區(qū)塊鏈賦能5G在軍事物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用探討

李步杰，姜 江，趙青松

（國防科技大學(xué) 系統(tǒng)工程學(xué)院，湖南 長沙 410073）

0 引 言

軍事物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最終目標(biāo)就是把各類設(shè)施、裝備、人員與軍用網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合，實現(xiàn)物與物、人與物、人與人之間的相互連接，最終把現(xiàn)代信息化戰(zhàn)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(jù)優(yōu)勢地位，各國都在發(fā)展具有網(wǎng)絡(luò)化、智能化和分布式作戰(zhàn)的能力。第5 代移動通信（5G）技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)作為支撐作戰(zhàn)能力提升的底層前沿技術(shù)，將深刻影響未來戰(zhàn)爭的形態(tài)，因此受到各國的重視和追捧[2]。5G 采用了區(qū)別于以往的傳輸和組網(wǎng)技術(shù)，為軍事移動通信中的效率和安全提供了保障。區(qū)塊鏈技術(shù)因為具備了去中心化、隱私保護(hù)和不可篡改等優(yōu)勢，將區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)用于軍事特定領(lǐng)域，可以增強(qiáng)不同實體間的信任程度，提升不同軍兵種之間聯(lián)合作戰(zhàn)效率[3]。

目前大部分研究都是針對單個的技術(shù)展開，鮮有將5G和區(qū)塊鏈技術(shù)融合應(yīng)用于軍事研究，通過區(qū)塊鏈技術(shù)對5G的賦能，應(yīng)用到軍事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)?zhàn)場管理、智能作戰(zhàn)、數(shù)字營區(qū)及后勤保障等方面產(chǎn)生深刻的影響。

1 5G 技術(shù)特點(diǎn)與不足

5G 通過應(yīng)用大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)和全頻譜接入等核心技術(shù)，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(wǎng)絡(luò)時延、連接能力、安全性和靈活性方面有更好的表現(xiàn)。根據(jù)IMT-2020 相關(guān)報告，5G 技術(shù)概括而言具有增強(qiáng)移動寬帶、海量物聯(lián)和高可靠低時延三大特點(diǎn)[4]。增強(qiáng)移動寬帶意味著具有超高速率，可以實現(xiàn)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(shù)的可信度；海量物聯(lián)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(qiáng)鏈接能力的5G 網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)萬物互聯(lián)時代；高可靠低時延特性有效削減了網(wǎng)絡(luò)延時，給更高運(yùn)用的發(fā)展帶來了機(jī)會。

5G 的發(fā)展使得萬物互聯(lián)，但也有很多難點(diǎn)需要去解決[6]。在隱私保護(hù)方面，中心化的管理架構(gòu)一旦被攻擊就會泄露大量隱私數(shù)據(jù)。在擴(kuò)展能力方面，未來的設(shè)備數(shù)量將呈幾何級數(shù)增長，中心化服務(wù)的成本變得難以負(fù)擔(dān)。在通信協(xié)作方面，各平臺缺少統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成多個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，降低了整體的效率。在網(wǎng)間協(xié)作方面，很多運(yùn)營商、企事業(yè)內(nèi)部的自組織網(wǎng)絡(luò)涉及到協(xié)作時，建立信用的成本很高。

2 區(qū)塊鏈賦能5G 發(fā)展

區(qū)塊鏈?zhǔn)抢妹艽a算法形成的不可篡改的分布式賬本。主要的技術(shù)特點(diǎn)有：

（1）采取分布式賬本，賦予了其中所有節(jié)點(diǎn)平等地位，破除了中心化的模式，確保數(shù)據(jù)安全；

（2）運(yùn)用共識機(jī)制，通過專門的算法建立牢固的信任體系，確?；ハ嚅g信息的確認(rèn)；

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

（4）利用哈希算法的特定性，當(dāng)某個節(jié)點(diǎn)的信息被非法篡改時，就不可能被成功記錄，確保數(shù)據(jù)真實性；

（5）利用時間戳技術(shù)，保證區(qū)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(yù)先設(shè)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(qū)塊鏈憑借著“去中心化”“不可篡改”“共識機(jī)制”等優(yōu)勢，可以對5G 技術(shù)的難點(diǎn)進(jìn)行彌補(bǔ)，對萬物互聯(lián)提供了條件保障。區(qū)塊鏈中能夠?qū)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)都得到提升。5G 時代人與物、物與物的連接數(shù)呈爆發(fā)式增長，伴隨數(shù)據(jù)規(guī)模急劇攀升，可利用區(qū)塊鏈技術(shù)解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲模式存在的問題。只要數(shù)據(jù)被寫入?yún)^(qū)塊鏈，篡改就會很難，能夠建立對數(shù)據(jù)追蹤溯源的機(jī)制，為維護(hù)數(shù)據(jù)主權(quán)提供有力保障。面對更多的產(chǎn)業(yè)合作方，區(qū)塊鏈技術(shù)有助于打破現(xiàn)存的“信息孤島”，以低成本建立互信。萬物互聯(lián)的條件保障如圖1所示。

圖1 萬物互聯(lián)的條件保障

3 “5G+區(qū)塊鏈”軍事典型應(yīng)用

3.1 現(xiàn)代戰(zhàn)場管理

首先可以提高戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，通過縮短“OODA 環(huán)”取得作戰(zhàn)先機(jī)?，F(xiàn)代作戰(zhàn)主要依靠戰(zhàn)場物聯(lián)網(wǎng)所部署的傳感器來獲得信息，經(jīng)過融合處理形成了綜合的戰(zhàn)場態(tài)勢圖。5G技術(shù)可以在瞬息萬變的戰(zhàn)場環(huán)境下傳輸海量最新數(shù)據(jù)，提高信息在戰(zhàn)場上的流通和處理速度[8]。其次可以提高戰(zhàn)場通信能力，5G 具有更加靈活的融合性，可以將衛(wèi)星通信等網(wǎng)絡(luò)接入進(jìn)來，從而拓寬戰(zhàn)場無線通信的廣度。第三，5G 技術(shù)減少指揮層級，保證了軍事指揮通信系統(tǒng)的暢捷，每個終端之間實現(xiàn)互聯(lián)互通，不再需要頻繁逐級傳達(dá)，指揮所能將命令直達(dá)每個單兵，確保了高效指揮。同時利用區(qū)塊鏈信息難以篡改、具備體系抗毀能力等優(yōu)勢，可以使不同軍兵種、不同通信網(wǎng)絡(luò)中之間建立有效的通信，能夠有效抵御信息攻擊和節(jié)點(diǎn)破壞，實現(xiàn)戰(zhàn)場情報和指揮信息的可信、可靠和高效[9]。

3.2 數(shù)字營區(qū)建設(shè)

數(shù)字化轉(zhuǎn)型社會和政府的發(fā)展過程中，“智慧城市”“數(shù)字鄉(xiāng)村”等都取得了較大的發(fā)展。但是受制于保密安全等原因，數(shù)字營區(qū)建設(shè)還沒有大規(guī)模的展開，官兵辦理各類事務(wù)還必須在有線端進(jìn)行操作，制約了效率。在5G 發(fā)展的浪潮下，可以考慮在已建設(shè)完成的有線專用網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，建設(shè)軍用無線5G 專網(wǎng)，同時將營區(qū)安防攝像頭都接入進(jìn)來，可以大大提升數(shù)字化營區(qū)的建設(shè)水平，縮短建設(shè)工期，減少重復(fù)建設(shè)。同時對于日常大量時間精力用在管人和管物方面，區(qū)塊鏈技術(shù)中的時間戳可以準(zhǔn)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(zhàn)樣式

5G 技術(shù)的誕生，催生新型武器裝備和作戰(zhàn)樣式的面世，提升了軍隊的實戰(zhàn)化作戰(zhàn)能力，對當(dāng)今軍事變革也起著引導(dǎo)作用，無人作戰(zhàn)就是其中的典型場景。海量的機(jī)器間通信，為大規(guī)模無人作戰(zhàn)平臺的使用提供了手段，實現(xiàn)了大量無人作戰(zhàn)裝備之間的互聯(lián)互通，進(jìn)而提高作戰(zhàn)指揮能力[11]。5G技術(shù)可以保障指令有效無誤地傳遞至無人作戰(zhàn)的各個節(jié)點(diǎn)，通過低時延的特性確保通信的實時性。運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)中的去共識機(jī)制和加密機(jī)制，可以避免信息侵入和虛假命令等常見的網(wǎng)系攻擊手段，保證了無人裝備效能的發(fā)揮。

3.4 后勤供應(yīng)保障

“兵馬未動，糧草先行?！?G 與區(qū)塊鏈的結(jié)合也為軍事物流、財務(wù)安全、采購管理等后勤領(lǐng)域提供必要的技術(shù)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(xiàn)安全和高效的目標(biāo)，可以在后勤領(lǐng)域采用聯(lián)盟鏈和私有鏈共存的部署方式，聯(lián)盟鏈主要部署在與民用企業(yè)對接，私有鏈部署在軍隊內(nèi)部[12]。5G 在提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)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(jìn)行實時反饋，使后勤部門動態(tài)應(yīng)對各類突發(fā)事件，確保物資投送安全和高效節(jié)約。

4 挑戰(zhàn)與對策建議

在未來軍事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域推行“5G+區(qū)塊鏈”技術(shù)必然會面臨下面的幾項挑戰(zhàn)，必須要引起高度重視并積極尋求化解之道。

4.1 軍事應(yīng)用復(fù)雜性挑戰(zhàn)

5G 超高的速率是通過超密度組網(wǎng)來實現(xiàn)，必須要增加基站的數(shù)量來實現(xiàn)。但是軍事應(yīng)用和民用網(wǎng)絡(luò)存在不同的特性，特別是未來戰(zhàn)爭是多領(lǐng)域和多空間的激烈對抗，既有海、陸、空等常規(guī)空間，也有電磁、太空和網(wǎng)絡(luò)等新型空間，戰(zhàn)場環(huán)境特別復(fù)雜。尤其是在高山、密林、海島等偏遠(yuǎn)地帶作戰(zhàn)時，缺少大規(guī)模固定基礎(chǔ)設(shè)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(jī)、地鐵、公交等設(shè)施的要求。但是在現(xiàn)代作戰(zhàn)中，主要的現(xiàn)代作戰(zhàn)武器如艦載機(jī)、巡航導(dǎo)彈等速度能夠達(dá)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(yīng)用進(jìn)行深化論證，對軍事應(yīng)用可能性、功能和指標(biāo)再進(jìn)行深入研究。比如：面對戰(zhàn)場環(huán)境基站部署難的問題，可以考慮運(yùn)用無人機(jī)中繼組網(wǎng)、接入衛(wèi)星通信、融入民用頻段等方式，實現(xiàn)在未來激烈戰(zhàn)場上快速建立安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。

4.2 軍民融合安全性挑戰(zhàn)

區(qū)塊鏈和5G 等新技術(shù)大都起源于民用領(lǐng)域，在近年來更是在國民經(jīng)濟(jì)和社會領(lǐng)域得到了較大發(fā)展，當(dāng)前地方技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，軍隊再自行開發(fā)研制會花費(fèi)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(fā)展的戰(zhàn)略，更為軍隊數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了一條可行之路，可以充分借鑒商用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來布局軍事應(yīng)用，但是在軍事領(lǐng)域，必須要考慮安全性問題。新技術(shù)的出現(xiàn)意味著還存在很多未知的安全問題，軍隊內(nèi)部深入了解新技術(shù)專業(yè)人才也不是很多。軍民深度融合可以采取逐步推進(jìn)的方式，可以先以軍民融合度深、涉密程度低的場合進(jìn)行試水，積累一定經(jīng)驗后逐步在全領(lǐng)域推進(jìn)。例如：在搶險救援、反恐維穩(wěn)、軍事物流等領(lǐng)域，可以采取網(wǎng)絡(luò)切片再加防火墻、密碼等加密手段直接在民用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。對于涉密程度較高的場合，如作戰(zhàn)指揮、偵查情報可以考慮組建無線專網(wǎng)加私有鏈的形式進(jìn)行保障。

4.3 技術(shù)發(fā)展突破性挑戰(zhàn)

5G 技術(shù)是集合了網(wǎng)絡(luò)、通信、計算機(jī)等的綜合體系，這個體系在民用領(lǐng)域也是在不斷研究改進(jìn)，應(yīng)用到軍事領(lǐng)域也正處在摸索前行階段。區(qū)塊鏈技術(shù)作為新興的信息技術(shù)，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(tǒng)兼容的問題?，F(xiàn)有的各類軍事系統(tǒng)基本采取中心化的架構(gòu)，各部門發(fā)展也存在“煙囪式”的發(fā)展，如何運(yùn)用新技術(shù)打破各系統(tǒng)之間的壁壘，構(gòu)建良好的技術(shù)發(fā)展生態(tài)環(huán)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(shù)更迭的時間，一代技術(shù)從開始研發(fā)到實際應(yīng)用需要大概10年的時間。目前世界上已經(jīng)開始對6G 進(jìn)行探索研究，6G 的軍事應(yīng)用也必將促使軍事進(jìn)行進(jìn)一步變革，因此也要同時對6G 技術(shù)進(jìn)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(shù)進(jìn)行提前布局，確保技術(shù)積累優(yōu)勢，避免落后于人。

4.4 軍隊管理創(chuàng)新性挑戰(zhàn)

軍隊管理一直以來就有著封閉性、中心化的特點(diǎn)，確保了軍事安全保密和高效統(tǒng)一。5G 技術(shù)雖然對安全防御體系進(jìn)行了重新構(gòu)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(diǎn)是一個永恒的話題。而區(qū)塊鏈則是最典型的去中心化的應(yīng)用，它是運(yùn)行在去中心化的對等網(wǎng)絡(luò)之上，與現(xiàn)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(yīng)用時就不免有此顧慮而阻礙了技術(shù)的推廣。因此，要創(chuàng)新管理理念，從思想觀念、體制機(jī)制和管理保障等方面構(gòu)建良好的軍事技術(shù)發(fā)展環(huán)境，比如：針對新情況、新問題要完善監(jiān)管機(jī)制，雖然要給新技術(shù)發(fā)展一定的空間，但是新技術(shù)的發(fā)展也不能無章可循，通過明確各級權(quán)限、使用目的、涉密等級等，對制度法規(guī)空白的區(qū)域進(jìn)行填補(bǔ)，使違規(guī)行為無處可藏，從制度上保證軍事物聯(lián)網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié) 語

本文簡要介紹了5G 和區(qū)塊鏈技術(shù)的概念及特性，提出區(qū)塊鏈賦能5G 技術(shù)在軍事物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想。作為前沿技術(shù)，5G 和區(qū)塊鏈技術(shù)在軍事領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用還有一段距離要走。隨著信息技術(shù)的長遠(yuǎn)發(fā)展，“5G+區(qū)塊鏈”技術(shù)作為底層技術(shù)，必然對軍事領(lǐng)域技術(shù)催生一系列的進(jìn)步發(fā)展。在未來研究中，要堅持技術(shù)創(chuàng)新和突破，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)性能不足等弱點(diǎn)，還要注重深度整合民用技術(shù)，通過引進(jìn)技術(shù)、產(chǎn)品和人才，為技術(shù)應(yīng)用于軍事創(chuàng)造良好環(huán)境，全面提高軍隊實戰(zhàn)化能力。

注：本文通訊作者為趙青松。