美国信息技术领域分布与技术潜能研究以美国国防高级研究计划局DARPA为例

贾珍珍

[摘 要] 以美国国防高级研究计划局（DARPA）为例，从DARPA对信息技术的领域分布、技术潜能与影响方面，对美国信息技术的发展情况进行探讨，并在最后提出信息技术对于我国军事技术发展的有关思考。

[关键词] 信息技术；国家安全；国防高级研究计划局

[中图分类号] B26 [文献标识码] A [文章编号] 1008—1763（2016）06—0118—04

Abstract：The US Defense Advanced Research Projects Agency （DARPA） was used as an example. from the fields of information technology distribution， potential technology in DARPA， the development of the US information technology was discussed， and the final related thinking about information technology for the development of China's military technology was proposed.

Key words： Information Technology； National Security； Defense Advanced Research Projects Agency （DARPA）

一 引 言

技术的发展与人们对世界的生存需求和适应发展是息息相关的。从为“延长手脚”而发展起来的材料技术，到为增强“手脚功能”而发展起来的能量技术，人们在适应和利用自然方面的能力不断提高。然而，随着技术的发展与社会的进步，升级“大脑功能”逐渐成为一种可能实现的愿望，在此需求之下，信息技术应运而生了。1946年2月14日，世界上第一台电子计算机“电子数字积分计算机”（Electronic Numerical And Calculator，ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学问世。计算机的信息处理能力，为人们打开了一扇通往“比特世界”的大门。1969年，美国国防高级研究计划局的前身ARPA（Advanced Research Projects）啟动了“ARPAnet”的网络系统项目，试图实现军事研究与电脑主机的信息交流，互联网的雏形随之诞生；1983年，ARPA进一步与美国国防部通信局合作，制定出TCP/IP网络协议，从此开拓出信息沟通的新空间。在计算机与互联网的普及下，信息技术已经发展成为一个受众庞大的产业。2015年9月9日-11日，DARPA举办了主题为“Wait，What”的首届“未来技术论坛”，旨在探讨其关注的以信息技术为核心的前沿技术，如大数据、人工智能、信息安全等[1]。期间，DARPA各领域的项目经理向包括美国国防部长阿什·卡特在内的美国政府高官、DARPA各领域主管以及相关科学家、工程师及创新者们介绍了DARPA正在或已经取得的技术突破，从而为美国信息技术的项目研制打下坚实基础。

二 技术领域：DARPA对信息技术的军事关注

1957年10月4日，苏联发射人类第一颗人造卫星“Sputnik-1”。由于当时正处在冷战的顶峰，美苏两国密切关注的即是彼此“重要敌人”军备的发展情况，而“Sputnik-1”的成功则无疑给美国带来了巨大的震撼。为避免再次出现这类对美国造成不利影响的技术突袭，同时确保其自身的技术优势，1958年2月，美国政府宣布成立高级研究计划局（Advanced Research Projects Agency），简称ARPA，即今天美国国防高级研究计划局的前身。作为美国国防部的直属性研究机构，DARPA始终坚持其“保持美国的技术领先地位，防止潜在对手意想不到的超越”的宗旨[2]，在推动和创造具有颠覆性影响的新技术和能力方面取得了重要突破，并为美国保持军事技术领先地位奠定了坚实的基础。2016年2月，在美国国防部公布的“2017财年预算申请”中，DARPA的科研经费预算占29.7亿美元，其中，信息技术领域（Mastering the information explosion）[3]，如大数据、网络安全等仍然是DARPA未来关注的重点领域，并代表着美军在未来战争中武器装备信息化程度的高低。从近期DARPA在信息技术方面的创新计划入手，可以将其信息技术领域概括为：信息感知领域、信息处理领域、计算技术领域、网络通信安全领域和电子战领域五个方面。

（一）信息感知领域

信息感知主要通过计算和分析技术，处理、获取由传感器、信息和通信系统所产生的大量数据，并将这些技术运用到情报、监视和侦查（Intelligence， Surveillance， and Reconnaissance， ISR）开发及语言处理系统中，实现行为分类、事件关联、趋势确定、异常发现及自动警报。[4] DARPA的信息感知领域计划包括：自适应雷达对抗、自主实时地面普适监视-红外、自主实时地面普适监视-成像系统、广泛业务语言翻译、社会媒体战略通信、文本深度挖掘和过滤技术、基于流的信息理论跟踪等。以“社会媒体战略通信” 计划为例，随着社交媒体的广泛应用，信息传播的速度正呈指数的形式增长。为利用信息的获取与共享取得军事上的优势，DARPA启动了“社会媒体战略通信”计划（Social Media in Strategic Communication， SMISC）[5]。SMISC计划的重点是通过对出现在社交媒体的信息流模式的研究，识别大众舆论的倾向，从而对舆论事件或舆论参与者进行分析。由此，美军利用SMISC的信息感知能力，能够判断出社交网络上不利于美军的信息来源与信息目的，进而为其军事战略的布局提供重要参考。

（二）信息处理领域

信息处理主要通过开发建模、仿真、可视化、知识管理、地理信息系统、语义网、社交网络、Web-2.0/3.0等先进的计算技术，并将这些技术应用于指挥系统，以提高信息在军事决策、规划、任务演习和作战支援中的应用。[4]DARPA的信息处理领域计划包括：自适应电子战行为学习、心理信号的检测和计算分析、持续凝视开发和分析系统、面向任务的弹性云、推进机器学习的概率编程、加密数据的编程计算、转型应用程序等。以“面向任务的弹性云”计划为例，信息技术的发展，使得战争克服了距离的制约，逐渐走向全维度、全频谱的战争时代，这也在客观上对战争提出了“分散布置、多向互动、异地同步”的战争要求。云计算技术将传统的工作站转移至“云”环境中进行处理，这在一定程度上满足了信息时代对战争的要求，但在计算中尚存的安全隐患问题也成为长期困扰美军各部门的“隐患”。DARPA开展的“面向任务的弹性云” 计划（Missionoriented Resilient， MRC）[6]重点在于通过检测、诊断云攻击并进行相应的反应，从而构建起云计算有效而安全的运行环境。

（三）计算技术领域

计算技术主要支持科学研究和实验涉及的计算模型和体制研究，以及推理计算和通信。[4] DARPA的计算技术领域计划包括：模拟逻辑、高产能计算系统、光子优化嵌入式微处理器、嵌入式计算技术的能效革命、普适高性能计算等。以“嵌入式计算技术的能效革命”计划为例，由于装备系统在功耗、尺寸、散热等方面的限制，信息采集的信息量往往远超信息系统所能处理的信息范围，这也造成某些潜在信息价值的浪费。为此，DARPA开展的“嵌入式计算技术的能效革命”计划（Power Efficiency Revolution for Embedded Computing Technologies， PERFECT）[7]重点在于通过采用新的功效处理技术，如近阈值电压处理技术、多机种聚点处理技术、高数据误码容错技术等，使得信息系统能够满足高效、节能的需求，从而为美军从巨量信息中提取有用信息带来重要价值。

（四）网络通信安全领域

网络通信安全主要通过开发更具可恢复性的计算和通信技术，创建全新的方法，以确保网络和计算机系统的安全。[4]网络通信安全领域计划包括：主动认证、多尺度异常检测、自动网络安全程序分析、网络防御、网络内部威胁、高可信度的网络军用系统、综合网络分析系统等。以“网络内部威胁”计划为例，在信息战中，军队的人员之间需要通过计算机、网络等通讯设备进行交流，但随着信息系统逐渐朝着“复杂巨系统”方向的迈进，网络节点、外部数据网络接口、军方设备内部接口中的威胁，如嵌入式系统中的后门、特洛伊代码的变体等也渐渐渗入系统之中。为此，DARPA开展的“网络内部威胁”计划（CyberInsider Threat， CINDER）[8]重点在于通过开发检测军事网络内部运行的新的方式，发现网络中的隐藏威胁，并形成干扰地方网络的操作能力，从而为美军赢得信息化战争胜利提供重要的技术支持。

（五）电子战领域

电子战主要通过开发自适应和可重构无线电体系构架，以及毫米波、亚毫米波等波段频谱的使用技术，以利于军事行动的有效开展。[4]电子战领域计划包括：自适应射频技术、深入探析模拟-信息转换、可多种存取的异构集成、高效线性全硅发射机集成电路、高频集成真空电子、微尺度等离子器件、太赫兹电子等。以“下一代氮化物電子技术”计划为例，高性能、RF和混合信号电子对于晶体管的截止频率有一定要求，通常是在200GHz以上，只有在极小的电压摆动与击穿电压条件下，某些晶体管才能达到以上速度。为消除截止频率的限制，DARPA开展的“下一代氮化物电子技术”计划（Nitride Electronic NeXt- Generation Technology， NEXT）[9]重点在于通过开发一种新型的氮化物晶体管技术，即同时具备极高的速度和较大的电压摆动，从而实现电子战中大型电路集成的运行能力。

三 技术潜能：信息技术对美军未来的影响

军事学家J.F.C.富勒曾说过：“手段，或者说武器，只要能发明出那些有威力的武器，就构成了胜利的99%。战略、指挥、统帅才能、勇气、纪律、补给、组织以及战争中其他所有的精神和物质要素，相对于武器的巨大优势而言，都不算什么。它们最多只构成整个可能性中的百分之一。”[10]富勒的这段话从某种程度上反映出技术对于战争成败的决定性作用。DARPA将眼光放置在那些极富创造力的有关信息技术的项目研制上，由于风险的存在，有的项目在最初阶段甚至看不到任何明显的价值，但可预见，如果这一项目取得技术突破，它将对现有的技术研发带来革命性的影响。从技术潜能上而言，信息技术对美军未来的影响可以归纳为：确保国家安全能力；重塑科技优势力量；引领未来战争样式。

（一）确保国家安全能力

随着苏联“Sputnik-1”的成功升空，人类进入太空时代的序幕由此拉开，这使得位于大洋彼岸的美国陷入到无尽的忧虑之中，并开始思考起“避免类似状况再次发生”的应对措施，而DARPA便是当时艾森豪威尔政府其中所做的一项重要举措。在信息技术领域，如ARPAnet、卫星定位、微小型接收机、图表算法、集成电路、用户/服务器结构、人工智能和通信方面的研究。可以说，这个机构无论是从时间跨度还是横向对比来看，总能取得一次又一次让世界为之惊叹的技术突破，并以技术的绝对优势维护着国家的安全。

当人类迈入信息时代，信息技术以其摧枯拉朽之势推动世界的发展，改变人类的生活时，它所潜在的漏洞也使得不确定性的威胁变得更加突出。[11]为此，DARPA的网络计划在确保国家安全方面做出了显著贡献。一方面，DARPA正在开发新技术，改变目前采用的“检测和补修”模式，[12]这就为有效避免信息攻击，维护网络系统安全提供了重要保障；另一方面，战术作战环境下的网络应用问题也是DARPA当前研究的重点，这对于战争的模拟与控制有着重要影响。可见，从军备竞赛时期的技术突袭，到和平时期的技术引擎，再到如今信息时代的技术安防，DARPA在确保国家安全上的作用从未减弱。

（二）重塑科技优势力量

作为世界上科技最发达的国家之一，美国的军事实力和威慑力在很大程度上依赖于其技术的创新突破。然而，信息技术的发展与全球化的推动，使得美国的科技优势不再如从前般明显。这种现象在信息技术上表现得尤为典型。一方面，许多信息产品的元件在美国以外制造与加工，这在一定程度上造成了信息技术的安全隐患；另一方面，信息的开放性与流通性使得其他国家也有可能通过特殊途径获得领先技术，并用于信息技术的创新研究。

为此，DARPA致力于颠覆性技术的研发与新的国家技术能力的生成，从而为美国在技术的应用与时间的占有上取得优势。在项目研究的探索上，DARPA从不同的途径采纳建议：DARPA内部的技术团队；国防部咨询小组（如国防科学委员会和各军种科学委员会）的建议；工业界或学术界的建议，官方发布的公告（Broad Agency Announcements）或公开的工业会议（如DARPATech）；国际技术调研；DARPA或其他研究计划的突破性成果；用来引入新理念的小型研究和项目等。通过对研究项目的探索，以及信息技术基础设施的建设，DARPA为技术创新的突破创造了有利条件，进而为重塑美国科技优势力量带来希望。

（三）引领未来战争样式

纵观人类战争史，从古代冷兵器时代，到近代热兵器时代，战争所呈现出来的一个基本特征即是彻底的暴力性。具体而言，它们在军事上的主要目标是消灭敌方作战力量（包括敌方的有生力量与物质基础）；在政治上的主要目标是以暴力的方式将己方的政治意志强加给敌方，并在最大程度上摧毁敌方原有的政治体系；在经济上的主要目标是尽可能地掠取敌方的资源。信息时代的战争已不能完全归纳为“流血牺牲”或“攻城掠地”，在战略的层面上，它所追求的主要是磨灭敌方发起战争或者继续进行战争的意志；在战役层面上，它所追求的主要是扰乱敌方进行战争决策的流程与程序；在战术层面上，它所追求的主要是破坏敌方战争依托的信息体系。

在信息战的问题上，DARPA不拘泥于传统武器装备技术与平台的研究，而是将探索的重心放在未来作战能力的提高上，具体表现在：一是关注颠覆性的技术研发。DARPA在“改变游戏规则”上的影响可以说是由来已久。从早期的隐身飞机技术，到后来的导航技术和通信技术，作战人员今天所依靠的信息技术与信息体系大部分都与DARPA的创新研究有关。二是关注协同性的技术研发。现代战争的复杂性，使得单一的作战能力早已无法在战争中提供持续的优势，而通过分层叠加和多技术集成的方式，则有可能产生出新的跨域协同作战能力。近年来，DARPA注重对一些跨域协同作战的新概念技术的创新研发，这种研究打破了传统的陆、海、空域之间的界域，为美军在未来战争中突破对手作战防线，实现“反介入/反区域”提供重要的战略保障。三是关注适应性的技术研发。未来战争充满着不确定性，而在不确定的环境里，适应性可以说是至关重要的。对此，DARPA在进行技术研发的过程中，注重装备系统的“易于升级”和“适时变化”，从而确保其研发成果在未来复杂环境中发挥出最大的效能。

四 启示：信息技术对我国军事

技术发展的思考

如今，在以信息优势为主要争夺焦点的大国博弈中，信息安全问题已跃升为关乎国家安全的战略问题；“制信息权”亦被各国视作占领技術竞争高地的制胜法宝。2014年2月27日，习近平主席在“中央网络安全和信息化”领导小组第一次会议上强调：“没有网络安全就没有国家安全，没有信息化就没有现代化。”可见，信息技术对于国家安全战略布局有着重要影响。为此，我们可以从信息前沿技术的研发、信息技术体制的保障以及信息政策法规的完善三个方面对国家安全视域下的信息技术进行相关思考。

（一）信息前沿技术的研发

信息前沿技术的前瞻性与创新性，使其一旦取得突破，便极有可能发展成为具有“颠覆效应”的新型装备，进而对未来军事变革带来挑战。长期以来，美军注重信息化战争和未来发展需要，在信息技术、生物交叉技术、空间技术以及新概念陆海空平台等新兴信息前沿技术的研发方面都走在世界的前列。目前，我军武器装备尚处于机械化信息化复合发展阶段，与DARPA相比，信息前沿技术的研发依然存在较大差距。为此，我们应增强危机感和紧迫感，突出信息前沿技术研究的重要地位，加快抢占未来发展战略制高点的步伐；密切关注世界科学技术发展最新动向，及时分析梳理前沿技术发展的方向重点；进一步加大前沿技术研究的投入，在协调推进国防科技各个领域整体发展的同时，优先安排若干能够有效震慑强敌的信息前沿技术研究，力争取得重大突破。

（二）信息技术体制的保障

信息技术颠覆性效果的发挥，离不开超越传统框架束缚的体制保障。在机构的设置上，DARPA专门设有信息技术领域的技术办公室（最多时设有三个信息技术类办公室）。目前，DARPA除专门设有信息创新技术办公室（Information Innovation Office，I2O）外，国防科学办公室（Defense Sciences Office， DSO）、战略技术办公室（Strategic Technology Office， STO）、微系统技术办公室（Microsystems Technology Office， MTO）等也都安排有信息技术领域的研发项目。目前，我国科技体制改革的各项任务正加快推进，并初见成效。据统计，2015年，我国科技进步贡献率达55.1%，国家创新能力世界排名提升至第18位。[13]这为我国信息技术的创新发展创造了有力条件，但在取得进步的同时，我们也应该看到我国科技体制中依然存在的不足，如行政管理比例偏重，忽视科研的质量和科学意义；产学研结合不通畅，技术产业化的水平偏低；学术交流欠缺，研究条块分割等。因此，我们应汲取DARPA在科技体制上的优点，切实完善我国信息技术体制的保障体系。

（三）信息政策法规的完善

政策法规对于技术的发展具有重要的指导和约束作用。自2003年以来，DARPA每两年制定发布一版《战略规划》，指导其研发方向与重点。在最近一版《战略规划》中，DARPA确定的八大战略重点中，“稳健、安全、自组织网络”、“探测、精确识别、跟踪和摧毁隐蔽的目标”、“地下设施的探测、表征和评估”、“降低作战支持人员的比例”都与信息技术密切相关；九项核心基础技术中，信息基础技术、量子科技、生物、信息、微电子也都属信息技术范畴。同时，美国国会、联邦政府和最高法院通过发布立法、行政命令及判例的方式，构筑起信息安全治理的完整法律体系。[14]目前，我国在信息技术方面的政策法规建设与西方发达国家相比还存在差距，如有关信息技术的规范与界定方面的法律；有关政府、企业、社会机构等的信息公开方面的成型法律；有关保护与限制信息流通问题的规定等都还尚缺或不足。因此，在有关信息技术的创新研制中，我们必须加强信息技术的政策与法律研究，建立其国家信息安全的政策法规体系，从而为信息技术的发展提供重要保障。

[参 考 文 献]

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