5G是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施2 0的硬件標準，區(qū)塊鏈互聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的軟件標準?，F(xiàn)在是個特別的時代，在這個時代，500年來最大的一個金融技術(shù)——區(qū)塊
5G是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施2.0的“硬件標準”，區(qū)塊鏈互聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的“軟件標準”。
現(xiàn)在是個特別的時代，在這個時代，500年來最大的一個金融技術(shù)——區(qū)塊鏈進入社會。這技術(shù)改變金融市場、貨幣、法律、社會、計算機和互聯(lián)網(wǎng)。本文討論區(qū)塊鏈互聯(lián)網(wǎng)，筆者認為區(qū)塊鏈會帶來新一代的互聯(lián)網(wǎng)[8, 13]。
互聯(lián)網(wǎng)過去對中國經(jīng)濟、金融、民生、政務(wù)、法院、學(xué)術(shù)、醫(yī)療的影響是巨大的，中國今天的發(fā)展很大部分可以歸功于互聯(lián)網(wǎng)。中國現(xiàn)在也在預(yù)備5G的部署和應(yīng)用。假如區(qū)塊鏈帶來下一代互聯(lián)網(wǎng)，這會是什么樣的新一代互聯(lián)網(wǎng)?又會帶來什么樣的影響?
一個改變就是現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)(信息網(wǎng))會變成區(qū)塊鏈互聯(lián)網(wǎng)(鏈網(wǎng))或是稱為“價值網(wǎng)”。這是中國許多年來才遇到的一次科技大改革機會。以前中國老是抱怨使用的不是中國互聯(lián)網(wǎng)，因為不論網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或是DNS，都是由國外控制。中國互聯(lián)網(wǎng)市場大，但是技術(shù)控制權(quán)不在中國。
而且區(qū)塊鏈是有主權(quán)概念，主權(quán)區(qū)塊鏈代表中國的法律可以在互聯(lián)網(wǎng)上自動執(zhí)行[8，11, 12]。這樣鏈網(wǎng)會是中國的互聯(lián)網(wǎng)，不再是國外互聯(lián)網(wǎng)，而且是安全、可靠、高速的互聯(lián)網(wǎng)， 可以使用在金融市場，以及公檢法、政務(wù)上。所以在2017年數(shù)博會上，多位演講者都以“天佑中華”來形容這次機會，筆者在那次會議上也以《區(qū)塊鏈互聯(lián)網(wǎng)》為題目演講[13]。為什么這些人發(fā)表這樣的演說，他們的觀點以什么為依據(jù)?
傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)也可以做這些應(yīng)用，但是需要在互聯(lián)網(wǎng)上加許多功能，等于是在不安全的環(huán)境下，建立一個虛擬的安全環(huán)境，這是不靠譜的。鏈網(wǎng)自動提供這些安全加密功能，金融應(yīng)用或是重要應(yīng)用開發(fā)和使用都會大大便利。這是一個區(qū)塊鏈中國夢，這是打造中國數(shù)字經(jīng)濟和數(shù)字社會的一個良機[9]。
網(wǎng)絡(luò)不是法外之地，但是現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)并不是中國互聯(lián)網(wǎng);但是有了鏈網(wǎng)后就不同，因為這鏈網(wǎng)是中國互聯(lián)網(wǎng)。不要認為這是不可思議的事，可以看看英國在2018年的作為。英國Law Commission(法律委員會)在2018年開始研究采用區(qū)塊鏈和智能合約技術(shù)運用在英國法律系統(tǒng)里面。
這會改變英國法律的執(zhí)行和制定，中國法院也不落后，也開始使用區(qū)塊鏈在電子證據(jù)上。這些都是巨大變化，因為這次法律法規(guī)以代碼形式出現(xiàn)，自動在網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行中國法律，這和現(xiàn)在法律的制定和執(zhí)行差距甚大。這也是區(qū)塊鏈中國夢的一部份[11]。
如果懷疑鏈網(wǎng)的必要性，可以參考《2018年美國版統(tǒng)一度量衡： 鏈網(wǎng)醫(yī)藥供應(yīng)鏈》[10]， 美國因為在2012年發(fā)生“假藥進入醫(yī)院”事件，造成許多患者傷亡，所以在2017-2018年開啟研究項目，最后提出基于區(qū)塊鏈的醫(yī)藥追蹤項目，并且在2019年開始實驗。
美國有67000家藥房，8000家醫(yī)院，3000個批準的藥，200個制藥商，如果這些都要上鏈，就有 4 x1014組合，這樣龐大的系統(tǒng)就需要鏈網(wǎng)才行。2018年SWIFT做實驗，34家銀行參與(一共528組合)，實驗使用的區(qū)塊鏈系統(tǒng)就支持不了。如果一個區(qū)塊鏈能夠支持34機構(gòu)，美國醫(yī)藥區(qū)塊鏈就需要757億條鏈 (4 x1014/ 528= 7.57 x1010)。這樣的鏈結(jié)合難道不是鏈網(wǎng)?
這醫(yī)藥區(qū)塊鏈項目有重大意義：
1)生命是無價的，醫(yī)藥的安全也是無價的;
2)美國政府FDA帶頭研究，和相關(guān)企業(yè)一起合作，提出基于區(qū)塊鏈的解決方案，等于美國政府和醫(yī)藥界認定(無幣)區(qū)塊鏈有實用價值;
3)美國頂級投資公司高盛帶頭投資這項目，表示有商業(yè)價值;
4)這是無幣區(qū)塊鏈項目，這證明不發(fā)幣區(qū)塊鏈也有高的商業(yè)價值;
5)這項目還需要許多新技術(shù)開發(fā)，必定帶領(lǐng)美國開發(fā)相關(guān)新技術(shù);而且這技術(shù)水準非常高;
6)美國政府頂層制度設(shè)計上值得其他國家學(xué)習(xí)，一方面提出美國版《統(tǒng)一度量衡》統(tǒng)一美國醫(yī)藥物流管理，一方面又允許許多單位在這制度下保障人民生命安全，而且讓相關(guān)參與企業(yè)獲利，建立相關(guān)生態(tài)。
01 價值網(wǎng)為金融服務(wù)
鏈網(wǎng)將會充滿著鏈，這會是“價值”互聯(lián)網(wǎng)，而不同于以前的“信息”互聯(lián)網(wǎng)。在價值網(wǎng)里面，重要是資產(chǎn)，還可以進行各式各樣的資產(chǎn)交易。
價值網(wǎng)跟信息網(wǎng)相差在多方面：
(1)價值網(wǎng)有可監(jiān)管性，可追蹤性，身份認證機制，可以承載電子證據(jù);
(2)價值網(wǎng)可以支持實時低延遲交易;
(3)價值網(wǎng)有可擴展性，支持高吞吐量;
(4)價值網(wǎng)允許交易可回滾性。當(dāng)交易發(fā)生錯誤的時候，在一段時間和一定的范圍之內(nèi)，可以回滾交易。
以上這些特點，不是根據(jù)區(qū)塊鏈而發(fā)展出來的標準，而是根據(jù)PFMI(Principles of Financial Market Infrastructures)[20, 21, 22]。這標準是許多世界各地央行所支持的，其中包括中國人民銀行、歐洲央行、美聯(lián)儲、英國央行、日本央行、加拿大央行等。
這標準是在2008年是世界經(jīng)濟危機后，各國央行制定的標準。 PFMI的一個重要指標就是在一個國家出現(xiàn)經(jīng)濟危機時，金融系統(tǒng)可以有機制地阻止危機擴散到其他國家。PFMI是普世金融系統(tǒng)的原則，而不是專門為區(qū)塊鏈系統(tǒng)設(shè)計的原則。
PFMI在2017-2018年被加拿大央行、歐洲央行、日本央行使用來評估區(qū)塊鏈系統(tǒng)，并且發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的區(qū)塊鏈系統(tǒng)并不能通過PFMI的評估，包括一些一直被認為是區(qū)塊鏈強項的特性也沒有通過。傳統(tǒng)上，區(qū)塊鏈系統(tǒng)自稱因為同樣信息在多節(jié)點上，因此區(qū)塊鏈系統(tǒng)可靠。但是加拿大央行認為以太坊和Corda(其實是類似區(qū)塊鏈系統(tǒng))都不夠可靠。這與大眾對區(qū)塊鏈的想法截然不同。重點是這問題能否解決?
從加拿大央行后來繼續(xù)從事區(qū)塊鏈實驗就表明，這些問題不是不能解決的，而是現(xiàn)在區(qū)塊鏈系統(tǒng)必須更改才能被金融機構(gòu)使用。這也是筆者在過去一直在提的：金融區(qū)塊鏈必須根據(jù)PFMI來更改，而不是更改PFMI。現(xiàn)今金融區(qū)塊鏈的發(fā)展趨勢，就是要改造現(xiàn)在的區(qū)塊鏈系統(tǒng)成為“金融區(qū)塊鏈”[21, 22]。
現(xiàn)在區(qū)塊鏈系統(tǒng)已經(jīng)有一部分技術(shù)符合PFMI原則了， 例如可追蹤性，身份驗證，電子證據(jù)等。但是整體來說，現(xiàn)在的區(qū)塊鏈技術(shù)還達不到以下這些PFMI的原則：
◆可監(jiān)管性: 一般的公鏈是不可以被監(jiān)管的, 而且聯(lián)盟鏈的監(jiān)管工作現(xiàn)在才開始，并且需要大量的改變才能符合；◆實時交易性：現(xiàn)在的公鏈技術(shù)不能實時交易，延遲也太大，吞吐量下； 聯(lián)盟鏈可以支持實時交易?！艨苫貪L性：現(xiàn)在區(qū)塊鏈系統(tǒng)不支持可回滾性，可回滾性表示后面相關(guān)的交易都必須回滾，不只是回滾那一筆交易。
根據(jù)PFMI，所有的數(shù)字資產(chǎn)交易都要實時，而且監(jiān)管也要實時。今天公鏈強調(diào)使用P2P來逃避監(jiān)管，使公鏈很難做實時交易和監(jiān)管，政府不能支持。2018年數(shù)字代幣價格大跌，也是因為美國SEC監(jiān)管數(shù)字代幣。如果拿走P2P協(xié)議，區(qū)塊鏈就可以有實時交易和監(jiān)管，但是要支持可回滾性必須要有其他機制。根據(jù)PFMI的需求，將來的金融區(qū)塊鏈必定會有大幅度的改變，因此將來的區(qū)塊鏈和現(xiàn)在的區(qū)塊鏈必定大不相同。
鏈網(wǎng)因為要支持金融區(qū)塊鏈，必定需要高速、穩(wěn)定、可靠和能保護隱私。今天在股票交易上，許多單位都在交易所旁邊建立辦公室，減少網(wǎng)絡(luò)信息延遲。他們這樣做是因為現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能和延遲相關(guān)，公司離交易所遠，信息就來的晚。例如在公司出消息的時候，股票會很快上漲或下跌，如果有0.5秒的優(yōu)勢，價錢差距可能就非常大。
并且因為傳遞的信息是交易信息，掉包是非常嚴重的，在區(qū)塊鏈系統(tǒng)里面，掉包一個數(shù)據(jù)可能就會有幾千的交易同時一起被丟失，因為一個交易失敗，會導(dǎo)致在同塊中所有交易都失敗，而且他們本來是應(yīng)該成功的。這不但可能會有價格差異的問題，也可能導(dǎo)致法律問題。這些都是現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議存在的弊端，必須在鏈網(wǎng)得到解決，而且現(xiàn)在也有了解決方案。
02 鏈網(wǎng)的歷史
鏈網(wǎng)到今天才只有4年的歷史，但是也有不同看法和觀點：
●最早期 (單鏈就是鏈網(wǎng))：
有人提出區(qū)塊鏈系統(tǒng)就是新一代互聯(lián)網(wǎng)，因為一些公鏈系統(tǒng)(例如比特幣)是全網(wǎng)運行的。但是這種看法現(xiàn)在很少人接受， 因為全網(wǎng)運行的應(yīng)用系統(tǒng)現(xiàn)在實在太多，如果這樣的應(yīng)用系統(tǒng)都是互聯(lián)網(wǎng)，那么世界就有成千上萬的互聯(lián)網(wǎng)。
●●早期 （多鏈就是鏈網(wǎng)）：
有人提出一些主鏈加上側(cè)鏈，或是幾個主鏈聯(lián)合在一起，鏈和鏈有交互，這就是鏈網(wǎng)。但這只是多鏈系統(tǒng)，離互聯(lián)網(wǎng)定義距離還非常遠。要成為互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模，要有億級的節(jié)點和應(yīng)用。
●●●萌芽期 （成千上萬的鏈聯(lián)合成為鏈網(wǎng)）：
后來提出許多鏈組織一起，鏈和鏈有交互，并且這些鏈有組織性的協(xié)議，可以無限擴張，例如熊貓模型、宇宙模型、Polkadot模型、金絲猴模型 [13]。
●●●●新系統(tǒng)和架構(gòu)期 (整個互聯(lián)網(wǎng)從最上層到最底層都改變成為新互聯(lián)網(wǎng))：
這是萌芽期的聯(lián)合鏈但是跑在新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上，并且有新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議[14-19]。在這種模型下，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和基礎(chǔ)設(shè)施都會大改變， 這也是本文的中心。應(yīng)用流程也會改變因為以前的商業(yè)流程因為鏈網(wǎng)的來到改變。 第4節(jié)顯示這新鏈網(wǎng)架構(gòu)。
另外還有一個鏈網(wǎng)的看法，一些人認為鏈網(wǎng)就是DApp、區(qū)塊鏈系統(tǒng)、分布式存儲組成的網(wǎng)絡(luò)。如果這真是一個鏈網(wǎng)，這表示世界上有兩個互聯(lián)網(wǎng)，鏈網(wǎng)(上層)+傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)(底層)，因為在這模型上，DApp、區(qū)塊鏈系統(tǒng)、分布式存儲都是使用傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，實際上都是互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。
根據(jù)這想法，任何大型互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都可以成為一個上層互聯(lián)網(wǎng)，這樣世界會有許多應(yīng)用匯組成的新互聯(lián)網(wǎng)，例如臉書，支付寶、微信等都可以自稱是下一代互聯(lián)網(wǎng)，因為他們都是大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。筆者認為應(yīng)用是應(yīng)用，除非網(wǎng)絡(luò)協(xié)議更改，再大型應(yīng)用還是應(yīng)用，不是新的互聯(lián)網(wǎng)。
03 互聯(lián)網(wǎng)的歷史
要了解鏈網(wǎng)的設(shè)計，需要先了解互聯(lián)網(wǎng)的歷史。下圖是1971年的互聯(lián)網(wǎng)，可以看到上面只有少些節(jié)點， 參與單位包括哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院，斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)、BBN 公司、RAND公司等。這是個非常小的網(wǎng)絡(luò)，開始的時候是為美國軍方設(shè)計的，所以網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議設(shè)計采取黑盒方式，不讓參與者控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，這些單位只能在外面控制自己的通訊信息。
圖 1: 1971年的互聯(lián)網(wǎng)
今天的互聯(lián)網(wǎng)，有十幾個億的節(jié)點，而且現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)絕大多數(shù)都是民間應(yīng)用，不是軍事用途(軍事網(wǎng)有自己的專網(wǎng))。我們可以清楚看到，今天的互聯(lián)網(wǎng)跟40年前的互聯(lián)網(wǎng)大不相同。這指出一個嚴肅問題，為什么現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和當(dāng)年的協(xié)議差不多?難道是當(dāng)年設(shè)計太完美，都適應(yīng)?當(dāng)初的黑盒協(xié)議到今天還是一樣適用?
04 鏈網(wǎng)的新架構(gòu)
下面是筆者提出的將來鏈網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：左邊的圖就是現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議架構(gòu)，右邊的圖是鏈網(wǎng)架構(gòu)。左邊最上面就是一些應(yīng)用，例如內(nèi)容、電子商務(wù)、視頻、社交網(wǎng)絡(luò)等
圖 2：區(qū)塊鏈互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)不同
鏈網(wǎng)架構(gòu)的一個重點是區(qū)塊鏈重要協(xié)議，例如共識機制會在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上面， 成為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)， 這會使建造和使用區(qū)塊鏈非常方面 [14-19]。在這上面有交易所和原子事務(wù)管理(atomic transaction management)等，在上面又可以有區(qū)塊鏈瀏覽器等應(yīng)用，而在上面又有 DApps。這一層就因區(qū)塊鏈而有所改變：在新的區(qū)塊鏈為主的應(yīng)用層就有供應(yīng)鏈、金融科技鏈、醫(yī)療鏈、物聯(lián)網(wǎng)、證據(jù)鏈、政務(wù)鏈等。
將來會有智慧型 browsers 和智慧型 DApps，他們讓用戶直接應(yīng)用區(qū)塊鏈或物聯(lián)網(wǎng)。下一層以前是應(yīng)用與應(yīng)用之間的互通的協(xié)議，在新的互聯(lián)網(wǎng)里面將有區(qū)塊鏈之間的互通協(xié)議;下一層就是區(qū)塊鏈本身的協(xié)議，再下一層就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
從這個圖來看，今天的互聯(lián)網(wǎng)跟以前的互聯(lián)網(wǎng)有很大的不同。互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在經(jīng)歷一個改變：過去端到端的設(shè)計原則大家尊重，認為端到端到原則是好的原理。但是12年前斯坦福大學(xué)開始有不同想法，并且發(fā)展成了新網(wǎng)絡(luò)設(shè)計趨勢，SDN(Software-Defined Networking)和NFV(Network Function Virtualization)。
SDN跟NFV跟過去的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議不相同，最大的不同就是不再遵守端到端的設(shè)計原則, 并且認為互聯(lián)網(wǎng)不應(yīng)該是個黑盒子;因為在黑盒中，搜集信息和控制系統(tǒng)都有困難。所以網(wǎng)絡(luò)明顯有2個學(xué)派：傳統(tǒng)學(xué)派和新學(xué)派，鏈網(wǎng)也出現(xiàn)2個學(xué)派。
05 以麻省理工學(xué)院為代表的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)派
傳統(tǒng)派以麻省理工學(xué)院作為代表，他們認為在鏈網(wǎng)上傳統(tǒng)協(xié)議不需要改，例如MIT Digital Tradecoin(tradecoin.mit.edu)數(shù)字法幣項目。他們開始的時候質(zhì)疑原始的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議設(shè)計，但研究之后還是認為端到端的設(shè)計很好，可以繼續(xù)使用。他們肯定原始的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的三個特點：維持系統(tǒng)生存，結(jié)合各種服務(wù)的類型，結(jié)合各種不同類型的網(wǎng)絡(luò)。
讀者或許不知道，互聯(lián)網(wǎng)端到端的協(xié)議原來就是麻省理工學(xué)院計算機與人工智能實驗室(CSAIL，Computer Science & Artificial Intelligence Laboratory )開發(fā)的，所以這次麻省理工學(xué)院評估就是評估同事以前的工作，只是這次來自不同實驗室——媒體實驗室(Media Laboratory)， 這個實驗室也提出“數(shù)字社會”這概念。
麻省理工學(xué)院提出數(shù)字法幣模型顯示在下圖，每條鏈都是個獨立的自制系統(tǒng)(autonomous system)，左右邊都是自制系統(tǒng)，也都是區(qū)塊鏈系統(tǒng)。
圖3： 麻省理工學(xué)院的數(shù)字法幣架構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍用端到端的設(shè)計(下圖)：右圖就是端到端的設(shè)計，每個G就是代表一條鏈的Gateway，左圖是個Overlay網(wǎng)絡(luò)?；旧纤麄儼焰溇W(wǎng)當(dāng)做是一個端到端自制區(qū)塊鏈系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)。
圖4：麻省理工學(xué)院使用傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議
細心的讀者可能發(fā)現(xiàn)，這Tradecoin模型和其他數(shù)字法幣模型不一樣。例如IBM公司在2018年7月提出的穩(wěn)定幣模型、摩根大通銀行在2019年提的穩(wěn)定幣模型、中國熊貓模型、中國金絲猴模型、英國央行的RSCoin數(shù)字法幣模型，都和Tradecoin模型不一樣。IBM、摩根大通的模型是以自己貨幣(數(shù)字美元)為中心，其他貨幣必須交換數(shù)字美元;麻省理工學(xué)院、熊貓模型、金絲猴模型一開始就假設(shè)多個獨立數(shù)字貨幣，而提供各樣貨幣交互的機制。
這些模型與宇宙模型和Polkadot模型又不一樣，這兩個模型以數(shù)字代幣出發(fā)，但是卻都用中心化的架構(gòu)來連接參與鏈。 麻省理工學(xué)院模型、熊貓模型、金絲猴模型卻是分布式模型。中心化的鏈網(wǎng)，就像中心化的偽鏈一樣，以后很難被接受。在早期因為沒有更好的技術(shù)出現(xiàn)，沒有選擇。但是現(xiàn)在已經(jīng)有一些分布式的鏈網(wǎng)架構(gòu)出現(xiàn)，這些中心化的鏈網(wǎng)都會更改。
06 以谷歌為代表的新網(wǎng)絡(luò)學(xué)派
另外一派不接受原來思想，提出SDN/NFV概念，因為互聯(lián)網(wǎng)不應(yīng)該是個黑盒子。他們認為一個好的互聯(lián)網(wǎng)能夠做整體化的控制，而不能只是在端與端之間做控制：如果要加速網(wǎng)絡(luò)，提高整體網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)，必須在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)去做控制。這和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議思想正好相反。
他們提出新的看法和協(xié)議。但是從某個角度而言，他們只是提出早已存在的舊理論，比如說他們提出的電路交換、虛擬電路、多商品留優(yōu)化(multi-commodity flow optimization)等。這些原本是30~40年前的科技，它們的共性是整體化控制。
今天，谷歌由于從事數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，大力提倡SDN/NFV，他們也跟斯坦福大學(xué)得到相同的結(jié)論。
谷歌認為今天的網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議性能低有三大問題：
1.今天的協(xié)議無法提供及時的控制。這很容易明白：所有的控制，因為只有端到端的控制，所有的控制只能在網(wǎng)絡(luò)邊緣，而不能在網(wǎng)絡(luò)里面做。
2.所有的協(xié)議只做一部分的控制，而不能做全面的控制。
3.因為每一個協(xié)議都只能做一部分，所以這些協(xié)議越來越復(fù)雜。
這些都是違背PFMI， 金融系統(tǒng)不但需要有控制機制，而且還要監(jiān)管機制。網(wǎng)絡(luò)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，這系統(tǒng)做的控制數(shù)據(jù)包的傳輸，所以應(yīng)該使用從控制理論(control theory)。
今天的網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)有三個缺陷：
1.缺乏“可控性”：今天網(wǎng)絡(luò)上的機制是沒有辦法直接或者改變錯誤的行為，因為它是端到端的。
2.缺乏“觀察性”：今天只有做端到端的觀察，所有的信息反饋都是從端到另外一端，以致于信息第不夠充分，而網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息沒有辦法傳播出去;反饋的信息傳到另外一端是已經(jīng)延遲了，離實時的目標相差非常遠。
3.缺乏“可結(jié)構(gòu)性”：因為整個網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)做個黑盒子，沒有辦法在彼此沖突的協(xié)議和機制里面，有足夠和及時的信息來做決定。
在互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)歷史中，控制理論專家并沒有參加。起初互聯(lián)網(wǎng)是由電話公司設(shè)計，后來是由計算機公司設(shè)計，這兩種產(chǎn)業(yè)當(dāng)中的專家們多半不是控制專家。以致于現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)有巨大的進步空間，比如說:
1.互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)包的傳輸，可以比現(xiàn)在協(xié)議快上10倍到1000倍。
2.路由容量可以提高50%到80%。
3.在系統(tǒng)運行上，網(wǎng)絡(luò)可以全系統(tǒng)監(jiān)控、控制和管理。
07 TCP
互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議當(dāng)中，一個特重要協(xié)議是TCP(Transmission Control Protocol)。TCP有一個問題：它的傳輸量因RTT(round trip time，來回路徑時間)的上升和變化而下降。
此圖說明TCP的傳輸量，隨著RTT的上升而成指數(shù)型下降。今天大多數(shù)人認為這是自然物理現(xiàn)象，其實這是協(xié)議設(shè)計不佳造成的，不是物理現(xiàn)象。舉例說明：如果買2個通訊的盒子，而每個盒子都能夠傳輸10Gb/s。用電纜連接兩個盒子，應(yīng)該得到10Gb/s。
如果量出來不是10Gb/s，我們就說這個通訊設(shè)備不好。不論電纜的延遲是1毫秒，10毫秒，100毫秒或1000毫秒，盒子都應(yīng)該維持10Gb/s，這就是通訊設(shè)備的規(guī)格，不應(yīng)該改變。但是一旦加上TCP，就拿不到10Gb/s。這表示正常傳輸量跟傳播的延遲應(yīng)該沒有關(guān)系;傳輸量下降，是因為TCP設(shè)計不佳。
TCP有另外一個問題，即計算傳輸量太慢。因為TCP是用端到端的迭代，發(fā)送端跟接受端需要來回輸送不同的數(shù)據(jù)，才能夠讓發(fā)送端算出最優(yōu)化的傳輸量。假如TCP需要N次迭代，每一次需要一個RTT(來回傳播的時間)，迭代收斂(convergence)所需時間就是N*RTT。
但如果把這計算的迭代放在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，例如，在瓶頸鏈路處或附近，可以容易地獲得關(guān)于瓶頸處擁塞的信息。 在此處，計算通過當(dāng)?shù)赜嬎阍O(shè)備的迭代來完成。算出最佳速率將被傳送到2個端點(發(fā)送方和接收方)。因為今天的CPU速度夠快，計算傳輸量的時間與發(fā)送到2端所需的時間相比，小到可以忽略不計。因此，最優(yōu)傳輸量的僅延遲最多½RTT(可以短至¼RTT)，這明顯快N * RTT(其中N是TCP計算其最優(yōu)傳輸量所需的迭代數(shù))。
08 谷歌BBR協(xié)議改良TCP
谷歌發(fā)現(xiàn)這事，就發(fā)展了一個TCP的替代品叫BBR，BBR使用確定性等效原理(Certainty Equivalence)控制理論來改善TCP。單單用這個原理，就得到比現(xiàn)在的TCP的速度好28倍。這打破長久以來的網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)界的看法，就是TCP 很難再進步，而且TCP是不能被取代的。谷歌的貢獻就是打破了這個迷思。
但是確定性等效原理在控制理論上是50年前的舊理論。按這原理：當(dāng)系統(tǒng)里面有很多不確定性的變化，就把它們?nèi)∫粋€平均值，如此就把不確定系統(tǒng)當(dāng)做是個確定的系統(tǒng)，把不確定的變化改成平均值的變化。好處是因為系統(tǒng)變成有確定性了，所以容易設(shè)計控制;但壞處是當(dāng)真正系統(tǒng)跟平均值不一樣的時候，就可能造成很糟糕的控制效果，這就是BBR的問題。
下一個圖表達BBR在嘈雜的路徑中表現(xiàn)是很差的，這是一個在美國國家的能源部的實驗室所做的一個測試，這個測試里面可以看BBR比TCP多大量的重傳跟：第一例子TCP重傳數(shù)是10700，但是BBR的重傳數(shù)是240340 (24倍)。
圖6：BBR的重傳數(shù)太大[2]
09 好的控制理論可以得到更好的性能
如果使用比較成熟的控制理論，就能使TCP的吞吐量提高10到1000倍，而不只是28倍。今天有好幾家公司已經(jīng)做到能夠使TCP的速度增加10到1000倍。Signiant是一家公司，發(fā)展了一個新協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)比TCP快800倍。FileCatalyst是另外一家公司，發(fā)展了一個新協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)比TCP快1000倍(下圖)。這里TCP用FTP來代表，左邊是有5小時40分鐘，另外是1分鐘23秒，相差1000倍以上。
圖7：FileCatalyst 使TCP的速度增加1000倍[3]
另一家叫Aspera公司(被IBM買去)。但是谷歌的BBR只有28倍，這里有什么不同?IBM，F(xiàn)ileCatalyst，Signiant都需要路徑不能夠跟其它的流量共享，但是BBR能夠跟其它流量共享，但是BBR跟其它流量共享的時候，它就不能達到1000倍，只能達到28倍。
不知道讀者觀察到一個重要的現(xiàn)象沒有?就是通訊速度和延遲沒有關(guān)系。這表示原來大家都認為的物理現(xiàn)象不是物理現(xiàn)象，而是協(xié)議沒有設(shè)計好。
另外一個重要現(xiàn)象就是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計不適合鏈網(wǎng)，因為TCP認為丟棄數(shù)據(jù)包是可以忍受的，丟的包可以重傳。但是在新協(xié)議里面丟數(shù)據(jù)包被最小化。這對鏈網(wǎng)非常重要，在共識機制上，如果一個數(shù)據(jù)包丟失，共識機制可能會失敗;一旦失敗，在同一塊里面所有交易都一起失效，必須重新再來。
這和傳統(tǒng)系統(tǒng)不一樣，在傳統(tǒng)系統(tǒng)每一筆交易都是單獨處理，一筆交易失敗只會影響自己，但是在區(qū)塊鏈里面，塊中任何交易失敗，在塊中所有交易一起失敗。所以在鏈網(wǎng)數(shù)據(jù)包不能隨意丟失。鏈的速度越快，越不能丟數(shù)據(jù)包，因為每次重來，可能會影響到上萬個其他交易。
10 兩學(xué)派都是從麻省理工學(xué)院出發(fā)的
今天網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的爭論，不是最近開始，也不是20年前開始，是40年前開始，而且都在同一個系。網(wǎng)絡(luò)使用控制理論是從麻省理工學(xué)院信息與決策系統(tǒng)實驗室(LIDS，Laboratory for Information & Decision Systems)開始的，而傳統(tǒng)協(xié)議卻是麻省理工學(xué)院計算機和人工智能實驗室開發(fā)的。兩個實驗室都在同一系，但是在同一領(lǐng)域上卻產(chǎn)生2個對立的學(xué)派。
LIDS大師云集，有世界著名控制理論和信息論教授， R. Gallager, D. Bertsekas, S. Mitter，M. Athans等。其中，Gallager和Bertsekas奠定了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的理論基礎(chǔ)。第二作者就是兩位大師的學(xué)生， 并在這實驗室完成博士論文，研究互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。
圖8：麻省理工學(xué)院LIDS教授Robert Gallager
這學(xué)派注重數(shù)學(xué)、建模和理論基礎(chǔ)，但是很少開發(fā)實用軟件。由于缺乏實際軟件開發(fā)，LIDS的理論影響力較小。而且當(dāng)時網(wǎng)絡(luò)實在太小(64節(jié)點)，控制理論的作用不大，因此沒有得到重視。但是第2作者在麻省理工學(xué)院LIDS的時候，大師們經(jīng)常提到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議缺陷，并且認為在沒有系統(tǒng)數(shù)學(xué)理論的支持下，以后互聯(lián)網(wǎng)必定出問題。40年后，網(wǎng)絡(luò)非常大，果然問題也出來，SDN/NFV的目的就是要解決這些問題。加上區(qū)塊鏈，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議大幅度改革的時間已經(jīng)來臨。
雖然LIDS因為沒有開發(fā)協(xié)議軟件，我們經(jīng)過20多年車庫工廠(garage shop)開發(fā)，終于開發(fā)出基于控制理論的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和軟件，而且實際性能比現(xiàn)在協(xié)議好上許多倍。今天LIDS當(dāng)初的思想被證實是正確的。
許多人認為TCP不可能被超越10-1000倍。事實上，這不但不是不可能，而且是自然現(xiàn)象。反而是低效率的協(xié)議才是不自然的現(xiàn)象。從圖3可以清楚看出1000倍成長是非?？赡艿?。在延遲到400ms左右的時候，TCP性能降到物理性能的千分之一。如果新網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能和延遲沒有關(guān)聯(lián)，性能就是傳統(tǒng)TCP的1000倍，而這樣的協(xié)議世界已經(jīng)有幾個單位做出，包括我們團隊。
11 結(jié)論
區(qū)塊鏈界在過去經(jīng)常出現(xiàn)三人成虎，以商業(yè)白皮書帶領(lǐng)學(xué)術(shù)，人云亦云的現(xiàn)象。在這種情形下，一般老百姓會被誤導(dǎo)，有時候連學(xué)者也沒發(fā)現(xiàn)誤區(qū)，當(dāng)這些誤區(qū)被認為是真理的時候，連政府權(quán)威單位出的科學(xué)報告在媒體上都會被取笑。例如英國首席科學(xué)家報告就是一個著名例子，明明是大力支持區(qū)塊鏈的科學(xué)報告，卻被幣圈嬉笑怒罵，認為英國政府里面最重要的科學(xué)顧問不懂區(qū)塊鏈。這些誤導(dǎo)影響區(qū)塊鏈正常發(fā)展，得到不需要的質(zhì)疑和阻力。
以下列舉一些誤區(qū)：
1. 區(qū)塊鏈是去中心化，和國家治理原則沖突
中本聰?shù)脑木蜎]有“去中心化”這概念，而且英文原文decentralization 也不是“去中心化”， 大部分字典都翻譯為“分權(quán)式” 而不是去中心化。 “去中心化”是無政府主義的人后來加添的概念。加拿大央行在2017年報告說的對，區(qū)塊鏈系統(tǒng)可以是分布式或是分權(quán)式，但是中心還在，特別是中央銀行必定存在。
區(qū)塊鏈和現(xiàn)在政府治理原則沒有沖突，政府本來就是分權(quán)式運作，有中央政府和地方政府，各有不同的權(quán)力。使用區(qū)塊鏈系統(tǒng)不代表中心被去掉，而是把數(shù)據(jù)一致性分給參與節(jié)點來保證參與方和中心同步。中國學(xué)術(shù)界和研究院應(yīng)該積極使用正確的名詞來討論區(qū)塊鏈。
2. 數(shù)字代幣不是區(qū)塊鏈，而是區(qū)塊鏈的一個應(yīng)用
一些人否定區(qū)塊鏈是因為對數(shù)字代幣有反感，但是沒有了解數(shù)字代幣不是區(qū)塊鏈，只是個區(qū)塊鏈應(yīng)用。英國國會就公開宣言，英國政府永遠不會使用數(shù)字代幣例如比特幣在政府系統(tǒng)里面，這次宣言由英國央行，英國首席科學(xué)家，倫敦金融城重要智庫，和相關(guān)學(xué)者在國會討論后發(fā)表觀點。而這些都是在英國最支持區(qū)塊鏈的單位或是學(xué)者。他們都把區(qū)塊鏈和數(shù)字代幣分離。
反之，我們應(yīng)學(xué)習(xí)美國的頂層制度設(shè)計。美國政府是個強烈反對數(shù)字代幣的國家;早期甚至把一名數(shù)字代幣開發(fā)著放進監(jiān)牢。但在2018年年初國會開會后，美國態(tài)度反而是積極前進，不但金融監(jiān)管單位SEC， CFTC出臺政策，連醫(yī)療監(jiān)管單位FDA也出臺政策和指南支持區(qū)塊鏈。美國醫(yī)療區(qū)塊鏈就是在這環(huán)境下推進，建立一個活潑生態(tài)。
最后，鏈網(wǎng)將帶給中國巨大紅利：互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)改變了中國社會，帶給中國重要科技和巨大經(jīng)濟利益。中國獨角獸公司包括華為、阿里巴巴、騰訊、百度等為中國帶來重大的生產(chǎn)力和經(jīng)濟效益，這些都是和互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)。鏈網(wǎng)將是下一代互聯(lián)網(wǎng)，新網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不但帶來高性能的網(wǎng)絡(luò)，也使中國第一次有自主的網(wǎng)絡(luò)。這將是個有主權(quán)的網(wǎng)絡(luò);新的互聯(lián)網(wǎng)不但不是法外之地，而能自動執(zhí)行中國法規(guī)，主動在線上維持中國的法治。
關(guān)鍵詞： 區(qū)塊鏈互聯(lián)網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)施 鏈網(wǎng)
