软件定义战争中文初译

2022年9月 软件定义战争 构建美国国防部向数字时代转型架构 作者 NandMulchandani JohnN.T.“Jack”Shanahan 国际战略研究中心战略技术项目报告 关于CSIS 战略与国际研究中心(CSIS)是一个两党合作的非营利性政策研究组织，致力于提出实用的想法，以应对世界上最大的挑战。 普利兹克在2015年被任命为国际战略研究中心董事会主席，接替前美国参议员萨姆纳恩(民主党)。 CSIS成立于1962年，由JohnjHamre领导，自2000年起担任总裁和首席执行官。 CSIS的目标是定义国家安全的未来。我们遵循一套独特的价值观——无党派、独立思考、创新思维、跨学科学术、诚信和专业精神，以及人才发展。国际战略研究中心的价值观一致致力于使现实世界产生影响的目标。 国际战略研究中心的学者们将他们的政策专业知识、判断力和强大的网络用于他们的研究、分析和建议。我们组织会议、出版、演讲和媒体露面，旨在增加相关利益相关者和感兴趣的公众对政策问题的知识、认识和突出性。 当我们的研究有助于为关键决策者的决策和关键影响者的思考提供信息时，CSIS具有影响力。我们致力于实现一个更安全、更繁荣的世界的愿景。 国际战略研究中心不采取具体的政策立场；因此，在此表达的所有观点应被理解为仅仅是作者的观点。 2022年由战略与国际研究中心。保留所有权利。 致谢 这份报告是通过对国际战略研究中心的普遍支持而成为可能的。没有直接的赞助商对这份报告做出贡献。 战略与国际研究中心1616罗德岛大道，NW华盛顿特区，DC20036 202-887-0200|www.csis.org 目录 引言4 关闭杀伤链，进入竞争对手的OODA循环7 数据中心架构的经验教训8 概念：规模架构9 概念：消除单点故障10 概念：虚拟化11 概念：低成本商业硬件和无状态终端12 设计理念：为仪器设计13 概念：模拟，试验，验证13 设计理念：为失败而设计，还混乱的猴子自由14 概念：在边缘建立自主和自动化14 概念：将开发环境与生产集成15 聚合16 软件定义战争的核心系统架构17 结论19 关于作者20 尾注20 引言 2011年8月20日，马克安德里森（MarcAndreessen）发表了《为什么软件正在吞噬世界》（WhySoftwareIsEatingtheWorld”）1.在这篇开创性的文章发表以来的十年里——科技产业的永恒——出现了新一代的“数字本土”公司，迫使行动缓慢的企业破产。科技已经吞噬了整个世界，也吞噬了自己的世界。 美国军队被认为是世界上最好的军队。由于预算超过了排名其后的10支军队的总和，国防部的开支、装备和训练都超过了竞争对手。它也是起步于工业时代，以硬件为中心的组织，拥有“最大，最多，最好”的军事资本投资：坦克，船舶，飞机，不一而足。不幸的是，在今天的世界，硬件是“老派”：低利润，需要制造获得，储存，运输和消费。在折旧和过度的磨损之后，硬件被报废成零件，或者最终被扔进垃圾场。 军方的硬件系统用来包裹多层金属，保护脆弱的人类，这些人在火力和极度压力下操作机器，计划和命令另一群人，他们盯着屏幕，通过PowerPoint和Excel整合信息。美国国防部取得了令人难以置信的成就；尽管它在许多方面表现卓越，它与几乎所有其他联邦机构都有一个共同特征，即严重落后于商业软件行业的最新技术水平——从后台自动化功能到向客户提供数字作战服务，无所不包。 在正常情况下，像美国国防部这样的组织会成为企业家和投资者“破坏”的巨大目标(这是“破产”的委婉说法)。幸运的是，它垄断了国家的作战职能，这使它躲过了通常形式的市场竞争。 图片来源：PhotoMedia/ClassicStock/GettyImages 然而，这种垄断也是许多最严重问题的根源，这些问题涉及到美国国防部未能采用新技术，未能改变其遗留的工作流程和程序，未能设计和试验新的作战概念。在美国政府内部，美国国防部没有经历残酷的资本主义达尔文式优胜劣汰的旅程。 现在的组织需要面对着饥渴的新创业公司，有可能被挤到角落——新创业公司以全新的基础技术取而代之，顶着“新国防部”的帽子。同样问题重重的是，庞大的国防部官僚机构正在努力进行定期的“技术更新”，这种更新对商业成功起到了重要作用。虽然国防部与美国经济内部的市场竞争隔绝，但它也不能免受政府以外的革命性、长久性和广泛性的技术变革的影响，更不能免受与世界各地其他军队竞争的威胁。要么国防部改变自己，要么其竞争对手将迫使它改变——那就是亡羊补牢了。 美国要想在未来保持其主导地位——这并不能保证一定会实现——国防部需要一种新的设计和架构，使其能够更加灵活、按需扩大规模，并能动态地适应不断变化的条件。而且它必须以极低的成本来提供关键服务。这项努力的核心是改变人类在信息和决策环中的角色，以及在终点的角色:提高速度、准确性、规模和技术，以扰乱、迷惑和压制对手，防止他们以其人之道，还治其人之身。美国国防部的系统要支持更快的决策和执行速度；允许快速更新和修改系统；降低建立和部署这些系统的成本结构；改善交付新功能的边际成本和速度。 美国国防部必须大幅度改变其建造作战系统的方式，这种想法并不新鲜。已经有数百篇文章、智库论文和书籍为彻底改革提供充分的理由。最近一个好的例子是ChrisBrose的《杀伤链》（TheKillChain），他呼吁国防部建立一个“军事物联网”，包括“大型自主系统网络”和不同的武器系统组合。2同样，在制定第三次抵消战略的概念时，前国防部副部长BobWork多年来一直认为需要在国防部范围内进行重大变革，特别是广泛采用自主系统和人工智能能力。3国防政策圈经常提及的概念，诸如网络化战争、马赛克战争和下一代战斗网络等，基本都涉及了这个问题，但没有达到提出具体技术解决方案的深度。在解决极其困难的技术问题时，领先的商业技术公司通常会先制定一套关键的架构标准，整个系统将建立在这些标准之上。本文即概述了下一代作战系统所需的架构。 这个架构的关键在于软件。软件正在颠覆和重组整个行业——尤其是那些依赖于人工流程而无法利用低边际成本甚至零成本优势的行业。这并不是在公司或商业模式上施法，撒上一层“魔法软件尘”就行了。在任何企业希望获得持久竞争优势之前，软件需要成为商业模式和运营模式的核心。国防部也不例外。 来源：ToddHarrison，“战斗网和未来力量：第二部分：作战挑战和获取机会”（BattleNetworksandtheFutureForce:Part2:OperationalChallengesandAcquisitionOpportunities） CSIS摘要，2021年11月3日，https://CSIS-website-prod.s3.amazonaws.com/s3fs-public/publication/211103_Harrison_Battle_Networks_part2_0.pdf？vsuBpGNyDDOwNE_hmzckmgefb8fq13dx. 1关闭杀伤链，进入竞争对手的OODA循环 “杀伤链”是一个在Brose出书之前就提出的短语，它指的是一个多步骤的过程，包括吸收信息，将信息转化为知识(可操作的情报)，做出决定，根据决定采取行动，理解决定的后果，并相应地完善未来的行动。同样，约翰·博伊德的“OODA循环”概念指的是个人、指挥官或团队通过统一的步骤取得进展的过程：观察、定位、决定和行动。这个过程的最后一部分——启动或关闭杀伤链——通常与发射和摧毁某个目标有关，但在当今世界，它也可能包括一个非动能效果，如对目标发动网络攻击或部署一条错误信息，目的是在保护自己的同时，扰乱对手的OODA循环节奏。一般来说，能够持续展示更短、更紧密、更有弹性的OODA循环的一方将获得优势。 最终，杀伤链和OODA循环本质上是由人类认知支持的工作流。今天，这个流程的实现方式是一个手动、半手动(包括电话)，以及电子过程的混乱组合。参观作战指挥中心既令人兴奋又令人震惊。在和平时期，很容易看到这些指挥部和他们的下属单位如何指挥相对有限的飞机和船。令人难以想象，现有的人工处理程序如何能够追踪数百乃至数千个战时移动的物体，所有这些物体的任务都是通过空间、网络以及其他介于两者之间的任何东西，从海底传递动能和非动能效应。执行这些工作流，使过程的每个步骤和数据流都在软件中完成，即使决策仍然掌握在人类指挥官和操作员的手中，也可以产生对对手的决定性优势：OODA循环的每个阶段都更紧密、更快、更好。 相反，如果在未来战场上不采用数字时代以软件为中心的方法，很可能意味着战术上、行动上甚至战略上的失败。 读者很容易将这种“软件啦啦队”（为软件呐喊）误解为硬件的消亡。这不是重点，军事硬件和武器系统仍然至关重要。然而，他们需要被束缚在互联网规模的软件系统的末端，这些系统处理所有复杂的决策、目标定位和资源配置——除了关闭杀伤链这一最终决策步骤。软件将从根本上改变硬件的价值，通过软件过程，获得更快，更便宜，更高效，可扩展，更准确的预期效果。 资料来源：美国海军陆战队照片，由CCBY2.0授权。 2数据中心架构的经验教训 借鉴其他领域的经验和教训，有助于为国防部和其他联邦政府机构的重大问题提供突破性解决方案。多年来构建大规模软件系统的工作揭示了如何设计计算机软件和系统以最低成本获得最大性能的最佳原则和实践，并在适当情况下去除了过程和成本结构中最昂贵、最不可扩展和最慢的部分：人，其次是硬件。这些相同的概念可以——也应该——应用于国防部。 在计算机行业，“软件定义”是一个广泛的架构概念，驱动一些不同的核心设计决策。这些设计决策将一堆互不相关的硬件产品变成一个集成的整体，可以作为一个单一的平台来操作和管理。它也需要控制和复杂性，这通常是分布在所有地方，并集中在它可以简化，管理和规模。用军事术语来说，这就是集中的方向和分散的执行：两者都是最好的。 技术工业中使用的大规模计算系统和平台大多是软件定义的。最大的云计算平台，如AmazonWebServices(AWS)和MicrosoftAzure，都是依赖于“软件定义网络”(SDN)的“软件定义计算平台”；它们的存储现在是“软件定义的”，第五代无线(5G)电信系统也是如此，配置和路由都是通过软件完成的。这些大规模平台运行在商品硬件(在某些情况下，是内置的)上，使用大规模的编排软件，将平台低层的复杂性转移到中央系统上。 我们有理由问，当今的计算机系统是否能够处理战场的规模和规模。答案是响亮的“是的!”互联网规模的公司，如苹果，Meta，亚马逊，Alphabet，微软、Netflix和其他公司每天例行公事地连接数十亿用户和系统，实时交换内容和视频。虽然这些公司通常不会面临破坏其数据中心的实际动力效应风险，但它们确实会应对网络犯罪和国家支持的网络攻击——甚至松鼠或老鼠通过电缆线吃东西。这些架构中最好的是在失败的情况下具有弹性。如果这些公司能够在如此巨大的规模上运作，那么就没有任何理由不把同样的关键概念应用到战争中，把成千上万的硬件对象编织成一个单一的软件定义系统。 概念：规模架构 图片来源：PhotoMedia/ClassicStock/GettyImages 早期的计算机系统和软件被设计成允许单个应用程序在单个计算机系统上运行。当计算机系统的容量耗尽时，解决方案总是投入更多的资源来解决问题：更快的处理器、更多的磁盘空间、更快的网卡等等。这种方法被称为“垂直扩展”一旦服务器满负荷运行，你就完了，因为你可以添加到系统中的资源是有物理限制的。随着时间的推移，这种演变使得这个行业有可能成为最大的系统之一：大型机。 本文作者之一大学毕业后的第一份工作是在一家名为昇阳电脑微系统(sunmicrosystems)的新兴公司，这家公司掀起了网络计算的革命。Sun计算机——因为看起来像“披萨盒”而被称为“披萨盒”— —正在与强大的大型机竞争。大型机是另一台大型机，