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《数字化信任:区块链的本质与应用》精华(五):区块链与新一代智能互联网
  • 《数字化信任:区块链的本质与应用》精华(五):区块链与新一代智能互联网

    Innov100
    2020-06-30 15:45:23
  • 赛智时代赵刚博士的新作《数字化信任:区块链的本质与应用》出版,在书中作者提出了智能互联网的新概念,阐述了区块链在新一代智能互联网中角色和作用。区块链是一项集成创新的技术,它是对等网络、分布式数据库、密码学、共识算法、智能合约等技术的组合式创新,构建起了数字化信任系统。作为新一代智能互联网的可信操作系统,区块链技术又与互联网、云计算、大数据、人工智能、物联网等其他新一代信息技术共同构成了新一代智能互联网,打造了智能互联网的可信基础设施。

    一、区块链技术创新的新方向

    虽然经过十年的发展,但区块链技术仍处在创新萌芽阶段,在交易效率、数据存储能力、系统通用性和可扩展性、安全性等方面都还有很多缺陷,远不能满足经济和社会应用的需求。与很多分布式系统一样,区块链技术中有一个所谓的“不可能三角形”,就是在公平、效率和安全组成的三角形中,三者不可能同时做到最优。公平、效率和安全,三者最大程度的均衡,就是一个通用型区块链系统的技术创新的主要方向。

    作者认为,追求公平性是区块链技术创新的第一个重要方向。技术上主要体现在共识算法的公平,公平性最好的共识算法是证明类共识算法,依据的原则是“靠实力说话”;公平性其次的是选举类共识算法,例如PBFT、Paxos 和Raft 算法等,依据的原则是“群众说了算”;还有随机类共识算法,例如Algorand 和PoET 共识算法等,依据的原则是“碰运气”;公平性一般的是代表类共识算法,例如DPoS等,依据的原则是“代表说了算”。结合具体应用场景,采用不同的可配置的共识算法。

    作者认为,效率是区块链技术创新的第二个重要方向。为了提高效率,就要在某种程度上牺牲“去中心化”,主要技术路线有高效共识算法创新、扩块、分片、分层等。高效共识算法创新是一种解决方案,从POW切换到POS、甚至DPOS;扩块是一种存储扩容的办法;分片是一种链上扩容方案;分层是一种链下扩容解决方案。这些方案,通过计算和存储能力提升,来提升效能。

    作者认为,安全是区块链技术创新的第三个重要方向。区块链是一个复杂的技术组合系统,不同技术层面都可能存在安全隐患。与通用计算系统的立体式安全防御一样,区块链安全解决方案也要从网络安全、节点安全、软件安全、密码算法安全、共识算法安全、智能合约安全、数据隐私保护、应用安全等多个角度进行综合应对。例如,就网络安全而言,针对P2P协议的网络漏洞,要针对性进行日蚀攻击、路由攻击、DDoS攻击等的防范;就节点安全而言,保障节点可用性也是节点安全的重要方面,要提供节点失效后的快速恢复机制、高效的节点热备切换机制等;就软件系统安全而言,要防范短地址漏洞、整数溢出漏洞、公开函数漏洞等,并定期更新版本;就密码算法安全而言,要支持国密算法的使用;就共识算法安全而言, 要防范51%攻击、自私挖矿、顽固挖矿等多种攻击;就智能合约安全而言,要通过利用形式化验证来解决智能合约的安全性问题;就应用安全而言,要有专门的机制加强对私钥等保护;就数据隐私保护而言,要利用IP地址保护、数据脱敏、数据加密、零知识证明 、同态加密 、安全多方计算 、联邦学习 、Mimblewimble 等数据隐私保护技术,加大对数据隐私的保护力度。

    作者认为,跨链是区块链技术创新的第四个方向。跨链技术就是实现一个链与另一个链进行数据交换的协议,实现跨链的技术路线主要包括公证人机制(Notary schemes)、侧链/中继(Sidechains/relays)技术、原子交换技术(Atomic swaps)或哈希锁定(Hash-locking)、分布式私钥控制(Distributed private key control)技术等。

    作者认为,智能合约技术创新是区块链技术创新的第五个方向。智能合约的技术创新,主要从合约编码、合约性能、合约智能、合约合规、安全性以及合约隐私角度进行创新。

    作者认为,底层技术创新是区块链技术创新的第六个方向。DAG(有向无环图)、哈希图等取代链实现并发的分布式事务处理流程。

    作者认为,从监管角度而言,区块链治理技术创新也是技术创新的一个方面。

    二、新一代智能互联网的可信操作系统

    未来30年,互联网将向哪个方向发展?赵刚博士认为,技术上,新一代互联网将发展成为“智能互联网”。智能互联网是以物联网为边缘感知系统、以新一代通信系统(如5G)为接入和传输系统,以云计算数据中心为存储计算系统,以大数据资源库和大数据平台为动力枢纽系统,以人工智能算法和程序为大脑决策分析系统,以区块链作为数字化信任系统的新型互联网大系统。因此,智能互联网具有六大关键子系统,共同形成新一代智能互联网的总体架构,如图。

    

    图 未来智能互联网的体系架构

    作者认为,区块链+物联网可以构建智能互联网的可信感知系统。作为物联网中智能设备的分布式账本,区块链能够帮助记录物联网设备的数据,使得物智能设备之间建立分布式的信任。不仅仅是物联网需要区块链,区块链技术的不足,也能通过物联网得到补足,例如,通过电子标签、视频传感器等物联网技术,就能够保证信息来源的可靠性,保证上链存证的数据是来自“原产地”或“原厂商”,也保证这份数据没有被篡改过,从而为物品溯源、食品安全等提供了很好的技术解决方案。

    作者认为,区块链+通信网络可以构建智能互联网的可信连接通道。通信网络系统是一个复杂大系统,由多家运营商提供各种通信资源和服务给用户使用。区块链技术在通信网络基础设施的共建共享中有着广泛应用场景,例如实现基于区块链技术的网络设备可信共享、频谱资源可信共享、网络运营资源可信共享等。

    作者认为,区块链+云计算可以构建智能互联网的可信服务。区块链即服务(Baas)是云计算的重要业务方向。区块链服务能提供新的分布式云计算服务能力,以实现数字化信任,可扩展现有的云计算服务的能力,例如去中心化的搜索、去中心化的存储系统、去中心化的文件系统、去中心化的社交网络系统等服务。

    作者认为,区块链+大数据实现智能互联网的可信数据流通。作为多方共享的分布式账本,区块链有助于数据服务机构向社会公开数据的操作过程;作为数字身份管理的可选工具,区块链有助于将身份的权利和义务结合起来,真正实现“我的数据我做主”;作为信任的载体,区块链有助于通过分布式账本技术和智能合约,为数据确权提供支撑工具,促进数据交易、合作和按“劳”分配,将可能为“数据作为生产要素按照其价值贡献参与收益分配”提供新的数字化手段。

    作者认为,区块链与人工智能可构筑智能互联网的可信大脑。区块链很多方面可能与人工智能有交集,并发挥作用。区块链的共识机制,如PoW,也依赖于GPU等并行计算能力;区块链能促进大数据的共享流通和隐私保护;区块链打造的数字化信任与基于多智能体的群体智能存在交集。这就产生了区块链+人工智能的一些应用方向,例如用于人工智能学习的有用工作量证明、区块链+联邦学习算法、基于区块链的群体智能合作框架等。

    总之,区块链技术是一个战略性、基础性技术,将技术不断创新,将推动数字化信任的完善,并促进数字经济和数字社会发展。

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