[摘 要]首先分析了蜂群自主作戰(zhàn)的需求以及傳統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)存在的主要問題。其次，闡述了區(qū)塊鏈技術(shù)在構(gòu)建蜂群作戰(zhàn)系統(tǒng)體系中的優(yōu)勢。從體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、共識算法、智能合約等方面給出了一種基于區(qū)塊鏈的導(dǎo)彈蜂群協(xié)同制導(dǎo)方案。最后，對該方案的效能進(jìn)行了仿真評估。研究表明：基于區(qū)塊鏈的協(xié)同機(jī)制，按照智能合約規(guī)則分配制導(dǎo)律協(xié)同量，各節(jié)點(diǎn)依靠分布式的協(xié)同制導(dǎo)律，可以順利地完成協(xié)同攻擊任務(wù)。

區(qū)塊鏈被認(rèn)為是繼蒸汽機(jī)、電力、互聯(lián)網(wǎng)之后的下一代顛覆性核心技術(shù)，其應(yīng)用正從金融領(lǐng)域逐步向經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、軍事領(lǐng)域延伸。

隨著體系對抗的加劇和智能化技術(shù)的發(fā)展，蜂群作戰(zhàn)被認(rèn)為是未來作戰(zhàn)的主要樣式。其中，協(xié)同環(huán)境下的信息對抗仍是奪取勝利的核心。美國空軍少校NeilB.Barnas將這種高度競爭性的環(huán)境描述為三個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的激烈競爭，即反電磁頻譜（counter-electromagneticspectrum）、反傳感器（counter-sensor）和反決策（counter-decision）。在此基礎(chǔ)上，提出了“數(shù)據(jù)戰(zhàn)斗”（data-fighting）的概念，并將其定義為，保護(hù)己方生成、傳播、儲存、處理及利用信息的能力，同時(shí)能夠干擾破壞敵方從事相同的工作。這實(shí)際上仍是敵我雙方在協(xié)同體系對抗環(huán)境下觀察-判斷-決策-行動(dòng)（OODA）環(huán)的博弈，其主要表現(xiàn)在：

一是干擾與抗干擾博弈。未來作戰(zhàn)，電磁環(huán)境十分復(fù)雜，自然環(huán)境變化莫測，干擾方式層出不窮?；趩蚊秾?dǎo)彈的作戰(zhàn)模式，由于受彈目位置、制導(dǎo)模式、開機(jī)時(shí)序、傳感器數(shù)量等限制，難以突破敵方多層次、多手段、多模式干擾。而多彈協(xié)同系統(tǒng)具有時(shí)間、空間和功能上的分布性、多樣性和并行性等特點(diǎn),具備不同時(shí)段分時(shí)工作、多站探測定位、多模式相互彌補(bǔ)、多平臺相互印證等優(yōu)勢，可以有效提升抗干擾性能和對群目標(biāo)的識別跟蹤能力。

二是決策與反決策的博弈。未來作戰(zhàn)中，信息不完備成為常態(tài)，打擊時(shí)間敏感目標(biāo)成為核心關(guān)鍵。導(dǎo)彈攻防作戰(zhàn)中，敵方在傳感器的支持下，具備在導(dǎo)彈發(fā)射后采取針對性對抗措施的條件。目前導(dǎo)彈作戰(zhàn)指揮的主要問題是決策鏈條長，造成決策慢；導(dǎo)彈按照射前事先裝訂的程序飛行，難以適應(yīng)戰(zhàn)場環(huán)境的變化。而群彈自主作戰(zhàn)具有自主、實(shí)時(shí)、在線等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)敵變我變提供了有效模式。

三是攻擊與抗攻擊的博弈。飽和攻擊是高技術(shù)戰(zhàn)爭中打擊敵方重要目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多方向、多高度、大數(shù)量同時(shí)對防空武器進(jìn)行突防，是提高導(dǎo)彈突防概率的一種重要作戰(zhàn)模式。多彈協(xié)同系統(tǒng)可以依據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)以及具體的戰(zhàn)場環(huán)境選擇最佳的方案并搭載不同的作戰(zhàn)功能載荷，通過多枚導(dǎo)彈之間的聯(lián)合和協(xié)同，提高目標(biāo)打擊成功概率，從而獲得最大的作戰(zhàn)效能。

傳統(tǒng)的基于中心節(jié)點(diǎn)和信任環(huán)境的群彈系統(tǒng)一般采取“領(lǐng)彈-從彈”模式，存在一定的問題，一是系統(tǒng)缺乏健壯性，中央節(jié)點(diǎn)（領(lǐng)彈）是整個(gè)系統(tǒng)的“瓶頸”，如果該節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障、遭到損毀或受到干擾，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。二是需要各從彈不斷將自身狀態(tài)與探測到的信息傳送到中央節(jié)點(diǎn)，這對彈群通信鏈接的可靠性提出了很高的要求。三是所有的計(jì)算集中在領(lǐng)彈，計(jì)算量大，求解復(fù)雜度高，對于大規(guī)模復(fù)雜問題消耗的時(shí)間長，并且難以找到最優(yōu)解。具體來講，在組網(wǎng)方面，采取有中心網(wǎng)絡(luò)，抗毀重組能力弱、環(huán)境適應(yīng)能力差；在加密方面，難以解決跨指揮網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)、彈群網(wǎng)的信任問題；在判斷決策方面，采取基于完整信息和可信節(jié)點(diǎn)的共識機(jī)制,可能難以求解;在智能化方面，多采用的是地面遙控或有限的自動(dòng)程序，智能化程度還不高。鑒于上述問題，這類系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能在實(shí)際對抗條件下將存在較大疑問。針對這些問題，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢，本文擬重點(diǎn)探討軍事領(lǐng)域中基于區(qū)塊鏈的導(dǎo)彈蜂群協(xié)同制導(dǎo)機(jī)制。

1 區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢

# #1.1 比特幣與區(qū)塊鏈的關(guān)系# #

區(qū)塊鏈技術(shù)出現(xiàn)以來，由于其在非信任環(huán)境下具有安全、抗毀、容錯(cuò)、優(yōu)化、自動(dòng)等優(yōu)勢，引起了世界各國的高度重視，紛紛發(fā)布相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃，加大投入開展理論、技術(shù)、應(yīng)用的研究。然而，不少人認(rèn)為，區(qū)塊鏈技術(shù)只適合以比特幣為代表的金融領(lǐng)域，并不適合向其他領(lǐng)域拓展,在軍事領(lǐng)域應(yīng)用更是無稽之談。究其原因，主要是將比特幣等同于區(qū)塊鏈。實(shí)際上，區(qū)塊鏈?zhǔn)侵伪忍貛诺幕A(chǔ)技術(shù)架構(gòu)，而比特幣是區(qū)塊鏈迄今為止最成功的一種應(yīng)用，不應(yīng)當(dāng)把二者劃等號。具體來講，區(qū)塊鏈包括公有鏈、私有鏈、聯(lián)盟鏈等，而比特幣采用的是公有鏈的模式；比特幣網(wǎng)絡(luò)基本是完全去中心化的，不同領(lǐng)域類型的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)可以采取不同的中心化程度；比特幣的加密方法、共識機(jī)制、智能合約是根據(jù)數(shù)字貨幣特定需求定制的，比特幣的性能是效能與效率平衡的結(jié)果，滿足的是數(shù)字貨幣的需求。而各行業(yè)可以依據(jù)自身業(yè)務(wù)需求定制優(yōu)化。因此，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N技術(shù)，更是一種機(jī)制、一種模式，甚至是一種思維和觀念。就軍事應(yīng)用來講，區(qū)塊鏈技術(shù)也具有很強(qiáng)的契合性。

# #1.2 區(qū)塊鏈技術(shù)的核心要義# #

區(qū)塊鏈技術(shù)的核心可以概括為可信、可靠、自主、自治?？尚欧矫?，P2P對等網(wǎng)絡(luò)抗毀容錯(cuò)特性保證了網(wǎng)絡(luò)可信，共識機(jī)制和智能合約保證了決策可信，分布式記賬、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、密碼技術(shù)保證了數(shù)據(jù)可信；可靠方面，抗毀性實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)防丟失、防破壞，安全性為數(shù)據(jù)防篡改、防竊取提供了手段，正確性確保了數(shù)據(jù)的真實(shí)性和完整性；自主是由其自動(dòng)化和智能化保證的；自治則集中反映在其去中心和去信任化等特征當(dāng)中。

# #1.3 基于區(qū)塊鏈的蜂群作戰(zhàn)模式開辟協(xié)同打擊的新模式# #

就導(dǎo)彈蜂群協(xié)同作戰(zhàn)體系而言,區(qū)塊鏈技術(shù)的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：一是去中心化集體維護(hù)提高了系統(tǒng)的魯棒性。蜂群基于分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，無中心節(jié)點(diǎn)，無固定的領(lǐng)彈（即記帳節(jié)點(diǎn)），通過集體維護(hù)避免對中心節(jié)點(diǎn)的過度依賴，不會(huì)由于單一節(jié)點(diǎn)或少數(shù)節(jié)點(diǎn)失能導(dǎo)致整個(gè)體系崩潰，從而有效提高了蜂群的抗毀重組能力。二是去信任化提高了復(fù)雜對抗環(huán)境下蜂群系統(tǒng)的適應(yīng)性和可用性。未來作戰(zhàn)對抗環(huán)境異常復(fù)雜，爭奪首先在信息領(lǐng)域展開并貫穿作戰(zhàn)過程始終。為安全起見，在非信任環(huán)境下，往往采取“寧可錯(cuò)殺一千，絕不放過一個(gè)”的策略，在保證信息安全的同時(shí)，也往往會(huì)使己方作戰(zhàn)決策成為無源之水、無本之木，難以為繼。例如，美軍《聯(lián)合出版物3-12：網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)條令》（JointPublication 3-12：CyberspaceOperations）指出，如果指揮團(tuán)隊(duì)對部分?jǐn)?shù)據(jù)或網(wǎng)段不信任，就應(yīng)當(dāng)放棄使用整套數(shù)據(jù)和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)（Whenthe staff perceives that they cannot trust data on a network, orsegment of the network, they should stop using thenetwork/segment）,這種做法其實(shí)是不恰當(dāng)?shù)摹Ｔ趯?shí)際的作戰(zhàn)環(huán)境中，存在非信任造成的復(fù)雜性與系統(tǒng)高安全性的悖論：既有敵方干擾破壞，也有作戰(zhàn)環(huán)境影響，既有己方可靠性因素，也有己方操作失誤或誤操作。這種情況下，如果對數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)的要求過于苛刻，往往可能無數(shù)可用，無網(wǎng)可通、無法決策，最終貽誤戰(zhàn)機(jī)。區(qū)塊鏈技術(shù)和模式的引入，為解決這一難題提供了可行途徑。三是分散式?jīng)Q策提高了復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性和決策的科學(xué)性。蜂群根據(jù)即時(shí)戰(zhàn)場態(tài)勢，通過競爭機(jī)制選擇最合適的節(jié)點(diǎn)作為臨時(shí)領(lǐng)彈進(jìn)行信息融合，融合結(jié)果在全網(wǎng)進(jìn)行驗(yàn)證達(dá)成共識，從而保證了感知信息的準(zhǔn)確性、一致性和完整性。另外，區(qū)塊鏈共識機(jī)制還具有不完全信息條件下決策的基本特征。四是自動(dòng)化執(zhí)行提高了系統(tǒng)的自治性和自主性。蜂群通過共識機(jī)制完成信息融合、任務(wù)分配后，區(qū)塊鏈中各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以基于智能合約機(jī)制自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。隨著人工智能技術(shù)的引入，將實(shí)現(xiàn)由基于腳本的程序化模式向基于算法的智能化模式轉(zhuǎn)變。五是獨(dú)特的加密機(jī)制和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的安全性和可信性。鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了信息的不可逆、可追溯、不可篡改。共識機(jī)制可有效剔除惡意節(jié)點(diǎn)。哈希等加密算法等則可以解決跨網(wǎng)絡(luò)數(shù)字證書的一致性問題。

2 基于區(qū)塊鏈的技術(shù)解決方案

基于區(qū)塊鏈的導(dǎo)彈蜂群的主要特點(diǎn),一是無中心的,彈群無固定的領(lǐng)彈，每個(gè)導(dǎo)彈作為平等的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，共享信息、共享全局知識。二是自主的,彈群在受領(lǐng)任務(wù)后,可不依托地面指揮控制實(shí)施自治行動(dòng)。其主要技術(shù)難點(diǎn)是在對抗環(huán)境下，基于環(huán)境多變造成的狀態(tài)不確定性和導(dǎo)彈編隊(duì)高速飛行帶來的實(shí)時(shí)性等約束條件，可靠有效地進(jìn)行信息融合、在線決策、任務(wù)分配和協(xié)同打擊。其作戰(zhàn)應(yīng)用場景：

（1）導(dǎo)彈蜂群協(xié)同面臨瞬時(shí)多變的即時(shí)作戰(zhàn)環(huán)境。敵我對抗環(huán)境具有自演變性：惡意節(jié)點(diǎn)攻擊手段具有不確定、對我方探測信息的干擾形式具有多重性、對彈間通信網(wǎng)絡(luò)破壞具有全方位性，對彈群區(qū)塊鏈的安全性提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

（2）導(dǎo)彈蜂群協(xié)同對時(shí)延要求嚴(yán)格。區(qū)別于比特幣網(wǎng)絡(luò)十分鐘出一個(gè)區(qū)塊，一小時(shí)達(dá)成確認(rèn)的機(jī)制，導(dǎo)彈飛行速度快、戰(zhàn)場態(tài)勢變化快，導(dǎo)彈蜂群需及時(shí)形成唯一的區(qū)塊鏈，對各節(jié)點(diǎn)之間的同步性要求高。

（3）導(dǎo)彈蜂群協(xié)同通信環(huán)境具有動(dòng)態(tài)性。比特幣區(qū)塊鏈主要在靜態(tài)環(huán)境下穩(wěn)定通信，而導(dǎo)彈蜂群協(xié)同受制于高速飛行的導(dǎo)彈和變化的彈群編隊(duì)，其通信具有不穩(wěn)定性特征。作戰(zhàn)概念如圖1所示。

圖1基于區(qū)塊鏈的導(dǎo)彈蜂群協(xié)同作戰(zhàn)概念圖 # #2.1 技術(shù)框架# #

區(qū)塊鏈分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈。導(dǎo)彈蜂群協(xié)同制導(dǎo)區(qū)塊鏈采用聯(lián)盟鏈的方式，假設(shè)蜂群中同時(shí)存在故障節(jié)點(diǎn)和惡意節(jié)點(diǎn)，新加入節(jié)點(diǎn)需要驗(yàn)證和審核。聯(lián)盟鏈這種共識可信的協(xié)同系統(tǒng)可應(yīng)對強(qiáng)干擾、不可信、高動(dòng)態(tài)等復(fù)雜飛行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自治協(xié)同。

一般來講，區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)自下而上由網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、共識層、激勵(lì)層、合約層和應(yīng)用層組成。其中，激勵(lì)層主要出現(xiàn)在公有鏈中，公有區(qū)塊鏈為了讓更多節(jié)點(diǎn)自愿加入并承擔(dān)任務(wù)，往往采用基于經(jīng)濟(jì)手段的激勵(lì)機(jī)制?；诼?lián)盟鏈的導(dǎo)彈蜂群協(xié)同對象單一、各節(jié)點(diǎn)利益一致，構(gòu)成封閉的應(yīng)用生態(tài)。因此導(dǎo)彈蜂群區(qū)塊鏈技術(shù)架構(gòu)中不包含激勵(lì)層。導(dǎo)彈蜂群區(qū)塊鏈體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2基于區(qū)塊鏈的導(dǎo)彈蜂群作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

# #2.2 網(wǎng)絡(luò)層##

網(wǎng)絡(luò)層底層由傳輸信道和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)組成，封裝了P2P組網(wǎng)協(xié)議、數(shù)據(jù)傳播模型和身份驗(yàn)證機(jī)制等，主要完成節(jié)點(diǎn)身份認(rèn)證、節(jié)點(diǎn)接入和區(qū)塊鏈組網(wǎng)控制。區(qū)塊鏈傳輸信道主要基于無中繼的彈間數(shù)據(jù)鏈，如采取天基衛(wèi)星中繼方式，中繼衛(wèi)星應(yīng)采取多模方式，便于組成無中心網(wǎng)絡(luò)，使之具備強(qiáng)抗毀重組能力。

蜂群協(xié)同區(qū)塊鏈組網(wǎng)方式有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式，靜態(tài)方式即導(dǎo)彈發(fā)射前確定所有組網(wǎng)參數(shù)，蜂群在空中聚集后自動(dòng)入網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)是組網(wǎng)簡捷快速，缺點(diǎn)是應(yīng)變性弱。動(dòng)態(tài)組網(wǎng)是導(dǎo)彈發(fā)射前，指定種子節(jié)點(diǎn)，確定組網(wǎng)規(guī)則，在飛行中，逐個(gè)入網(wǎng)、自主組隊(duì)、動(dòng)態(tài)管理，其優(yōu)缺點(diǎn)與靜態(tài)方式基本相反。本文重點(diǎn)描述動(dòng)態(tài)入網(wǎng)方式。這種網(wǎng)絡(luò)存在種子節(jié)點(diǎn)，第二個(gè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過種子節(jié)點(diǎn)認(rèn)證后可以加入網(wǎng)絡(luò)；后續(xù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入時(shí)，采用種子節(jié)點(diǎn)授權(quán)+多數(shù)表決的身份認(rèn)證體制，其主要過程如下：

（1）參數(shù)預(yù)置。導(dǎo)彈發(fā)射前，地面指揮中心為所有待發(fā)射導(dǎo)彈分發(fā)身份ID和身份證書，通過火力諸元裝訂后存儲于首個(gè)區(qū)塊。

（2）動(dòng)態(tài)編組。導(dǎo)彈起飛后，首飛節(jié)點(diǎn)作為種子節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)按照約定條件依序加入。

步驟1：節(jié)點(diǎn)i向種子節(jié)點(diǎn)發(fā)送請求，廣播其通過私鑰加密的身份ID、身份證書以及公鑰，種子節(jié)點(diǎn)收到后利用公鑰解密，與存儲的身份證書認(rèn)證一致后，授權(quán)節(jié)點(diǎn)i入隊(duì)。

步驟2：其他節(jié)點(diǎn)依次向已入隊(duì)節(jié)點(diǎn)發(fā)送入隊(duì)請求，各節(jié)點(diǎn)授權(quán)后廣播，若超過2/3的節(jié)點(diǎn)認(rèn)證通過則入隊(duì)成功，隨即更改蜂群組網(wǎng)參數(shù)信息。

（3）出隊(duì)管理。蜂群飛行中按照約定時(shí)間或條件進(jìn)行握手確認(rèn)身份，當(dāng)存在部分節(jié)點(diǎn)失聯(lián)或非法節(jié)點(diǎn)入侵時(shí)，按照群飛組隊(duì)原則棄用該節(jié)點(diǎn)，斷開通信，更新蜂群組網(wǎng)參數(shù)信息。

組網(wǎng)過程如圖3所示。

圖3基于區(qū)塊鏈的導(dǎo)彈蜂群動(dòng)態(tài)組網(wǎng)過程

# #2.3 數(shù)據(jù)層##

數(shù)據(jù)層采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并使用非對稱加密算法保證數(shù)據(jù)的可追溯和不可篡改。根據(jù)協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)的特點(diǎn)，蜂群協(xié)同制導(dǎo)所維護(hù)的信息包括目標(biāo)探測信息、節(jié)點(diǎn)導(dǎo)航信息、目標(biāo)融合信息以及融合信息的共識結(jié)果。數(shù)據(jù)層的信息被組織成為默克爾樹（MerkleTree）結(jié)構(gòu)。默克爾樹結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)信息的快速可信交互和驗(yàn)證，并大幅減少節(jié)點(diǎn)的存儲空間。

? ?2.3.1 數(shù)據(jù)加解密? ?

數(shù)據(jù)通信傳輸均為密文傳輸，各節(jié)點(diǎn)對傳輸信息使用私鑰加密，其他節(jié)點(diǎn)使用公鑰解密。記為節(jié)點(diǎn)i的待發(fā)送信息內(nèi)容，則加密后發(fā)送的信息為：

（1）

其中表示使用私鑰對信息的數(shù)字簽名。

當(dāng)其他節(jié)點(diǎn)接收到節(jié)點(diǎn)i發(fā)送來的信息時(shí)，從區(qū)塊中尋找節(jié)點(diǎn)i的證書，并提取其公鑰，進(jìn)行解密：

（2）

式中，為使用公鑰對數(shù)字簽名進(jìn)行解密的驗(yàn)證函數(shù)。如果result等于消息內(nèi)容，則說明發(fā)送信息合法。

? ?2.3.2 區(qū)塊頭數(shù)據(jù)格式? ?

區(qū)塊數(shù)據(jù)包括區(qū)塊頭和區(qū)塊體數(shù)據(jù)，區(qū)塊頭是進(jìn)行數(shù)據(jù)索引、節(jié)點(diǎn)身份認(rèn)證等功能的數(shù)據(jù)載體，除前一區(qū)塊哈希值、時(shí)間戳、生成節(jié)點(diǎn)地址外，還包括目標(biāo)數(shù)量，用于對區(qū)塊中目標(biāo)數(shù)據(jù)所占內(nèi)存進(jìn)行管理。蜂群協(xié)同數(shù)據(jù)鏈的區(qū)塊頭格式見圖4。

圖4蜂群數(shù)據(jù)區(qū)塊頭格式

? ?2.3.3區(qū)塊體數(shù)據(jù)格式? ?

2.3.3.1節(jié)點(diǎn)證書數(shù)據(jù)

節(jié)點(diǎn)證書數(shù)據(jù)為射前存儲的信息，作為身份管控以及信息來源校驗(yàn)的依據(jù)。

2.3.3.2探測信息單元數(shù)據(jù)

探測信息單元數(shù)據(jù)主要包括數(shù)據(jù)標(biāo)記、探測信息和節(jié)點(diǎn)導(dǎo)航信息，信息以目標(biāo)為存儲對象單元進(jìn)行存儲。

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)記

數(shù)據(jù)標(biāo)記是指探測信息單元的屬性，包括目標(biāo)數(shù)量、生成節(jié)點(diǎn)標(biāo)識，用于數(shù)據(jù)管理。

（2）探測信息

對于可見光、紅外和雷達(dá)等不同體制的傳感器，其探測信息均可以抽象為測距、測角信息和目標(biāo)類型、尺寸等屬性信息。

（3）

式中N，K分別表示節(jié)點(diǎn)編號和融合次序編號。t代表探測時(shí)刻，tid為目標(biāo)編號，sensor描述傳感器信息描述，如探測概率PD等性能。其他信息包括相對距離、俯仰視線角、方位視線角，目標(biāo)類型和目標(biāo)幾何尺寸（長寬）和信號強(qiáng)度。

（3）導(dǎo)航信息

導(dǎo)航信息指節(jié)點(diǎn)N生成探測信息時(shí)刻節(jié)點(diǎn)位置和速度，記為。

2.3.3.3投票信息

投票信息是指蜂群中記賬節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)塊鏈信息寫入的認(rèn)證記錄。記賬節(jié)點(diǎn)將融合信息廣播至蜂群后，獲取各節(jié)點(diǎn)的投票，過2/3通過后則確認(rèn)信息入鏈。投票信息以節(jié)點(diǎn)為存儲對象，包含投票節(jié)點(diǎn)、投票結(jié)果、投票內(nèi)容，同時(shí)為便于合約層數(shù)據(jù)調(diào)用，投票信息還包含投票節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)航信息。

# #2.4 共識層# # ? ?2.4.1 共識過程? ?

導(dǎo)彈蜂群區(qū)塊鏈共識機(jī)制主要包括競爭機(jī)制和驗(yàn)證機(jī)制，競爭機(jī)制用于選出記帳節(jié)點(diǎn)，即臨時(shí)領(lǐng)彈，進(jìn)行目標(biāo)信息融合和任務(wù)分配，驗(yàn)證機(jī)制用于對臨時(shí)領(lǐng)彈身份和傳輸信息正確性進(jìn)行確認(rèn)?；趦煞N機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息融合的最大共識性和共識結(jié)果的記錄防篡改。本文提出基于權(quán)益證明POS（Proofof Stake）的“隨機(jī)指派機(jī)制RPOS（RandomProof of Stake）+實(shí)用拜占庭容錯(cuò)PBFT（PracticalByzantine FaultTolerance）”的混合共識算法。RPOS算法主要是解決共識算法的速度問題，根據(jù)節(jié)點(diǎn)編號通過隨機(jī)算法產(chǎn)生具有記賬權(quán)的節(jié)點(diǎn)。而PBFT算法主要解決惡意節(jié)點(diǎn)剔除問題[7]。其基本過程是：在即時(shí)戰(zhàn)場環(huán)境下，最先探測到目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)，發(fā)起記賬，各節(jié)點(diǎn)對目標(biāo)關(guān)鍵信息（如類型、位置、速度、航向、參數(shù)等）進(jìn)行投票，形成共識后，再根據(jù)概率隨機(jī)算法選出記賬節(jié)點(diǎn)，即臨時(shí)領(lǐng)彈。記賬節(jié)點(diǎn)按照智能合約融合形成目標(biāo)屬性和目標(biāo)航跡信息后，發(fā)起對信息融合結(jié)果的投票，根據(jù)投票數(shù)形成最終的目標(biāo)信息融合結(jié)果。具體如下：

步驟1：信息更新請求

當(dāng)節(jié)點(diǎn)i首先探測到目標(biāo)信息后，全網(wǎng)廣播，廣播信息包括：節(jié)點(diǎn)地址、信息探測時(shí)間戳、節(jié)點(diǎn)探測信息、節(jié)點(diǎn)導(dǎo)航信息；同時(shí)采用隨機(jī)算法，選出集群中的某一節(jié)點(diǎn)j作為記賬節(jié)點(diǎn)，并全網(wǎng)廣播。

步驟2：信息融合

節(jié)點(diǎn)j收到節(jié)點(diǎn)i的任命后，根據(jù)鏈上最新的目標(biāo)融合信息、節(jié)點(diǎn)i探測信息、自身探測到的目標(biāo)信息和導(dǎo)航信息，按照智能合約進(jìn)行融合得到新的目標(biāo)融合信息。

步驟3：發(fā)起投票

節(jié)點(diǎn)j將目標(biāo)融合信息廣播至蜂群中其他節(jié)點(diǎn)，廣播信息包節(jié)點(diǎn)j和節(jié)點(diǎn)i的探測信息與導(dǎo)航信息，最新目標(biāo)融合信息，表達(dá)為

（3）

步驟4：進(jìn)行投票

導(dǎo)彈蜂群各節(jié)點(diǎn)收到投票信息后，將臨時(shí)領(lǐng)彈融合的信息與自身探測和融合結(jié)果進(jìn)行比對，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)融合信息進(jìn)行可信性校驗(yàn)，一致則通過校驗(yàn)給與認(rèn)證，隨即將認(rèn)證信息進(jìn)行全網(wǎng)廣播。投票信息包括投票節(jié)點(diǎn)、投票結(jié)果和擬投票信息，表達(dá)為

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

步驟5：區(qū)塊鏈更新

蜂群各節(jié)點(diǎn)對收到的投票信息進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)且僅當(dāng)節(jié)點(diǎn)j獲取的認(rèn)同票數(shù)大于2/3時(shí)，節(jié)點(diǎn)j所發(fā)起的目標(biāo)融合結(jié)果有效，然后節(jié)點(diǎn)j將目標(biāo)融合信息Tar_cor(j，K)以及相應(yīng)的單點(diǎn)探測信息、寫入?yún)^(qū)塊鏈，更新目標(biāo)信息。

? ?2.4.2 競爭機(jī)制? ?

競爭機(jī)制是選取記賬節(jié)點(diǎn)完成信息融合的過程，信息一致性要求競爭結(jié)果唯一性。但是，理論上存在多個(gè)探測節(jié)點(diǎn)同時(shí)探測到目標(biāo)，也就是存在同時(shí)選出多個(gè)記賬節(jié)點(diǎn)j情況，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生類似比特幣區(qū)塊鏈雙花問題。為避免此情況，采用基于信息熵的權(quán)益證明選出唯一記賬節(jié)點(diǎn)。各節(jié)點(diǎn)從多個(gè)候選節(jié)點(diǎn)集合{j}中投票選出目標(biāo)識別信息熵最大的節(jié)點(diǎn)為最終記賬節(jié)點(diǎn)。記目標(biāo)類別信息為，其熵值表示為：

? ? ? ? ?（6）

信息熵代表確定性的量度，熵越大表明節(jié)點(diǎn)所融合到的確定信息越多?；谧畲箪氐耐镀痹瓌t，保證蜂群各節(jié)競爭結(jié)果唯一性。

? ?2.4.3 校驗(yàn)機(jī)制? ?

校驗(yàn)機(jī)制是確保信息可靠的方法，包括信息來源校驗(yàn)和信息內(nèi)容校驗(yàn)。

（1）信息來源校驗(yàn)

信息來源校驗(yàn)體現(xiàn)在投票和計(jì)票過程：

（a）投票過程。投票信息進(jìn)行公鑰解密后，與節(jié)點(diǎn)j身份認(rèn)證信息一致。

（b）計(jì)票過程。各節(jié)點(diǎn)確認(rèn)記賬節(jié)點(diǎn)j發(fā)起的投票結(jié)果有效：一是各節(jié)點(diǎn)的投票結(jié)果，與其投票內(nèi)容是一致的，二是投票節(jié)點(diǎn)的身份正確。

（2）信息內(nèi)容校驗(yàn)

信息內(nèi)容的校驗(yàn)則包括對融合計(jì)算的校驗(yàn)、目標(biāo)航跡校驗(yàn)和目標(biāo)屬性校驗(yàn)。融合計(jì)算校驗(yàn)是指各節(jié)點(diǎn)使用相同的信息融合算法完成對探測信息、導(dǎo)航信息的校驗(yàn)并與融合信息對比，一致則信息正確。目標(biāo)航跡校驗(yàn)是指通過航跡關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)不同傳感器所探測航跡的關(guān)聯(lián)。目標(biāo)屬性校驗(yàn)，則是各節(jié)點(diǎn)通過融合信息中目標(biāo)分類概率與自身探測的分類概率進(jìn)行互斥性排除，排除后即可確認(rèn)。

# #2.5 合約層# #

合約層封裝了以算法和腳本形式定義的一系列約定，合約參與方可以通過相應(yīng)的機(jī)制，執(zhí)行這些約定的相關(guān)協(xié)議，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈的業(yè)務(wù)邏輯。導(dǎo)彈蜂群區(qū)塊鏈合約層的主要功能，一是進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)、多傳感器探測信息的自動(dòng)融合，二是按照毀傷要求和攻擊模式約束，進(jìn)行制導(dǎo)律協(xié)同量的計(jì)算與分配。由此實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈蜂群在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的自主智能交戰(zhàn)。

? ?2.5.1 多節(jié)點(diǎn)、多傳感器目標(biāo)信息融合? ?

記賬節(jié)點(diǎn)（領(lǐng)彈）選出后，自動(dòng)觸發(fā)智能合約進(jìn)行信息融合。協(xié)同探測的任務(wù)中，待融合信息主要是指不同體制傳感器探測到感興趣區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)信息，見式（3）。目標(biāo)信息融合采用點(diǎn)跡級融合，融合時(shí)綜合區(qū)塊鏈上最新融合結(jié)果、新探測的目標(biāo)信息和節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)航信息Nav（N，K），融合功能相當(dāng)于分層目標(biāo)分類器。目標(biāo)信息融合可通過信息圖形式清晰表達(dá)信息流和信息結(jié)構(gòu)間的變遷。如圖5所示。

圖5目標(biāo)信息融合示意圖

融合信息包括目標(biāo)位置信息（P）、速度信息（V）以及目標(biāo)類型、幾何信息，表達(dá)形式為：

（7）

記融合符號為，則有：

（8）

對于目標(biāo)位置、速度等連續(xù)動(dòng)態(tài)量，采用基于卡爾曼濾波的協(xié)方差估計(jì)的融合算法。對于目標(biāo)類型、幾何尺寸等靜態(tài)識別量，具有非確定性特點(diǎn)，采用基于貝葉斯概率估計(jì)的融合算法。以目標(biāo)識別為例，方法如下：

（9）

其中，

為區(qū)塊鏈上最新融合信息中的目標(biāo)分類后驗(yàn)概率，為累積的探測信息，為節(jié)點(diǎn)最新探測信息中的目標(biāo)分類后驗(yàn)概率，為先驗(yàn)概率。

? ?2.5.2 制導(dǎo)律協(xié)同量的計(jì)算與分配? ?

智能合約的分布式部署，使蜂群成為一個(gè)分布式控制系統(tǒng)，蜂群中各節(jié)點(diǎn)部署相同的制導(dǎo)律。單個(gè)節(jié)點(diǎn)的智能合約部署原理如圖6。

圖6單個(gè)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同制導(dǎo)智能合約部署原理

導(dǎo)彈蜂群在完成對探測目標(biāo)共識判斷，融合結(jié)果上鏈?zhǔn)录詣?dòng)觸發(fā)智能合約，根據(jù)全向攻擊或攻擊時(shí)間約束等模式，調(diào)用合約規(guī)則，自動(dòng)生成各節(jié)點(diǎn)的制導(dǎo)律協(xié)同量計(jì)算和分配，協(xié)同各節(jié)點(diǎn)完成飽和打擊任務(wù)。智能合約數(shù)據(jù)流向示意見圖7。

典型的智能合約采用可編程技術(shù)定義自動(dòng)化運(yùn)行腳本。蜂群協(xié)同制導(dǎo)的合約層引入人工智能算法，能夠讓合約具有一定的智能進(jìn)化能力。合約規(guī)則以對抗效果和毀傷要求為目標(biāo)，基于各導(dǎo)彈能量約束，合約腳本調(diào)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和異質(zhì)多種群蟻群算法完成制導(dǎo)律協(xié)同量實(shí)時(shí)自動(dòng)指派。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)在地面訓(xùn)練好后發(fā)射前寫入智能合約，如圖8。

導(dǎo)彈蜂群協(xié)同制導(dǎo)規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)為：

（10）

式中為規(guī)劃目標(biāo)數(shù)量，、分別為時(shí)間協(xié)調(diào)、攻擊角度不同造成的毀傷效果；為任意兩枚導(dǎo)彈擊中目標(biāo)的時(shí)間間隔，表示區(qū)間長度，為目標(biāo)類型。

規(guī)劃約束為導(dǎo)彈數(shù)量、目標(biāo)數(shù)量、可達(dá)性和導(dǎo)彈能量，見式（11）。

（11）

上式表示子集群所分配的目標(biāo)和任務(wù)均應(yīng)當(dāng)滿足Vi子集群的可攻擊域。

圖7智能合約與區(qū)塊鏈交互

圖8三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

各節(jié)點(diǎn)收到智能合約的協(xié)同量后按如下制導(dǎo)律進(jìn)行全向攻擊和同時(shí)間到達(dá)目標(biāo)導(dǎo)引。導(dǎo)彈節(jié)點(diǎn)i的制導(dǎo)律為：

（12）

式中、、分別為比例導(dǎo)引加速度指令、攻擊方位協(xié)調(diào)指令、時(shí)間協(xié)調(diào)指令。其中：

? ? ? ? ?（13）

其中、分別為速度方位角和終端入射方位角要求，、為制導(dǎo)系數(shù)，為導(dǎo)彈i的剩余估計(jì)飛行時(shí)間，為二元函數(shù)，反映通信網(wǎng)絡(luò)的連接情況。，在t時(shí)刻，當(dāng)節(jié)點(diǎn)j至節(jié)點(diǎn)在通信連接時(shí)，，否則取?。

# #2.6 應(yīng)用層# #

導(dǎo)彈蜂群協(xié)同制導(dǎo)區(qū)塊鏈應(yīng)用面向協(xié)同探測、協(xié)同決策、協(xié)同干擾、協(xié)同突防和協(xié)同攻擊等蜂群協(xié)同各環(huán)節(jié)。區(qū)塊鏈運(yùn)行于各導(dǎo)彈的彈載計(jì)算機(jī)上，與導(dǎo)引頭、彈載計(jì)算機(jī)和地面規(guī)劃系統(tǒng)存在信息交互，應(yīng)用層有對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化總線通信接口和軟件接口。同時(shí)，針對導(dǎo)彈節(jié)點(diǎn)入群和離隊(duì)管理，應(yīng)用層具有身份認(rèn)證端口。

3 效能預(yù)估 # #3.1 區(qū)塊鏈性能分析# #

針對區(qū)塊鏈技術(shù)中存在的蒙代爾不可能三角，即三元悖論，對本方案的安全性、去中心化和實(shí)時(shí)性進(jìn)行仿真分析。

（1）安全性

區(qū)塊鏈引入了非對稱加密算法后，運(yùn)行的主要風(fēng)險(xiǎn)是記賬人作弊的風(fēng)險(xiǎn)，在比特幣中被稱為雙花問題。假定惡意節(jié)點(diǎn)需要產(chǎn)生Z個(gè)區(qū)塊，才可使得偽造的區(qū)塊鏈成為最長鏈，同時(shí)假設(shè)惡意節(jié)點(diǎn)偽造區(qū)塊鏈的增長服從泊松分布，即泊松分布期望值為：

那么惡意節(jié)點(diǎn)成功篡改數(shù)據(jù)的概率為：

式中，q——可信節(jié)點(diǎn)權(quán)益； p——惡意節(jié)點(diǎn)權(quán)益。

上式可見，對于惡意節(jié)點(diǎn)持有權(quán)益小于可信節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，惡意節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的分叉存活概率指數(shù)衰減。惡意節(jié)點(diǎn)偽造長度為Z的區(qū)塊鏈的概率仿真結(jié)果見圖4-1所示。由圖可見，隨著偽造區(qū)塊鏈長度增長，惡意節(jié)點(diǎn)成功概率指數(shù)衰減；隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)增加，惡意節(jié)點(diǎn)偽造區(qū)塊鏈成功難度加大。當(dāng)蜂群節(jié)點(diǎn)數(shù)大于10，惡意節(jié)點(diǎn)偽造成功5個(gè)以上區(qū)塊的概率小于5%。

（2）去中心化

共識機(jī)制設(shè)計(jì)時(shí)，通過RPOS+PBFT共識算法選出記賬主節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均擁有概率均衡的記賬權(quán)?；嵯禂?shù)被廣泛應(yīng)用于評估社會(huì)貧富分化問題，引入基尼系數(shù)衡量區(qū)塊鏈去中心化程度，評估各節(jié)點(diǎn)所占權(quán)益比重的均衡程度。基尼系數(shù)越小，節(jié)點(diǎn)權(quán)益分配越平均?；嵯禂?shù)為：

式中 N為記賬候選人總數(shù)；為記賬候選人持有權(quán)益的平均值；為記賬候選人j所持有的權(quán)益。

基尼系數(shù)的仿真結(jié)果見圖10。圖中表明，本方案的共識機(jī)制實(shí)現(xiàn)了各節(jié)點(diǎn)競爭記賬的權(quán)益均衡，基尼系數(shù)小于一般要求的最大值0.3，沒有出現(xiàn)某個(gè)節(jié)點(diǎn)占較重權(quán)益的情況。

圖9惡意節(jié)點(diǎn)篡改概率

圖10基尼數(shù)隨節(jié)點(diǎn)數(shù)變化

（3）實(shí)時(shí)性

由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系對區(qū)塊傳播時(shí)間影響較大，較難得到傳播時(shí)間的解析式，通過仿真可估算出區(qū)塊傳播全網(wǎng)所需時(shí)間。區(qū)塊傳播全網(wǎng)時(shí)間包括記賬節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)發(fā)送區(qū)塊所需時(shí)問、其他節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證時(shí)間和記賬節(jié)點(diǎn)全網(wǎng)廣播時(shí)間，如下式所示：

式中，S為區(qū)塊的容量；B為網(wǎng)絡(luò)帶寬；k為驗(yàn)證所需時(shí)間的統(tǒng)計(jì)系數(shù)。為記賬結(jié)果傳播所需時(shí)間。

區(qū)塊在網(wǎng)絡(luò)中傳播所需要時(shí)間仿真見圖11。從仿真可知，區(qū)塊傳播時(shí)間受節(jié)點(diǎn)數(shù)和區(qū)塊大小影響，通過進(jìn)行區(qū)塊大小和節(jié)點(diǎn)數(shù)平衡設(shè)計(jì)，其傳播時(shí)間可以滿足蜂群協(xié)同的制導(dǎo)需求。

圖11區(qū)塊傳播時(shí)間

由上述初步仿真結(jié)果可見，導(dǎo)彈蜂群區(qū)塊鏈的設(shè)計(jì)，突出了非信任環(huán)境下的可信協(xié)同環(huán)境構(gòu)建，其去中心化、實(shí)時(shí)性與安全性可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)指標(biāo)匹配，能夠適應(yīng)導(dǎo)彈蜂群作戰(zhàn)的要求。

##3.2 典型任務(wù)仿真##

以5枚導(dǎo)彈協(xié)同攻擊目標(biāo)組合為仿真場景，目標(biāo)組合包含一個(gè)真目標(biāo)1#和2個(gè)假目標(biāo)（2#、3#）。探測信息融合結(jié)果如圖12所示，不同節(jié)點(diǎn)對目標(biāo)1#的觀測結(jié)果受相對位置、視線角影響存在誤差如圖（a）、（b）所示，圖中“1”代表識別為真實(shí)目標(biāo)，“0”代表識別為假目標(biāo)。共識后蜂群排除單點(diǎn)探測信息誤差，融合后結(jié)果見圖（c），目標(biāo)信息融合提高了目標(biāo)識別正確性；基于融合結(jié)果分配的各導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)見圖（d），圖中各導(dǎo)彈節(jié)點(diǎn)8s后均向真實(shí)目標(biāo)1#目標(biāo)導(dǎo)引。

（a）1、2、4#導(dǎo)彈觀測1#目標(biāo)結(jié)果

（b）1、3、5#導(dǎo)彈觀測1#目標(biāo)結(jié)果

（c）共識融合后結(jié)果

（d）各導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)分配

圖12導(dǎo)彈協(xié)同探測結(jié)果

按照智能合約分配的同時(shí)到達(dá)和全向攻擊的制導(dǎo)律協(xié)同量，各節(jié)點(diǎn)以較好精度滿足約束條件要求。表1給出了同時(shí)到達(dá)任務(wù)的各節(jié)點(diǎn)攻擊時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果，各節(jié)點(diǎn)到達(dá)時(shí)間均控制在28s時(shí)刻，最大偏差不超過1s。全向攻擊任務(wù)各節(jié)點(diǎn)飛行軌跡見圖12，蜂群對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了多角度攻擊，攻擊角度覆蓋-72.28~73.27°。

表1各節(jié)點(diǎn)飛行時(shí)間統(tǒng)計(jì)

（a）多方位協(xié)同飛行軌跡

（b）目標(biāo)攻擊角度曲線

圖13多方位角度協(xié)同攻擊仿真結(jié)果

典型場景仿真結(jié)果表明，蜂群中各節(jié)點(diǎn)通過共識算法，克服了單點(diǎn)單手段探測的缺陷，有效提升了蜂群目標(biāo)識別的準(zhǔn)確性?；趨^(qū)塊鏈的協(xié)同機(jī)制，按照智能合約規(guī)則分配制導(dǎo)律協(xié)同量，各節(jié)點(diǎn)依靠分布式的協(xié)同制導(dǎo)律，可以順利地完成協(xié)同攻擊任務(wù)。

4 結(jié)束語

區(qū)塊鏈基于云計(jì)算、無中心自組網(wǎng)、密碼學(xué)、人工智能等多種領(lǐng)域的新技術(shù)進(jìn)行集成創(chuàng)新，創(chuàng)造了新的組織形式、新的決策機(jī)制和新的計(jì)算范式，可以預(yù)見“區(qū)塊鏈+”已經(jīng)成為繼“互聯(lián)網(wǎng)+”、“人工智能+”后，人類經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、軍事領(lǐng)域中一種新的發(fā)展趨勢。通過本文的分析和仿真可以看到，區(qū)塊鏈技術(shù)對蜂群自主作戰(zhàn)系統(tǒng)的需求具有很強(qiáng)的契合性，對這類系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的提升在技術(shù)上的優(yōu)勢顯而易見。下一步，需要在異構(gòu)節(jié)點(diǎn)區(qū)塊鏈和多區(qū)塊鏈跨鏈應(yīng)用上進(jìn)一步研究探索，以使基于區(qū)塊鏈的軍事系統(tǒng)更具適應(yīng)性和實(shí)戰(zhàn)性。

審核編輯 ：李倩