区块链技术在航空航天中的应用

航空航天业涉及复杂的技术环节、遍布全球的供应链以及各种敏感信息，在技术、效率、质量和零件供应等领域面临诸多风险。区块链具有高安全、不可篡改和去中心化特征，可以降低维护成本，提高可用性，有望为航空航天业提供更加灵活、可靠和高效的解决方案。本文简要介绍了区块链在航空航天领域的应用状况。

从核心意义上说，区块链是一个维护和记录数据的系统，它支持多方通过一个统一、共享的、互惠的数据账本进行操作，各方无需单独保存记录。区块链的核心特征主要包括不可篡改、可审计、去中心化、自动化、安全性，以及成本效益。

比特币在没有任何银行背书情况下大行其道，这深深触动了航空航天部门的参与者：能否在可信机构和交易成本、安全，以及效率之间实现新的共赢？区块链消除了传统的中心化信任机构，取而代之一种能够在速度、成本和安全方面都带来改善的去中心化模型，为航空航天业提供了新机会。其优势主要体现在以下几方面：

透明性：区块链可以开放，也可以私密。开放区块链无需许可即能查看交易历史，而封闭或许可区块链可以在组内或企业内实现透明性和可审计性。

效率：区块链可以实现业务流程的自动化，提高组织效率。

隐私：密钥和数据的去中心化改善了区块链的隐私和访问控制。

新产品与服务：区块链对航空航天业的最大好处是可以带来新的产品与服务模式，例如，将单一运营方的卫星转变为多重支持卫星，或者借助开源组网标准与区块链共享资源（地面站网络）。

在航天领域中区块链的一些主要应用包括：

全球导航卫星系统。GNSS可以用于那些需要认证地理参考和时间戳的交易数据，例如：带有地理和时间标签的照片；为土地所有权转让加盖时间戳；以及用于供应链管理的资产跟踪和追溯。

卫星通信。卫星通信可以将区块链服务的覆盖范围扩展到地面通信基础设施受限或缺乏的地区。卫星通信还可以传输区块链数据流（例如交易请求和确认、区块链分发），且无需进行特定处理。此外，引入具有成本效益、低延迟和广泛覆盖的超级星座以及5G网络，可以更好地支持用户以经济高效且及时的方式访问区块链，并独立于地理位置实施无缝交易。

对地观测（EO）。通过引入智能合约，对地观测可以为各种应用提供关键信息，有助于加强相关利益方之间的信任。在保险领域，对地观测图像可以用于评估洪水和火灾造成的损失，然后自动触发理赔处理。对于供应链管理，对地观测可以监视油箱容量，对大型停车场的汽车进行计数，或提供有关资产的位置和状态信息。对于公用事业管理，对地观测数据可以提供与可再生太阳能、风能、水和其他能源生产相关的气象参数。

卫星发射。新的太空时代即将来临。SpaceX、Blue Origin、Cloud Constellation等私营商业公司纷纷涉足航天发射。区块链技术有助于应对新的复杂性，例如合同、订单跟踪、零件组装、装运、设计和测试文档、测试结果数据、近实时数据、审批工作流、审核、启动和控制等。

分布式卫星星座可以整合关键资源，如地面站、空间网络、通信网络、星上流程等，是完成复杂太空任务的最具成本效益的方案。但这一方式可能面临用户超量预订资源并在最后时刻释放而无法及时重新分配未使用资源所造成的超载局面。美国航天局（NASA）阿姆斯研究中心与戈达德航天飞行中心开发了“分布式太空任务管理”技术，将航天器运行软件移植到分布式智能合约上，让用户以分布式、自动化的方式索取资源。这样，即使在一个NASA不能控制所有资源的联合系统中，区块链也能以经济高效的方式实现资源联合。

图1给出了一种NASA基于智能合约的受控活动的场景。其中区块链通过TDRSS或铱星每小时同步一次（100 kb/s）。用户请求监视大湖区（用户A）和海面（用户B）赤潮。用户A与用户B具有不同的用户版权，用户A可以得到原始数据和数据产品，用户B得到的是选择的可以公开发布的数据产品。

NASA认为将人工智能和区块链技术进一步整合，将使传感器网络变得更加高效和灵敏。图2给出了NASA利用智能合约与机器学习实现星座优化的场景：用户提交智能合约；资产根据用户的数据版权，自行调度数据和数据产品；随后，由机器学习分配星座资源，从而优化图像输出并实现用户成本最小化；用户提供所需的时间限制和位置；在区块链中记录成像行动的成功和失败（审计跟踪）；机器学习通过审计跟踪不断学习和提高。

SpaceChain公司提供了一种与其他组织形成合作伙伴的、去中心化的空间架构——“SpaceChain”。它包含了一组智能硬件，并利用SpaceChain OS操作系统安装在卫星上。

首个SpaceChain区块链节点卫星于2018年2月发射。2018年3月，Spacechain在其SpaceChain操作系统上完成了一种开源区块链应用平台“Qtum”。

通过与多家航天公司合作，SpaceChain为原本只有单一运营商的卫星提供了多重支持能力。而区块链则在多种航天应用之间提供了一种高度安全的“沙盒”。如此，用户就可以在单一卫星上开发不同类型的应用，从而使昂贵的卫星资源得到最大化利用。

SpaceChain还希望建立一种社区激励模型，利用令牌，像门票一样，上传并执行空间应用，并将数据存储在SpaceChain网络上。

航空业一直存在一些“痛点”，包括原材料配置、多级供应链可见性、质量、验证货源、人机认证、软件生命周期管理等。埃森哲公司的调查显示，其关键在于使用不可靠数据破坏了决策流程。区块链可以通过经过验证的数据，创建统一的“事实源”，为航空业提供了一种新颖、渐进且安全的解决方案，优化了零件跟踪、防伪打假以及维护能力。2019年美国航空工业协会（AIA）白皮书指出，区块链可以支持一系列航空业务，参见表1。以下简要介绍区块链在航空业的一些应用。

表1 区块链支持的航空业务

对于MRO和飞机运营商而言，区块链是提高效率的一种手段。它为供应链上的各方提供有关飞机上各个零件的准确、实时数据，还有助于实现飞机效用最大化。

埃森哲已启动了自己的区块链平台。管理者通过这一平台可以选择需要维护的飞机，定义要执行的工作，访问飞机维护历史。其时间表得到了显著优化。2019年5月GE航空与Microsoft Azure合作，在其供应链中开发区块链。而德国汉莎航空公司也打造了自己的航空区块链计划——“BC4A”。BC4A汇集了整个区块链和航空业的技能和专长，可用于平台开发和训练。

研究显示，运营商和MRO供应商将受益于区块链技术的效率。而从长远来看，安全、透明和不可篡改的维护记录也将为航空业带来多方面的改善。

航空业的乘客数量预期仍将增长，提高现有基础设施和流程的效率可能比提高吞吐量更重要。SITA公司试运行了一种“FlightChain”。这是一个基于区块链技术的权限控制系统，可以为航空公司、机场和边境管制部门提供有关航班和延误的实时信息。

乘客识别也是区块链用于航空领域区的一个重要机会。SITA IT Insight报告显示89％的机场和86％的航空公司认可区块链在识别旅客方面的优势，尤其是区块链与生物识别技术结合。2019年10月，迪拜机场宣布，将逐步采用生物识别技术，并对生物识别进行“标记化”，将令牌存储在区块链中，以取代纸质护照。

阿联酋航空与区块链技术合作伙伴Loyyal的Skywards计划也成功试点。该试验旨在更有效吸引新合作伙伴，并为会员提供实时更新。新的区块链系统减少了复杂的后台功能，可以优化航班验证以及里程服务。

2019年8月，阿提哈德航空宣布与瑞士Winding Tree合作，以通过区块链显示其库存。它将航空公司直接与零售商联系起来。阿提哈德航空与加拿大航空、法航、荷航和汉莎航空一起加入了该平台，该平台甚至有望颠覆旅行预订行业，使消费者受益。

美国从2020年1月1日起启用广播式自动独立监测（ADS-B）系统，它会公开飞机的身份和位置等状态信息，从而引发公众对隐私的担忧。NASA 阿姆斯研究中心提出了一种“航空区块链基础设施”（ABI）原型，借助区块链网络和智能合约技术，重新实现航班的隐私性和匿名性，同时提供安全有效的空中交通服务和运营支持，并与其它获得授权的实体通信。

“航空区块链基础设施”（ABI）采用了“超级账本”（hyperledger fabric）和智能合约技术，允许公开控制与授权、或进行私密的数据共享。ABI基于一个软件平台，该软件平台允许某些数据在所有参与者之间共享，而其他数据则受到保护且只能在适当条件下被选定的实体看到。图3展示了一种利用区块链缓解通信信道的概念性设计。它通过一种称为“Chaincode”的智能合约，在飞机与地面空管服务和其他支持服务之间适当传递信息。其中，军用飞机可能会向非军事实体（ATC除外）隐瞒其信息。

埃森哲和法国泰勒斯公司推出了一种“基于区块链的配置管理”技术，该解决方案旨在重新组织整个供应链中的配置，从而有助于跟踪、追溯并证明来源。该技术引入单一和共享的供应链视图，支持OEM厂商、供应商和运营商之间的安全协作和流程协调，可以帮助领域专业人士有效开展工作。原型基于Linux，由“超级账本”支持，将物联网、区块链和泰勒斯提供的其他创新技术融为一体，在2019年巴黎航展上进行了演示。

2018年4月埃森哲发布的研究报告显示，区块链可以与“数字双胞胎”一起使用（“数字双胞胎”本质上是现有实物资产的数字副本）。通过将其与物联网技术集成，副本可以在对基础物理资产进行更改时进行自我修改。将这一思想扩展到数据流时，就拥有了所谓的“数字线程”。这意味着来自“数字双胞胎”的数据可以转移到组织外部，并由制造商与供应商、合作伙伴和运营商共享。这种副本为客户提供了附加值，并成功集成了信息系统。而这最大的潜在好处就是开发了新的收入来源。

埃森哲发布的《航空航天与国防技术愿景》报告中显示，到2021年，有86％的航空航天或国防公司希望在三年内将区块链纳入其系统。在18个行业中，航空航天在区块链计划中排名第3。

2019年7月，AB Digital在COMTEX大会上发布预测指出，航空航天和国防市场的全球区块链预计将从2018年的7.156亿美元增长到2025年底的81.3亿美元，复合年增长率（CAGR）为41.60 ％。

区块链技术应用已延伸到数字金融、物联网、智能制造、供应链管理、数字资产交易等多个领域。航空航天领域在区块链应用方面拥有良好基础，未来高速发展可期。