《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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