區塊鏈:區塊鏈如何保護宇航員在太空漫游時不被宇宙碎片撞到？_ASA

本文來自?Hackernoon，原文作者：MonicaHernandez，由Odaily星球日報譯者Katie辜編譯

新的宇宙紀元已經到來，我們見證著新興事物的涌現和太空任務先進的技術發展。這種科技進步大爆發對太空研究，旅行和探索達到里程碑階段的進度和效率有著深層的影響。

政府和國際空間站與私人公司和研究機構一直保持合作。由于高昂的費用和技術復雜性，太空領域的發展是多方合作且涉及多方利益。我了解第一手信息，是因為2017年我在阿斯特拉火箭公司擔任全球溝通經理一職，我的工作內容重點是發展太空運輸中的先進等離子電力推進技術。

從小我就對宇宙深深地著迷。太空預示著冒險，它給我們展現了文明社會發展里需要解決的一些復雜的挑戰。當前全球太空生態系統正在逐步發展，太空中網絡安全的傳統模式是保護國家安全相關敏感信息和加強中心化計算服務器和基于云端的架構。隨著基于對等網絡的基礎設施的廣泛應用，人們開始尋求避免造成失誤方法。最近我在研究政府和私人企業的太空合作在區塊鏈上的發展。

六周的時間，我和來自全球的區塊鏈愛好者，學生和專家一起參與了首屆區塊鏈學員班，并一起學習了企業區塊鏈基礎課程。整個課程先后由區塊鏈中心的金融科技學校和GregoryLaBlanc教授組織。

在我的調查過程中，我了解到區塊鏈作為一項激動人心的新興太空技術一點也不落后于其它技術。區塊鏈是去中心化的分類記賬技術，這項技術可提供所有權記錄，并將數據傳輸到單個共享的真實來源，而不是集中式總賬。

湖北省區塊鏈技術創新研究院獲批組建:金色財經報道，湖北省區塊鏈技術創新研究院獲批組建。該研究院由武漢大學牽頭，聯合中國地質大學（武漢）、湖北大學、湖北工業大學等省內高校及湖北郵電規劃設計有限公司等共同組建。該研究院將聚焦區塊鏈領域前沿技術研發，突破區塊鏈跨鏈通信技術、智能合約技術、安全保障技術、監管與隱私保護技術等區塊鏈核心關鍵技術，力爭通過3年的建設，在區塊鏈相關技術領域突破一批關鍵核心技術，形成100個知識成果，形成100個解決方案，培養1000位區塊鏈專業人才，建設10個創新平臺，建成10個公共服務平臺，培育10家企業，建成100個產學研合作項目。[2022/4/8 14:12:04]

準確地來說，數據區塊使用具有加密算法功能的哈希在鏈上有序地排列，這樣使得數據得以被追蹤和提供交易證明。如果鏈上的數據被篡改，計算機節點可以很快檢測到數據的不一致并拒絕交易達到網絡共識。

國家和私人研究機構正在一起探索太空領域的區塊鏈架構，特別是人造衛星。太空鏈區塊鏈公司提出通過眾籌開發開源元衛星。區塊鏈公司Blockchain建議運用人造衛星來發布關于比特幣區塊鏈的信息，從而減少比特幣對互聯網的依賴性。ConsensySpace發行了TruSat，一個基于區塊鏈的數據庫，功能是監測人造衛星的位置變化。

問題背景

關于區塊鏈技術的應用有一個比較特殊的實例就是太空碎片。人造物體的爆炸，相撞或在軌道上破裂都可以導致太空碎片的出現。根據體積和大小的情況，太空中高速運轉的碎片可以導致巨大的損害。太空碎片也可能讓人造衛星脫離軌道，對國際空間站ISS這些基礎設施造成影響，也可能對在太空行走的宇航員造成傷害。

SpaceChain成功執行首個太空多簽名區塊鏈交易:SpaceChain UK Limited（SpaceChain）今天宣布成功執行首個太空多簽名區塊鏈交易，標志著歐洲航天局（ESA）空間解決方案支持的一個重要里程碑的啟動活動完成。該交易由SpaceChain聯合創始人兼首席技術官Jeff Garzik完成。交易記錄已供公眾查閱。（PRNewswire）[2020/8/18]

截止至2020年二月，歐洲航天局就報道了有34,000塊直徑大于10厘米的物體在繞地球運行，和超過500次解體、爆炸和碰撞在近地軌道發生。近地軌道距離地面大約2000千米。近地軌道有大量的碎片聚集，重力也在地球重力范圍內。

地球同步軌道是在赤道以上離地球大約35,786千米的位置。不斷增加的通訊和天氣人造衛星讓同步軌道越受關注，因為地球同步軌道跟地球自轉的方向和周期一致。地球同步軌道上的太空碎片造成的危害是無法預估的。只有一部分成功發射了的人造衛星目前仍然在太空保持正常運行。為了加快網絡速度，越來越多的人造衛星被發射到太空。私人機構計劃發射上萬的衛星群，其中就包括SpaceX公司的Startlink網絡衛星，亞馬遜的的ProjectKuiper衛星和OneWeb衛星。

問題是我們如何用新興的技術管理聚集著人造衛星和太空碎片的地球軌道上的數據。從長期看，這是很難實施的。軌道上密集的物體會造成毀滅性的后果，特別重要的一點就是太空中的碎片是一種聚集的風險。大多研究機構和相關利益的各方協作又互相獨立管理太空碎片，包括但不僅限于美國航天局NASA，美國國防部太空碎片計劃，歐洲航天局和機構太空碎片協調委員會等。

蔡亮：區塊鏈研究型、底層開發型、應用復合型人才需求上漲:浙江大學區塊鏈研究中心常務副主任、浙江大學軟件學院副院長蔡亮教授接受央視新聞頻道采訪，表示：“今年新增了很多國家級項目，像中央網信辦的境內區塊鏈應用鏈上監管系統、科技部的國家重點研發計劃等等，另外，今年地方政府和央企也落地了很多區塊鏈的應用場景，例如智慧政務、數字身份、慈善捐助、商品溯源、司法存證、綠色能源等等，所以對于區塊鏈研究型人才、底層開發人才、應用復合型人才的需求明顯上漲。但是目前合格的存量區塊鏈人才僅占需求量的不到10%。”[2020/6/28]

實例1：NASA和研究員的研究

NASA將2018年的三年早期職業生涯教師獎項授予了俄亥俄州阿克倫大學教授。據新聞報道，這個獎項授予NASA的格倫研究中心基金，重點關注太空區塊鏈項目的研究。

研究計劃發展基于以太坊的架構，并應用于自主航天器上的認知計算、物聯網和機器學習等先進技術。自主航天器能夠監測，識別和躲避太空碎片，也能自動在外太空環境下執行任務。外太空的范圍超過了近地軌道和日月間位置。

作為政府組織，NASA與公眾分享了整個過程的發展細節和目前執行任務的狀態。關于整個研究的有趣最新內容將在一些技術報刊上可以閱讀到。WeiKocsis和其他研究員，包括NASA的全體員工在刊登的技術論文上也對此做了解釋。

“發展有效的以數據驅動的方法仍然是目前的挑戰，因為需要大量的數據和足夠的計算能力來處理數據。為了應對挑戰，需要一個去中心化、安全和保護隱私的編程范型在眾多分散和不可信且可能限制計算能力和計算智能的計算節點中實現異步協同計算過程。這個編程范型是為了開發區塊鏈、去中心化學習、同態加密和軟件定義的網絡技術而設計的。”

聲音 | 平安壹賬通區塊鏈產品總監：區塊鏈在大規模應用與部署上存在四大難題:據《國際金融報》報道，平安壹賬通區塊鏈產品總監趙達悅表示，當前區塊鏈技術在大規模的應用和部署方面存在四大難題，需要解決機構間數據隱私安全與共享、驗證間的矛盾，需要保證數據全程加密情形下維持系統高性能運行，需要做到區塊鏈系統的批量快速部署及支持應用系統快速上鏈。[2019/8/10]

WeiKocsis目前是普度大學的教授，在2019年Converge2Xcelerate會議上他分享了一些值得討論的見解。WeiKocsis強調了外太空計算能力和基于中心化的云端系統的機器智能的局限性。距離、碎片或輻射干擾對航天器是毀滅性的，會造成數據、通訊和判斷的延遲。

“如果在外太空有緊急情況發生，將會沒有足夠的時間能夠立即反映問題，也可能造成緊急情況發生。”WeiKocsis解釋道。

關于緊急情況的觀點在NASA的文件中得到了證實。文件列舉了太空碎片對國際空間站宇航員的影響，其中NASA的工程學院和工程重要部門APPLE寫道：

“有時候關于總體的評估和策略的執行沒有足夠的預警。舉例子，在2019年，國際空間站就經歷碰撞危險的紅色警告，意味著發生碰撞的風險大于萬分之一。因為沒有充足的時間去執行躲避碰撞的命令，如果國際空間站被碎片擊中，宇航員將進入Suyuz航天器躲避危險，這樣宇航員才有生存的可能。”

WeiKocsis在會議討論到：“有限的燃料和基于云端和中心化計算架構的存儲記憶是在外太空維持太空任務的關鍵挑戰。多方組織、機構和相關利益各方在信任問題上也一直存在挑戰。”

聲音 | 螞蟻金服副總裁蔣國飛：區塊鏈提前進入商用時代有三點原因:據速途網報道，螞蟻金服副總裁蔣國飛認為，區塊鏈提前進入商用時代，首先得益于技術能力的進步，系統性能越來越成熟;其次是開放技術引發群體加速創新;第三是與行業標桿合作刺激了滾雪球效應。[2018/9/20]

“太空的航天器不止有NASA所屬的還有其他國家的。這也意味著會有惡意競爭的存在，我的意思是值得相信的組織會比較少。”

從這個意義上講，信任問題仍然是需要解決的問題。復雜的去中心化區塊鏈分類總賬可以通過其它級別的應用程序解決問題，比如智能合約。

智能合約是電子交易，是區塊鏈網絡比如以太坊上的程序化執行。如果滿足必需條件，交易過程的執行和實施就得到保障。WeiKocsis和研究員PraveenFernsndo在智能合約上擴展了他們的工作。

“在我們計劃的網絡方案中，我們通過以太坊的智能合約確保自動化和安全性。”

雙方研究員都聲稱提交了關于這些技術的臨時專利申請。區塊鏈網絡上有共同數據來源，因此多方建立的內部激勵將會提前運行這些自動執行的智能合約。這些可計算的合約將根據具體目的被程序化。當前，還沒有單一的可信數據來源。關于獨立人造衛星和太空碎片的混雜數據反映了繁瑣的技術和政策問題。

作為我研究的一部分，我從合約法律角度看智能合約中令人驚嘆和深層次的細節問題。和ExMachina合約中，Kevinwerbach和NicolasCornell教授解釋說：

“智能合約和其它電子協議的關鍵區別就是執行問題。一旦計算機覺得滿足必要條件，就會自動執行以數據為導向或可計算的合約。從電子化發展到以數據和可計算合約為導向，這體現了機器自動化的趨勢。當計算機能夠快速代替人類在談判、形成、執行和實施合約的功能，合約就能在機器的一致允許下快速運行。軟件密碼執行前的步驟目前得到簡化，在一些情況下智能合約只是轉變問題而不是消除了問題。即使智能合約按照設計般執行，結果也可能達不到標準，在合作多方看來也是如此。或者考慮到經濟效率也達不到標準，因為這已經被固定化了。舉例子，不執行可能是最理想的結果，而關于效率的問題一直在改進。”

機器自動化的增加確實能夠管理和解決太空碎片的問題。太空碎片的管理可能是自動執行而不是機構和跨網絡之間起的作用。然而，從合約法律角度看未來的情景應用，可能會導致很多復雜問題的出現。舉例子，如何處理編碼中的錯誤。

Werbach和Cornell寫道：“即使區塊鏈的共識運行系統是可靠的，智能合約應用程序的運行也可能……”

管理自動化機器中根據不同目的編程的具有強制性的智能合約，其涉及的用途也會引起一些問題。過度依賴的自動化航天器也可能會失去控制。

2019年Converge2Xcelerate會議上，WeiKocsis講述了原型硬件的發展。

原型硬件使用基于區塊鏈的協議發展人造衛星。在NASA研究工作檢測階段使用工作量證明。工作量證明跟共識算法協議的類型有關，都必須達到協調交易的節點。WeiKorcsis提示在得到允許的區塊鏈上的協議授權證明上，其共識上需要得到授權的人批準交易生效，交易也可以重新被考慮。被授權的公鏈和私鏈上有重要的區別。公鏈和無權限的區塊鏈是不同的，比如比特幣的和以太坊的，公鏈和授權的區塊鏈是使用公共數據驗證。只有已驗證的用戶可以編寫和控制區塊鏈上的數據。公鏈和授權的區塊鏈的不同在于它們在識別管理認證用戶的工具等級不同，它們可以輪流閱讀和編寫數據。

實例2：BlockchainArmy公司

咨詢公司——BlockchainArmy的總部位于伊斯坦布爾和鹿特丹，其重點研究是運用區塊鏈技術解決太空碎片問題。在他們的官網上，BlockchainArmy計劃采用基于區塊鏈的碎片單獨管理平臺。在平臺上，機構以公開透明的方式將碎片進行分類列出。太空碎片在區塊鏈架構上的數字化將會減少協調數據和利益相關者之間溝通所需的時間。訪問太空碎片的數據將會受已授權公鏈的控制。這個架構將保護已通過驗證的用戶信息中有關國家利益的內容，也保持公共數據公開，確保能夠實時追蹤。

BlockchainArmy像WeiKocsis和其它研究員一樣，都計劃使用智能合約。這些智能合約將會自動化執行并通知合作方運行過程的風險。根據評估，移除掉所有太空碎片花費高達27億美元。這個數字和其它研究這個領域市場的預估花費相差不大。

未來已來

太空碎片的區塊鏈架構的使用是以新方式解決老問題。行業中的專家幾十年來一直在提醒我們優先考慮這個方法的必需性。專家的研究和解決方案和咨詢公司都對此持有相同的兩條主要原則。

第一條原則跟具有自我強制的智能合約有關，這是為了減少延遲和摩擦。把多方的信任問題轉變由基于技術堆棧的自動架構來解決。

第二條原則和各方利益相關者的大數據的完整和透明度有關。在區塊鏈公司里，太空碎片的數據完善越來越得到重視。由AratosGroup、區塊鏈2050BV、LTO網絡和英國SpaceChain公司組成的太空垃圾管理行動最近計劃運用區塊鏈技術識別和管理碎片。

還有其它重要的研究和包括NASA的人類航空飛行自動化航天器的探索和2019年NASA太空交通管理的區塊鏈白皮書。歐洲航天局的區塊鏈白皮書則采取保守態度并尋找地球觀測的方法。

關鍵要點

協調大量空間碎片的數據是迫在眉睫的事情。一些區塊鏈技術基礎屬性對上面提到的用例是適用的。區塊鏈技術的航空公司和機構的技術堆棧讓網絡替代變得可行。區塊鏈堆棧的多樣性由平臺層上的比如共識、算法、協議、規則和加密，應用層的智能合約，還有不同等級節點共同組成。用戶在太空任務、探索、碎片的驗證和移除上可能是有所貢獻的。

隨著區塊鏈技術不斷成熟，公共和私立的聯合組織將會更加關注太空區塊鏈的發展情況，這將不斷帶領我們走向未來。WeiKorcsis在2019年Conv2x會議上已經給了我們很多具有價值的建議。

“在我看來，計算技術的未來將會是一種合作的關系，人們需要對他們的數據保有所有權，讓他們的數據和計算智能變得有價值。計算技術的未來不僅僅是NASA的外太空研究。”

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