基于区块链的装备数据存储和共享技术研究

李 勇，唐 琳，文叙菠

(91977部队，北京 102249)

0 引言

2008 年，中本聪发表论文《比特币：一种点对点现金系统》出现关于区块链技术的描述，区块链技术进入“区块链1.0”发展阶段，主要用于支持以比特币为代表的数字货币。随着比特币的持续升值，2014 年人们开始关注比特币背后的区块链技术，随后引发了关于区块链技术发展运用的浪潮。区块链作为一种技术构架，是多项技术集合的解决方案，不断集成、整合P2P 通信协议、分布式存储数据库技术、加密算法、共识算法等多种技术，创造了一种按时间序列、按区块记录数据的模式。近年来，我国积极努力地将各种新技术运用到国防军事中，区块链技术具有高安全、高可靠的特点，加快推进区块链技术在装备领域的发展研究，有利于提升我国国防整体实力。

1 区块链的技术特点

近年来，区块链技术延伸到金融、物流、能源、医疗、城市服务、慈善公益、文化娱乐、医疗健康、科学文化等社会各个领域中，对传统中心化IT应用发起挑战。其最引人注目的特点是去中心化、匿名性、去信任和高安全性。

区块链的本质是去中心化的。通过全网统一账本、对等网络、区块链共识算法实现逻辑上的、架构上的、治理上的去中心化，为区块链带来容错性、抗攻击力和防合谋能力，使政府、企业均看好区块链技术的发展前景。

区块链的第二个特征是匿名性。区块链只关注身份标识，而不关注身份的真实性，通过区块链，可以查询到每一笔交易的数据信息，却无法得知交易者。区块链的匿名性特点，在一定程度上很好地保护了用户的隐私。

区块链的第三个特点是去信任。区块链系统建立起来的去信任，应该称为去第三方信任，完全不依赖第三方信任机构，由系统自行建立信任关系，实现对以链上数据为表征的历史行为真实性的信任，和对以规则和机制为约束的未来行为的信任。

区块链的第四个特点是高安全性。区块链通过共识和不可篡改来保证数据的安全性，共识是指使用的一致性算法来保证网络的真实状态和交易的有效性达成一致，不可篡改是指区块链无法修改已经确认的交易记录，依此保证区块数据和交易记录的完整性。

2 装备数据的特点

我军武器装备建设正面临信息化向智能化迈进的重要阶段，装备论证、作战推演、效能评估离不开装备数据的实际使用；装备的科学使用、保养、维修、保障和管理离不开装备的故障分析数据；装备的设计、研制、生产、质量监控、检验验收离不开装备的实际运行数据；目标识别、武器攻击决策离不开日积月累的敌对目标识别数据；装备全系统、全寿命、全过程、全费用分析、管理和保障离不开对现役装备综合信息的统计数据。可以说，装备信息数据已成为装备论证、评估、设计、制造、试验、作战、使用、维修、保障和发展的重要支撑。

2.1 各类系统林立、数据物理分散

在我军信息化建设过程中，各级武器装备部门为满足日常业务工作所需，自主开展了业务信息系统建设，系统由各部门自建、自管、自用，各类系统独立运行、自行组网，为保障用户使用、辅助分析提供了强有力的支撑。但随着各级各部门联合、融合开展业务工作需求日益增强，数据集成、融合的问题也凸显出来。

2.2 缺乏顶层规划、数据标准不一

各级各部门在装备数据工程建设中，围绕自身业务开展数据的研究、设计、使用和管理，数据建设没有顶层筹划和统一指导，各类系统在数据定义、解释、规程、标准等方面自成体系，数据异构性明显。同时，缺乏跨业务领域的数据标准和规范。

2.3 管理职责不明、数据共享困难

缺乏统一的数据归口管理组织，管理职责混乱，基础数据、底层数据各部门都在采集、统计，没有统一数据源头，经常发生重复性数据采集工作。同时，对数据的安全认识不足，安全防护手段技术不全，为了数据的安全保密，只能采取简单的封闭策略，各部门之间数据共享难、重用难。

3 基于区块链的装备数据存储技术

针对我军装备数据物理分散、标准不一、共享困难的特点，以“盘活资源、集约建设”为指导思想，充分保留业务信息系统现有格局，充分利用现有数据资源，在装备数据存储和共享中引入区块链技术，快速实现装备数据上链，构建一种不可被破解的管理和监控系统。

3.1 构建“链群”式“微中心”区块链

借鉴微信群的模式，建立“链群”，即组成一个“微中心”，其作为区块链的一个节点，如图1所示。“链群”中的“群主”存储区块链中的副本信息，“群成员”为“微中心”提供算力支持，“群主”作为“微中心”在链上交互的出入口，对每个“群成员”负责，并为“群成员”提供信息交互通道和相应的服务保障。采用这种方式构建区块链，实际上是“群主”上链，区块链网络由各“链群”的“群主”组成，“群主”和“群主”组成一种无中心的服务器集群模式，构建一个对等的通信网络，实现网络资源的点对点传输和分布式存储。采用此区块链网络，既能最大化利用现有计算存储资源，也能享有区块链技术带来的便利，特别是保留了我军既有的信息中心系统模式，为提升效率、节约资源提供了一种很好的技术实现途径。

图1 “链群”式“微中心”区块链示意图

3.2 “链群”式“微中心”区块链数据存储模型

目前，我军建立了大、中、小各类装备信息服务中心，通过构建统一的信息通信网络，打通各信息服务中心之间的通信网络链路，参照“链群”式“微中心”区块链模式，利用区块链去中心化思想，将各信息系统服务中心作为区块链节点共同组建区块链数据存储网络，如图2所示。

图2 “链群”式“微中心”区块链数据存储模型

在此区块链网络中，原有的服务中心物理位置不变，但作为区块链的节点需要部署数据存储区块链系统，该系统利用智能合约、共识算法、跨链协议以及安全管理等技术，提供统一账户管理、监管审计、数据管理、数据交换等基础支撑功能，实现装备数据的链上存储，并为其他应用系统提供智能合约调用、区块信息查询、节点信息查询、交易信息查询等接口。该系统分为数据层、服务层和应用层，其中数据层主要存储本地数据和其他节点相关信息，并实现与邻节点之间的通信；服务层为上层应用提供统一服务和调用接口，并实现数据的更新与同步；应用层为用户提供服务，实现查询、展示、业务操作等功能。

为适应数据存储区块链系统运行，部分服务中心可能需要更换高性能服务器，各信息系统存储本系统所属信息，通过区块链副本将所有服务节点数据关联起来，共同组成一个分布式数据存储的网络。例如，区块链节点1中信息服务中心存储的数据主体还是本系统内的数据，主要为本系统内部用户提供。同时，它作为区块链的一个节点，存储有区块链副本，可以掌握链上其他节点存储的数据，当本系统用户需要调用其他节点数据时，可以向本节点提交数据请求，由区块链统一调度实现数据的访问。

4 基于区块链装备大数据共享模型

在基于区块链的装备大数据存储的基础上，构建去中心化大数据共享平台，将此平台发布到装备大数据区块链上，打破数据拥有者和数据需求者之间的信息共享瓶颈，可实现信息按需发布、按需共享，随时发布、实时共享。基于区块链的装备大数据共享模型由数据需求方、去中心化数据共享平台、数据拥有者、数据源四部分组成，如图3所示。

图3 基于区块链的装备大数据共享模型

去中心化数据共享平台主要由联邦节点和数据共享链组成，一是在各数据中心建立联邦节点，并通过对等网络与其他联网节点连接，形成跨域数据共享网络，实现点对点安全传输，并提供文件类型的“可见”式共享，以及模型或接口类型的“不可见”式共享；二是建立数据共享链，通过可编程智能合约设计各联邦节点间的数据共享规则、认证机制、数据交换方式，具备对联邦节点的管理协调、权限控制、交换存证、数据溯源、数据审计等功能，实现区块链数据共享全程可控、全局可管。

数据需求者指对数据有需求的军工企业、科研院所、装备机关等，根据应用领域不同可将它们分为装备保障、科学研究、指挥管理、辅助决策等。数据拥有者指拥有数据所有管理权限的单位或机构，如装备机关、部队、装备承制单位、维修企业等。在该模型中，各主体有明确角色界限，角色之间可以相互依赖和转换，其中，数据拥有者通过去中心化数据共享平台发布数据，作为信息流的起点。随后，双方可检索数据、查看数据质量评价、发布数据订阅需求等，最终双方在该平台上进行数据权限可信、透明、平等的共享交互。通过区块链挖矿等激励机制维持生态圈模型的正常运行，保证信息的可靠性，同时杜绝劣质、虚假的数据在链上进行传递，有助于营造良好的数据共享生态环境。

5 结束语

区块链将多种技术融合，具有传统分布式数据库与集中式数据库无法比拟的优势，而当前军队装备大数据对系统安全、数据信任和可信赖扩展性的需求，恰好与其吻合。本文针对目前装备系统种类多、数据复杂的情况，研究了基于区块链的装备数据存储和共享技术，可实现装备研制、订购、调配、使用、管理、维修、评估等全流程信息的链上存储与共享。后续，还应在以下方面进一步研究解决方案。①构建全网运转的区块链网络，当前各装备系统存在于不同的网络中，甚至还存在单机版系统，如何使这些装备数据全上链，在确保安全保密的基础上，构建满足军队密级要求，安全可靠的区块链专用传输网络是基础和前提。②成立专门的区块链组织机构，统一负责数据采集、管理、维护以及区块链系统的建设，确保区块链系统的研制、建设、使用、管理都有专门机构负责。③建立符合装备数据区块链运行的制度机制，确保数据区块链转化、信息存储、信息共享都有规可依、有章可循。