未来数据战争：区块链技术的军事应用

区块链是一个由一群记录“区块”组成的数据库，每个区块都包含有到前一区块的加密链接，形成一个链。区块链开始的区块称为“创世区块”。新区块添加时，要堆叠在前一区块之上。区块链示意图如图1所示。区块链就像一本书中的书页。每个区块(书页) 都包括一个区块头(就像书页顶部的识别信息)和内容(如，书页中的文字)。每个区块的区块头都含有多段信息，而本文仅描述三段信息。区块头中首先也是最重要的是信息数字指纹， 即前一区块的哈希值。接下来是标识该区块创建时间的时间戳。最后是该区块的内容哈希值。

内容哈希也称为默克尔哈希，是默克尔哈希树最高节点(根节点)处的哈希值。默克尔哈希树是一种加密数据结构，利用数学方式将一个区块的全部内容链接到一个单一哈希值。让任意用户都可快速重构任意区块， 利用最少信息量证实其内容的完好性。区块链中每个区块都会链接到其前一个区块，因而具备内部一致性，不用检查任何区块的内容就可以验证一致性，就像不用读书的内容就可以验证每一页的存在一样。这种数据结构对于区块链安全性非常重要。

每个区块中存储的信息集合可以是任何数字内容，包括简单文本、结构化消息、图片和视频等。区块链中存储的任何信息都是永久安全的，都是永不可更改的历史记录。

确定区块链内容时需要在两个因素间进行基本权衡：机密性和文件大小。区块链中存储的任何东西都能被所有网络成员看到。这一特性的优缺点都很明显，优势包括能够轻松在全网验证信息，劣势则包括无法控制能看到该信息的人。文件大小也是个重要因素，因为完整区块链包含以往加入的每一条数据记录。如果数据记录太大且添加频繁，则区块链也会十分巨大，这就是所谓的“膨胀”问题。在去中心化的区块链网络中，膨胀问题更为严重，因为区块链中有多个网络节点独立构造数据库。

共识机制

共识就是一个不管有多少有缺陷过程也能让一套分布式过程就一个值或一个动作达成协议的过程。其正式名称为“拜占庭将军”问题。一种最著名的共识算法叫实用拜占庭容错(PBFT)，在安全关键系统中普遍使用， 如飞机上的四冗余导航系统。在区块链网络中，共识机制用于防止不诚实行为人向数据库中写入可能无效的信息。任意给定区块链使用的具体共识机制取决于许多假设条件，包括双方间的信任度以及其利益的一致性，还包括网络形状和同步等相关因素。例如，比特币共识模型是一种去中心化和去信任模型。因此，每个节点独立验证每笔交易;独立验证新区块;在区块链中出现“分叉”时，独立选择算力最长的分支。从军事意义上说， 共识机制利用多数诚实节点对少量不诚实节点的数量优势实现对敌的不对称优势。因此，随着网络规模的增长， 攻击区块链会越发困难。

图2 一般网络拓扑图。

网络体系

区块链可以采用多种网络体系， 从完全中心化到完全分布式体系，如图2所示。但无论采用哪种网络体系， 都要在安全性和效率间进行权衡。例如，在中心化网络中，所有外层节点都依赖中心节点实现网络功能。因此， 如果中心节点被攻击，则整个网络都可能受到影响。而另一方面，则是每个节点都独立于任何其他节点发挥功能的分布式网络。分布式节点个体受到侵害不会危及网络整体。

访问控制

区块链的访问控制通过两种方式实现：许可方式和非许可方式。非许可方式是公有链采用的方式，运作时没有访问控制。只要有适当软件和连接，任何人都能加入网络并与区块链接口，无需中央权威实体许可。相反， 许可方式，即私有链采用的方式，让管理员可控制网络参与者、能看到区块链哪些部分、谁可向区块链中写入、甚至共识群体的组成。

表2 军用网区块链节点类型实例。

网络节点类型

网络节点既是区块链用户也是防御者。作为用户，网络节点既会生成待纳入区块链中的新记录也会利用区块链获取历史信息。网络节点也可通过参与共识机制的方式保护区块链，虽然并不是所有节点都参与每次共识过程，这要取决于访问控制等措施。任何区块链网络中的节点类型都会不同， 取决于网络用途。

在军事场景中，根据相关能力， 如处理、存储、通信等，可设想构建三类节点，，包括全节点、部分节点和简单节点。每种节点的实例和职责如表2所示。全节点作为区块链网络的骨干， 最重要的功能是建立和维护区块链数据库的最新完整副本。其另一重要功能是生成新区块，然后分发到其他节点。接下来，全节点将验证新交易或收到的来自其他节点的区块，保证其符合共识规则并维护数据库的内部一致性。最终，与所有其他节点一样，全节点会生成和发送纳入数据库的新记录。

第二类节点是部分节点。由于平台设计上的限制，部分节点没有足够的能力维护区块链数据库的完整副本， 只保留只包含每个区块的区块头的区块链副本。如之前所述，区块头包括之前区块的区块头哈希值、时间戳以及当前区块内容的哈希值。这样，部分节点不仅可以验证区块链的一致性， 还可以完全验证每个新区块。一旦验证完成，则只保留该区块的区块头数据。在比特币中，这种受到限制的区块链模型将数据库大小缩小了1000倍，从45GB缩小到了只有45MB。然而，由于丢弃了区块内容，因此部分节点要验证任意之前的交易需要全节点的支持。

第三类节点是简单节点。如表2所示，简单节点只生成、发送和验证新记录。简单节点在设计上是能力有限的低成本商品化设备。但区块链网络中的这种节点对于共识机制仍很有价值。

区块链的军事应用

区块链技术在国防应用中非常有用。以下将描述三个具体用例。在这三个用例中，区块链无论对其运行还是支持都十分有用。

网络防御：数据完好性

（编辑：常州站长网）

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