软件定义防御基于四个基础。首先，军事软件和硬件之间不断变化的关系，其中软件的技术进步比硬件快，系统的软件定义功能越来越多地决定了信息优势的作战优势。其次，软件定义防御需要以数据为中心的方法来开发新功能和系统。第三，它采用以人为本的方法来设计支持 API 的端到端电子工作流程，以提高人力能力和安全性。最后，软件定义防御将先进防御软件和 AI/ML 视为核心武器能力，因此在早期系统设计以及后续升级中都强调软件组件。
用于开发和部署高级防御软件和 AI/ML 的流程仍然嵌入了几十年来的硬件驱动的瀑布式能力开发模型中。在分析的所有五个国家/地区，使用敏捷、迭代和 DevSecOps 框架的努力都是起步阶段。然而，正在进行的举措缓慢而繁琐，其原因是架构、组织和运营。大多数先进的国防软件都嵌入在定制硬件中，这需要修改才能添加新的软件功能并提高性能，而国防工业缺乏支持的数字基础设施和足够熟练的操作员。功能系列的核心操作系统示例正在法国、英国和美国慢慢开始出现。但是，要朝着防御即平台和软件即服务的方法迈进，还需要做更多的工作。
软件定义网络 （SDN） 通过在控制平面和数据转发平面之间定义明确的分离，成为一种用于配置和管理网络资源的可编程方法。如今，SDN 在军事领域受到了极大的关注。它在战场通信中的使用促进了端到端交互，并有助于利用边缘计算资源来处理附近的数据。然而，在多承载网络 （MBN） 等几种异构、动态、间歇性和数据包技术之间的安全性和互操作性方面仍然存在各种挑战，需要解决这些挑战，以便在战术环境中利用 SDN 的优势。
军事系统的未来是软件定义和虚拟化的
软件定义的开放式虚拟化解决方案是实施下一代军事系统的明智方式：它们更易于维护，并支持未来的软件和硬件升级，同时将风险、成本和停机时间降至最低。网络虚拟化和软件定义网络 （SDN） 正被接受为维护和保护军事系统的更简单方法。软件虚拟化（不适用于网络虚拟化）也有助于管理复杂性和提高系统安全性。
虚拟化可以解决军队的许多安全问题
平台安全性“虚拟化平台对任务需求的响应越多，就越好，因为新的应用程序和功能会改变虚拟化平台的组成和攻击面，从而使执行攻击变得更加困难。“过去传统的联合、静态定义、难以更改、硬件定义、供应商锁定的系统必须屈服于一种新的架构——一种基于开放标准的设计，例如 FACE [未来机载能力环境]，它是软件定义的，无论硬件或操作系统限制如何，都可以快速实施新功能。”军事系统的虚拟化已经在顺利进行中。虽然这些成功案例中的大多数都没有公开，但 Downing 指出，Northrop Grumman Black Hawk UH-60V 驾驶舱数字化计划是使用开放式虚拟化平台解决可升级性、安全性、安全性、降低生活方式成本和标准遵守要求的一个很好的公开示例。
军事能力有两个组成部分：理解力和熟练度。要执行一项任务，就像驾驶一艘船一样，必须首先了解基本原理和理论 - 导航规则、天气如何影响性能、船舶的各种控制如何影响其运动。理解是稳定的，军人慢慢忘记了基本原理。然而，学习这些基础知识并不能消除练习的需要。未能练习在拥挤水域操纵船舶或评估潜在感兴趣的联系人等任务将很快降低操作熟练度。
在未来几十年里，人类对作战概念的理解仍将是战场成功的关键。现实的初始训练和高端的 Force-on-Force 演习对于建立这种理解至关重要。然而，作为软件开发人员进行交叉培训的作战人员将更容易保持熟练程度，而无需那么多死记硬背、昂贵的练习。他们的父级单位将训练他们制作基本应用程序，他们将使用这些技能将他们来之不易的战斗理解转化为永久的熟练程度，供任何拥有最新软件更新的人使用。
这些应用程序称为软件定义战术，将提醒战术人员注意战场上的风险和机遇，确保他们能够始终如一地打击敌人的弱点，同时最大限度地减少自己的弱点。它们将把整个部队的学习速度提高几个数量级，创建统一的高性能部队，并提高常规部队的可扩展性。
持续且可用的战术课程
F-35 机队中的某人可能在命运般的混战之前很久就在训练演变中犯了类似这个例子的错误。他们甚至可能从他们的日程安排中抽出几天时间来写一篇关于它的深思熟虑的吸取教训的论文。这篇文章至关重要。它向其他飞行员传达在战斗中取得成功所需的基础知识。然而，在战斗中取得成功不仅需要理解，还需要熟练。几年没有开枪的步兵可能仍然知道如何射击，但他们缺乏练习意味着他们一开始会很挣扎。
在软件定义战术制度下，除了写一篇论文外，飞行员还可以编写软件来提醒未来的飞行员即将到来的危险。虽然这些飞行员仍然需要了解风险，但持续观察的软件会实时提醒他们注意风险，这样缺乏最近的练习就不会致命。对 F-35 机队进行快速软件更新将大大且永久地降低任何人再次犯该错误的几率。
该计划不必很复杂。它本可以安全地运行，从底层任务系统接收数据，而无需将数据传回飞机的任务计算机。这种单向数据管道将消除 ad hoc 软件意外妨碍飞机安全的可能性。
在我们的示例中，F-35 的任务计算机已经显示了 8 个敌对航迹。F-35 的计算机还知道它的武器舱里装了多少枚导弹。如果该数据被推送到软件定义的战术应用程序，则编码飞行员可以编写一个执行以下步骤的程序：
确定给定机载导弹可以攻击的目标数量。
如果有足够的导弹来攻击它们，建议攻击它们。如果敌对航迹多于导弹（或预定义的导弹与目标比率），请运行以下逻辑来确定要优先考虑的目标。
确定目标的所有可能的有序组合。原始示例中有 1,680 种组合，对于计算机来说，这是一个很小的数字。
对于每种组合，模拟交战并确定未瞄准的飞机是否可以切断向返航的逃生通道。存储安全距离的边际。
如果截止在给定迭代中有效，则拒绝该目标组合并测试下一个目标。
向飞行指挥官推荐目标组合，拥有最宽的净路径回家。如果没有明确的回家路径的行动方案，请提醒飞行指挥官。
这个小程序会立即告诉飞行员与东部目标交战，而与北部的目标交战将使东部目标能够切断 F-35 的安全路线。遵循这个建议将使 F-35 保持 4：0 的杀伤率并活着再战斗一天。
如果两个人有合适的工具，这个程序的简单版本可以由两个人在一天 （16 个工时） 内编写。在模拟器中完成战术测试并确保软件的可靠性还需要 40-80 个工时。
或者，写一篇关于这种情况的引人注目的论文会花更少的时间：大约 20-40 小时。然而，一支由 1,000 名飞行员组成的部队每人花费 30 分钟阅读报纸需要 500 个工时。将这些数字加起来，软件定义策略的高端需要 96 个工时，而低端的写作和读取需要 520 个工时。虽然两者都是必需的，但编写软件比编写论文效率高得多。
在没有软件定义战术的情况下，要真正训练部队不会犯这个错误，每个飞行员都需要花费大约 5 个小时（典型的简报、模拟器和汇报长度）来参加强调场景的训练活动。这会产生额外的 10,000 个工时，每个培训活动配备一名学生和一名讲师。此时，所有训练工作可能会将错误实例减少约 75%。
为了保持这种性能水平，机组人员需要每六个月在模拟器中练习一次这个场景。即每六个月 10,000 小时。在五年内，您需要花费超过 100,000 个工时才能在整个部队中保持对这项技能的熟练程度。
软件定义策略应用程序不需要持续实践来保持货币。不过，它们确实需要定期更新，以应对战术变化并加以改进。对于这种规模的应用程序，每年预算 100 个工时是合理的。这相当于五年内需要 500 个工时。
笔和纸更新需要 100,000 个工时才能将错误减少 75%。软件驱动的更新需要 596 个工时，几乎减少了 100%。它并不接近。
当软件开发人员不小心创建了一个错误时，他们会编写一个测试，如果将来有其他人犯同样的错误，该测试将提醒他们。通过这种方式，整个开发团队可以学习并变得更加可靠，因为他们犯的每一个错误都是如此。软件定义战术为军事单位提供相同的功能。
软件定义策略的实际应用
虽然 F-35 示例是假设的，但软件定义的战术并非如此。在过去的四年里，海军的 P-8 社区一直在利用软件定义的战术平台，并取得了巨大的效果。P-8 是一种主要用于猎杀敌方潜艇的海军飞机。定位是潜艇狩猎资产从初始检测到准确估计目标位置、航向和速度的过程，是起诉敌方潜艇最具挑战性的部分之一。
在 P-8 上，战术协调员决定并实施 P-8 将用于定位潜艇的战术。在他们的第一个中队大约需要 18 个月的时间才能获得战术协调员的资格并证明在这项任务中具有可靠的熟练程度。这几个月包括数千小时的学习，数百小时的飞机和模拟器，以及数十小时在更有经验的战术师面前捍卫他们的知识。
在检查 P-8 社区收集的数据时，缺乏经验的人员和有经验的人员在绩效上存在明显而巨大的差异。那些因为表现出才能而被选为教练的经验丰富的战术师与那些没有被选为教练的战术师之间存在着另一个巨大的差异。换句话说，在潜艇定位中，经验和先天人才因素都会对性能产生很大影响。
社区的软件定义战术平台使得在平台中拥有 6 个月经验的初级战术师（缺乏经验且可能没有天赋）与在平台中拥有 18 个月经验的教练（经验丰富且才华横溢）的表现完全相同。它主要通过减少战术犯错来实现这一点——提醒他们注意战术情况带来的机会，并劝阻他们不要做出糟糕的战术反应。
这使得 P-8 部队在战时极具可扩展性。在第二次世界大战中，美国击败了日本，因为它能够快速、持续地培养高素质人才。1942 年，训练一名基本的战斗机飞行员花了 9 个月的时间。从最初的飞行训练到 2021 年到达舰队中队需要两到三年的时间。减少使用软件定义战术进行训练的时间，将使美国现代军队恢复这种快速可扩展性。
P-8 社区在许多战术场景中都有类似的结果。今天，它做到了这一点，很少集成到 P-8 任务系统中。很快，其用户构建的应用程序将与飞机任务系统的单向数据管道集成，这将实现完整的软件定义战术范式。海军航空系统司令部一个名为 Software Support Activity 的团队将管理该系统的安全并提供基础设施支持。另一个由海上巡逻和侦察武器学校的 P-8 操作员组成的团队将根据作战人员的需求开发应用程序。
技术实现
在美国军队中实施这种模式将产生一支能力强大的部队，他们的学习速度比对手快几个数量级。进行所需的技术更改将成本低廉。
在 P-8 上，实现具有单向数据流的安全计算环境始终是采购计划的一部分。所有未来的平台收购都应该如此。它所需要的只是一个开放的操作系统和为软件定义策略应用程序保留的少量计算资源。
转换旧平台将稍微困难一些。但是，如果平台没有容器化计算环境，则可以添加一个。空军最近在 U-2 上部署了 Kubernetes，这是一个允许将安全容器化应用程序插入计算环境的框架。将任务系统数据馈送到这个环境，并允许操作员用它来构建应用程序，将实现软件定义的策略。
如果能够在 1955 年制造的 U-2 上安全地实施这一点，那么美国军火库中的任何平台都可以修改以接受软件定义的战术应用程序。
人工实施
从技术角度来看，实现此范例是微不足道的。从人类的角度来看，这有点困难。然而，投资于作战部队的技术能力而没有相应的人类能力，将导致部队按照行业认为应该的方式运作，而不是按照作战人员知道的方式运作。战场现实与帮助主导该战场的算法之间的紧密反馈循环至关重要。多年的开发周期将无法跟上。
作为第一步，社区应该努力确定他们队伍中已有的具有一定软件开发能力的人员。每年大约有四分之一的海军学院毕业生进入服役，专业需要编程能力。这些警官在很大程度上是尚未开发的资源。
下一步是为这些人提供制作软件的培训和工具。根据个人的才能水平定制的为期两周的 80 小时课程通常足以让新的贡献者在 P-8 的团队中达到富有成效的水平。单个应用程序可以支付许多倍的这项投资。军方的非机密和秘密网络（如 DI2E 和海军的 Black Pearl）上可用的工具为小规模软件开发提供了良好的实践。
最后，这群战术程序员应该在非作战巡演期间详细介绍战争发展中心和武器学校。编写代码并及时了解前沿的战术问题应该是他们到达那里后的主要工作。鉴于这个小组将对战备做出重大贡献，这项职责应该在晋升委员会中得到奖励，以保持高级军衔的技术能力。
做到这一点的捷径可能是依靠承包商开发软件定义的策略。为了最大限度地提高成功的几率，组织应确保这些承包商 1） 与经验丰富的操作员位于同一地点，2） 由具有软件开发经验的战术师领导，3） 可以快速部署软件，4） 至少拥有一些战术上最新的制服团队成员，以及 5） 在运营上获得基于项目的资金，以便他们可以在作战人员发现新问题时快速切换项目。
大国竞争来了。按购买平价计算，中国的经济规模现在超过了美国。美国不再拥有导致二战胜利的制造能力优势，也不再有能力迅速训练高度专业化的作战人员。为了在 21 世纪保持美国的军事主导地位，它必须利用其武装部队中已经存在的令人难以置信的人才。
当专制社会中的某人犯错时，他们会隐藏这个错误，因为惩罚可能很严厉。生活在民主社会中带来的天然开放性意味着美国军人能够谈论他们所犯的错误，思考如何阻止这些错误再次发生，然后实施解决方案。美国军队必须为其人员提供实施更好、更快、更持久的解决方案所需的工具。
软件定义战术将通过利用西方社会的比较优势（开放和专注于人力资本投资）为美国军队带来持久的优势。没有时间可以浪费。
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