慮，裝備活動(dòng)相關(guān)主體數(shù)據(jù)上傳分享意愿不高，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式難以完全滿足數(shù)據(jù)隱私保護(hù)需求，裝備數(shù)據(jù)在各主體間停留。同時(shí)由于當(dāng)前裝備全壽命數(shù)據(jù)透明度不高導(dǎo)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(gè)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(fā)揮。

1.2 裝備數(shù)據(jù)系統(tǒng)集中化程度高，抗攻擊性弱

目前裝備數(shù)據(jù)管理平臺大多采取中心化存儲平臺，一旦數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)遭受到攻擊或者由于不可抗力因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)損毀丟失，整個(gè)裝備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將受到極大破壞，同時(shí)當(dāng)前現(xiàn)有的容災(zāi)備份機(jī)制較為煩瑣且成本較高，難以保障裝備數(shù)據(jù)系統(tǒng)安全。

1.3 裝備數(shù)據(jù)參與主體眾多，業(yè)務(wù)協(xié)同難

裝備全壽命數(shù)據(jù)管理涉及裝備監(jiān)管主體之間整條業(yè)務(wù)流程的協(xié)同合作，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的缺失或阻滯都會(huì)嚴(yán)重影響裝備保障戰(zhàn)斗力的生成。當(dāng)前裝備相關(guān)監(jiān)管主體眾多，相互之間交互流程復(fù)雜，業(yè)務(wù)煩瑣，加之?dāng)?shù)據(jù)種類多數(shù)量大導(dǎo)致各主體間業(yè)務(wù)響應(yīng)周期長、交互成本高、業(yè)務(wù)效率低下。

2 區(qū)塊鏈原理及特性

2.1 概念及核心技術(shù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N數(shù)據(jù)以區(qū)塊為單位產(chǎn)生和存儲，并按照時(shí)間順序首尾相接形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，通過分布式方式、共識機(jī)制生成和更新數(shù)據(jù)，同時(shí)通過密碼學(xué)保證不可篡改、不可偽造及數(shù)據(jù)傳輸訪問安全，并以智能合約技術(shù)編程和操作數(shù)據(jù)的去中心化分布式賬本[4]。如圖1所示，區(qū)塊鏈系統(tǒng)架構(gòu)由應(yīng)用層、合約層、激勵(lì)層、共識層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)層構(gòu)成。按照中心化程度，區(qū)塊鏈可為成公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈3類[5]。

圖1 區(qū)塊鏈基礎(chǔ)架構(gòu)

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

去中心化[6]。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，沒有中心節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)保存全部的相同區(qū)塊信息。對于特殊的應(yīng)用場景，可以適當(dāng)采用弱中心化的管理節(jié)點(diǎn)。

不可篡改可追溯。數(shù)據(jù)一旦提交后會(huì)一直存在，不可被銷毀或修改。單個(gè)甚至多個(gè)節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)的篡改無法影響其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲，區(qū)塊鏈記錄的信息可以準(zhǔn)確的追溯。

安全性。若想達(dá)到攻擊或篡改數(shù)據(jù)的目的，攻擊者需要獲得全網(wǎng)51%以上的節(jié)點(diǎn)的許可[7]，由于區(qū)塊鏈系統(tǒng)采取了分布式存儲結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多且分散，要達(dá)到篡改目的需要極大的時(shí)間和資金成本，基本無法實(shí)現(xiàn)。因此區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和安全性都很高。

智能性。區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)可以大大提升業(yè)務(wù)效率，即以真實(shí)數(shù)據(jù)作為支撐，通過執(zhí)行事先編寫好的規(guī)則協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)的自動(dòng)化、智能化處理。從而可以準(zhǔn)確安全地執(zhí)行流程，減少人工操作易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，同時(shí)節(jié)約時(shí)間、人力成本。

3 區(qū)塊鏈與裝備全壽命數(shù)據(jù)管理匹配性分析

區(qū)塊鏈技術(shù)的特性優(yōu)勢使其在裝備全壽命管理中具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，能夠?qū)崿F(xiàn)裝備數(shù)據(jù)管理的全程化，有效解決目前裝備數(shù)據(jù)管理存在的諸多問題。將區(qū)塊鏈技術(shù)引入到裝備全壽命數(shù)據(jù)管理中，通過構(gòu)建聯(lián)盟鏈、區(qū)塊鏈群等方法，將裝備全壽命周期內(nèi)所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一上鏈，能夠有效降低裝備數(shù)據(jù)管理的分段分散、信息不對稱、共享水平低和安全監(jiān)管弱等問題，提升裝備全壽命數(shù)據(jù)管理水平，促進(jìn)裝備戰(zhàn)斗力生成。

3.1 消除迷霧，滿足裝備數(shù)據(jù)全域透明可知

區(qū)塊鏈分布式存儲結(jié)構(gòu)、共同維護(hù)特性可保證裝備數(shù)據(jù)透明真實(shí)、實(shí)時(shí)共享。裝備數(shù)據(jù)管理貫穿裝備全壽命管理的全過程，在裝備研制、生產(chǎn)、訓(xùn)練、維護(hù)和退役的全過程，需要多個(gè)單位共同管理裝備數(shù)據(jù)。而區(qū)塊鏈無需中心化的硬件或管理機(jī)構(gòu)存儲數(shù)據(jù)，各終端設(shè)備均可視為節(jié)點(diǎn)，分布式各節(jié)點(diǎn)的權(quán)利和義務(wù)均等，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保存維護(hù)一套完整的區(qū)塊鏈總賬副本，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和存儲實(shí)現(xiàn)去中心化。因此，基于區(qū)塊鏈的裝備全壽命數(shù)據(jù)管理，能夠保障每一操作單元或平臺根據(jù)權(quán)限隨時(shí)安全地獲取和發(fā)布裝備數(shù)據(jù)信息，能夠在機(jī)制上打破裝備不同壽命階段不同單位部門之間數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)不同平臺的數(shù)據(jù)融合，保持裝備數(shù)據(jù)的順暢運(yùn)轉(zhuǎn)和真實(shí)有效傳播。

3.2 消除阻滯，助力裝備數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)緊密銜接

區(qū)塊鏈鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加密技術(shù)為裝備數(shù)據(jù)提供防篡改、可追溯保障。因區(qū)塊鏈通過時(shí)間戳保證每個(gè)區(qū)塊依次順序相連，使得區(qū)塊鏈具有防止數(shù)據(jù)篡改和數(shù)據(jù)可追溯功能，惡意攻擊者除非同時(shí)修改超過51%的節(jié)點(diǎn)，才可能篡改破壞信息[8]。因此，應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)既可提升裝備數(shù)據(jù)收集、傳輸、處理的能力水平，也為裝備數(shù)據(jù)的傳播提供更加安全、可靠、便捷的技術(shù)通道。區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)用于裝備全壽命數(shù)據(jù)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(bào)廢的全維度、全壽命的各個(gè)環(huán)節(jié)來精確掌握武器裝備的全面資料，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)緊密銜接。

3.3 消除松散，實(shí)現(xiàn)裝備數(shù)據(jù)全程安全可控

區(qū)塊鏈智能合約、共識機(jī)制、去中心化的特性能夠滿足裝備數(shù)據(jù)安全與監(jiān)管要求[9]。在傳統(tǒng)的裝備數(shù)據(jù)管理模式下，裝備數(shù)據(jù)在匯總、上報(bào)、下發(fā)、執(zhí)行各環(huán)節(jié)可能會(huì)產(chǎn)生一定的問題，區(qū)塊鏈技術(shù)通過快速網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算、智能合約及網(wǎng)絡(luò)共識機(jī)制，可減少數(shù)據(jù)管理過程中人為因素帶來的不確定性。同時(shí)，區(qū)塊鏈可以改變裝備數(shù)據(jù)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(zhì)憑證。區(qū)塊鏈?zhǔn)怯扇ブ行幕W(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)盟參與者創(chuàng)建和維護(hù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，一個(gè)全網(wǎng)公認(rèn)，全成員共同維護(hù)的大賬本，誰都無法更改，它提供了一種安全可靠的體系結(jié)構(gòu)。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)是不可變的，數(shù)據(jù)儲存在區(qū)塊鏈中，區(qū)塊鏈就提供了所有裝備項(xiàng)目數(shù)據(jù)完整的歷史記錄，同時(shí)數(shù)據(jù)上鏈安全可行且可溯源，無需擔(dān)心監(jiān)管問題。例如，在裝備使用維護(hù)中，裝備管理部門、使用單位以及生產(chǎn)廠家都可以參與到裝備戰(zhàn)術(shù)技術(shù)狀態(tài)的維護(hù)與更新中，形成一個(gè)分布的、受監(jiān)督的裝備數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，通過區(qū)塊鏈技術(shù)解決當(dāng)前面臨的裝備數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)存儲和交互處理等問題，建立不可被破解的完整監(jiān)控、管理和控制系統(tǒng)，可以提高裝備數(shù)據(jù)管理的安全性、便利性和可信度。

4 管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

長期以來傳統(tǒng)的裝備管理方式已不能完全有效發(fā)揮裝備的整體效能。區(qū)塊鏈技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于起步階段，特別是在裝備數(shù)據(jù)管理方面，還沒有成熟的應(yīng)用案例，要想使區(qū)塊鏈真正應(yīng)用到裝備全壽命數(shù)據(jù)管理中，還需要解決一系列的技術(shù)難題。基于區(qū)塊鏈的裝備全壽命數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路是通過區(qū)塊鏈打破裝備全壽命數(shù)據(jù)管理各主體之間的信息壁壘，建立科學(xué)高效、透明共享、安全可靠的管理環(huán)境。如圖2所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括4個(gè)組成部分：裝備全壽命數(shù)據(jù)管理參與主體、上級的監(jiān)管部門、區(qū)塊鏈標(biāo)準(zhǔn)化組織、區(qū)塊鏈中心系統(tǒng)。

圖2 基于區(qū)塊鏈的裝備全壽命數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

裝備全壽命數(shù)據(jù)源主體主要由裝備設(shè)計(jì)研發(fā)單位、生產(chǎn)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(chǎn)生的相關(guān)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過哈希計(jì)算后統(tǒng)一“上鏈”保存到區(qū)塊鏈上。同時(shí)可根據(jù)數(shù)據(jù)種類的不同分類形成諸如“科研鏈”“維修鏈”“作戰(zhàn)鏈”等不同的區(qū)塊鏈。監(jiān)管主體主要由裝備管理單位構(gòu)成，主要是對裝備進(jìn)行統(tǒng)一管理，并進(jìn)行資質(zhì)認(rèn)證、權(quán)限審核等操作。區(qū)塊鏈中心系統(tǒng)是裝備全壽命數(shù)據(jù)管理的核心部分，主要負(fù)責(zé)對各裝備單位節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一上鏈，同時(shí)依據(jù)數(shù)據(jù)來源場景進(jìn)行分類形成子區(qū)塊鏈以滿足不同裝備管理參與主體對系統(tǒng)功能的需求。法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)主體主要是由相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)組成，通過制定相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對整個(gè)裝備全壽命數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)提供技術(shù)支持，例如裝備退役報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)、裝備質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)、區(qū)塊鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。

5 基于區(qū)塊鏈的裝備全壽命數(shù)據(jù)管理應(yīng)用潛力分析

5.1 創(chuàng)新裝備數(shù)據(jù)管理模式

裝備數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、時(shí)效性、完整性決定了其使用價(jià)值，現(xiàn)在的裝備數(shù)據(jù)管理模式在全壽命周期由不同單位管理人員負(fù)責(zé)，存在不同階段集中數(shù)據(jù)存儲、檔案文件或信息數(shù)據(jù)分散保管、數(shù)據(jù)檢索與挖掘手段單一等現(xiàn)象。區(qū)塊鏈技術(shù)的運(yùn)用使得每一次的信息數(shù)據(jù)都會(huì)被時(shí)間戳記錄并永久保存，形成一個(gè)從科研部門、生產(chǎn)廠家、使用單位、管理部門多方同步參與的立體監(jiān)管環(huán)節(jié)，提高裝備數(shù)據(jù)保障水平。

5.2 加強(qiáng)裝備數(shù)據(jù)監(jiān)管狀態(tài)

裝備全壽命周期的動(dòng)態(tài)信息包含了數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、傳輸、存儲和共享等環(huán)節(jié)，基于區(qū)塊鏈的裝備數(shù)據(jù)管理，通過在裝備數(shù)據(jù)系統(tǒng)中部署區(qū)塊鏈，為每個(gè)裝備建立了使用記錄本，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，既可及時(shí)感知數(shù)據(jù)缺乏、損壞和被篡改等情況，又可提高數(shù)據(jù)使用管理的效率，能夠隨時(shí)了解裝備的狀態(tài)，當(dāng)裝備進(jìn)行訓(xùn)練或維護(hù)作業(yè)時(shí)，可自動(dòng)記錄相關(guān)信息，各級管理部門只需在網(wǎng)絡(luò)中獲取最新區(qū)塊，即能掌握裝備狀態(tài)，發(fā)揮裝備數(shù)據(jù)在裝備使用保障中的作用。

5.3 提升裝備數(shù)據(jù)應(yīng)用能力

通過構(gòu)建裝備狀態(tài)監(jiān)控鏈，提升裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息的完整性與準(zhǔn)確性，提高裝備狀態(tài)的掌控能力，解決裝備狀態(tài)信息分段分散、更新不及時(shí)和應(yīng)用價(jià)值不高等問題，實(shí)現(xiàn)裝備狀態(tài)信息“一鏈更新、一鏈?zhǔn)褂?、一鏈保障”[10]。通過區(qū)塊鏈技術(shù)在裝備數(shù)據(jù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用的落地實(shí)施，構(gòu)建可信數(shù)據(jù)環(huán)境，推動(dòng)裝備業(yè)務(wù)流程再造，為裝備治理體系優(yōu)化和裝備治理能力提升提供重要支撐，提高裝備數(shù)據(jù)管理的安全性和完整性。

6 結(jié)語

本文首先分析了當(dāng)前裝備全壽命數(shù)據(jù)管理存在數(shù)據(jù)共享難、抗攻擊性弱、業(yè)務(wù)協(xié)同難的突出問題，其次在對區(qū)塊鏈原理及技術(shù)特點(diǎn)介紹的基礎(chǔ)上分析了區(qū)塊鏈技術(shù)與裝備全壽命數(shù)據(jù)管理需求的匹配性，構(gòu)想了基于區(qū)塊鏈的裝備全壽命數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，再對區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于裝備全壽命數(shù)據(jù)管理的潛力進(jìn)行了論述。為實(shí)現(xiàn)裝備全壽命數(shù)據(jù)智能共享、安全可靠、權(quán)威可信，推動(dòng)裝備信息化建設(shè)提供了思路。

區(qū)塊鏈作為一種新興技術(shù)，目前在社會(huì)場景中的應(yīng)用正突破原有限制而被廣泛應(yīng)用，它的出現(xiàn)為推動(dòng)裝備全壽命數(shù)據(jù)管理朝著信息化智能化發(fā)展提供了廣闊前景。但是區(qū)塊鏈技術(shù)在軍事上的應(yīng)用還處于理論研究階段，實(shí)際落地應(yīng)用還有待完善。面對這一新的時(shí)代趨勢，我們應(yīng)抓住機(jī)遇，主動(dòng)作為，提前布局，才能實(shí)現(xiàn)建設(shè)世界一流軍隊(duì)的宏偉藍(lán)圖。