北京大學雷凱：區塊鏈如何與未來網路基礎設施結合？
天下苦網際網路結構久矣。
在11月25日舉辦的2018中國區塊鏈技術大會“區塊鏈體系架構與共識機制”分論壇上，北京大學副教授雷凱發表了《區塊鏈與未來網路基礎設施》主題報告。
在雷凱看來，當前以IP為基礎的網際網路結構存在著以下問題：①使用者與網路的繫結；②數字資源與傳輸端的繫結；③身份與資料的未繫結。以內容為中心的未來網路（Information Centric Network，ICN ）可以滿足高效安全的內容獲取、共享和分發。區塊鏈與未來網路的結合，可以增強網路基礎層的信任，解決祕鑰管理、訪問控制以及ICN存在的快取中毒攻擊等。
以下是雷凱演講內容，部分有刪減：
我今天給大家報告的題目是《區塊鏈與未來網路基礎設施》，在計算機誕生以後的六七十年，很多的內容已經發生了技術上的變革和淘汰。但是我們發現，網路還是基於主流的IP時代。我們在想，IP這個東西到底是不是已經落伍了，和區塊鏈能否產生結合？
區塊鏈中網路基礎問題
區塊鏈現在最大的問題是什麼？我們解決了太多的技術問題，但是大規模應用的問題依舊沒有解決。如果沒有達到網際網路那種規模能力，說一千道一萬，大家享受不到好處，所以這也是我們要關注的一個很重要的問題。
從05年開始到11年，我一直在北京大學網路實驗室開發一個叫做“天網Maze”的東西，那個時代的本科大學生可能知道，這是當時教育網最大的P2P檔案儲存共享系統，累計註冊使用者850萬。
Maze一直沒有解決的深層次的問題是什麼？我們有一套積分系統，我們積分系統的問題在哪裡？
第一，我們的創世幣實際上是免費送的，使用者註冊是零代價的，沒有proof of work。大家很不珍惜我們這個幣，動不動裡面就出現了上億個積分的億萬富翁，他申請多個賬號，把檔案在這些賬號相互之間傳，所以積分沒有起到應有的激勵作用。
第二，上傳和下載的非價值維護模式。我們為了鼓勵上傳，上傳者獲得的積分比下載者支付的積分至少多出50%，這就造成了每一次下載，都會通貨膨脹，以及積分規模的增長超過了檔案規模的增長，缺乏價值維護。所以說，我們的激勵機制並不是一個真正大眾受益的激勵制度。
第三，有不少技術不成熟的地方，包括內容審計、檔案確權、粒度確權、Freeride等。
這些問題歸納 起來就是：①積分的“價值性”沒凸顯；②流通不方便；③使用者沒有表達需求的途徑。④資源沒有表現自己“資產”的途徑；⑤過於集中化的設計理念。總之，沒有給使用者提供一個可靠的、價值的、共識的、規範的底層支撐系統。
內容中心網路（ICN）與區塊鏈的結合優勢
內容中心網路，它的核心思想就是解決上述三大核心問題。
IP最開始設計的時候，它解決的是資料傳輸的問題，並沒有預料到網際網路發展到現在是一個大家共享價值、共享理念、共享信任的網路。
所以言外之意，網際網路的上層的應用需求、市場經濟需求等，現如今已經發生了很大的進步和變化，這是一個適者生存，劣者淘汰的過程，我們需要自我革命。
以內容中心的未來資料網路，它的根本改變是什麼呢？
網路中不再用IP地址作為標識，這是一種很老套的交通模式，就像鐵路交通一樣，一定要有鐵軌，火車才能開。對比一下，公路交通就不需要，如果車夠好的話，實際上沒有路我也能開。就像魯迅先生說的：世界上本沒有路，走的人多了就有了路。
我們的現在的通訊協議的定址方式類似於古老的寫信。每個資料包上都有一個寄件人地址，一個收件人的地址。言外之意，我這封信一定要對應一個門牌，這個門牌一定要對應一個物理位置或者地理位置。
現在的網路不一樣了，每個人都拿著手機，位置一直都在變，我怎麼去解決這些問題？我們不可能在一個地方等著通訊對吧？
我們從11年開始尋求以內容為中心的未來網際網路構架，它的基本變化是什麼？就是網路之間，資料通過名字來進行關聯，就像我們找一個人的時候，我會叫他的名字，他在任何地方都能跟我進行呼應。
裡面涉及很多東西，做了很多冗餘的事情，比方說在網路傳輸層中加入快取，因為很多資料在網路中傳來傳去其實是重複的，浪費了很多社會資源。
IP網路是中心化結構。我們時常會抱怨網慢，其實網路傳輸並不慢，已經可以做到光傳輸。問題核心在於我們網路底層的交換機，它就相當於一個交警，要指揮全國的十字路口交通，忙不過來。
IP網路面向的是連結，類似於鐵路交通。我們的電子商務為什麼會發達？重要的不是我們的交通技術進步了，而是我們的物流越來越智慧，它承擔了更多的功能，只要提出我的問題，就能滿足我們的需求。
所以基礎設施很重要，網路的功能豐富化很重要，我們現在所做的很多的這種上層應用的補丁，說白了都在重複的做，應該網路直接來解決這些共性的一種需求。如果網路做好了，上層的應用就不會那麼複雜，我們也不用一定要裝微信，我們也不用每個人都註冊一個郵箱地址。
其他的還有移動性的問題、多網路並行等。因為5G時代其實我們要解決的不完全是公路的問題，鐵路的問題，我們要解決公路、鐵路還有飛機，還有海運一體融合的問題。
按照IP協議的設計，端到端是不可能的，必須要改變它的傳輸和定址方式，同時還有安全。我們現在安全模式基於管道模式，比如我從俄羅斯到中國運送天然氣，我保護的是管子，不是天然氣。
我們做了一些具體的研究工作，將區塊鏈和資料命名網路NDN技術結合，稱之為BlockNDN 。我們的論文現在引用次數不多，因為是關注未來網路的人不多。
它的特性 如下：
①上下拓撲一致，更低的多多、廣播開銷，更快的區塊傳播； ②去中心化的系統，不需要超級節點建立連線（閃電網路）； ③匿名安全，防止針對於IP地址的嗅探與監聽，保護隱私，解決諸如比特幣中日蝕攻擊（ Eclipse attack）等問題。
這是我們做的一個工作，基於區塊鏈的NDN金鑰管理與訪問控制方案，能夠增強網路基礎層的信任：
①提出了基於區塊鏈的金鑰管理機制，語義層次化授權認證模式將使用者公鑰及其雜湊記到鏈上。 ②設計了公鑰的認證、驗證、撤銷機制。 ③解決NDN多層次公鑰鏈的單點失效及獨立信任域在沒有信任錨情況下相互驗證的問題。
案例1：區塊鏈與無人機
這是我們在無人機方面做的工作，期刊正在大修。
這裡面有個快取中毒，可能大家覺得費解。就像比特幣區塊鏈網路裡，為了防止資料有可能被人篡改，中本聰在比特幣白皮書中提到的6次確認的問題。因為在開放環境裡面，我也不知道我收到的資料就一定是真實，只能通過概率上去推斷。
我們在無人機裡面構建的一個自認證的命名方案，來指定所要檢索內容的雜湊或者釋出者身份。
所有這些問題核心就是說，你在一個不能相信任何人的情況下，你怎證明你自己能做好這些安全相關的事。
我們還提出了自適應的代理共識演算法，公鑰和私鑰對的許可權的分散管理。
案例2：智慧生態網路
我們今年也提出了智慧生態網路的概念：IEN（IntelligentEcoNetworking），它主要的事情還是做聯網。
IEN是一個融合區塊鏈去中心化共識信任維護、Token化細粒度分配機制構建而成的眾享協作聯盟、共產共惠的價值網際網路產業生態。
我們在做這件事的時候強調兩個方面：第一物聯網不能只是解決計算機的資料傳輸問題，還要解決生態建設支撐的問題，因為我們上層的應用需求已經發生了很大的變化。
同時，人工智慧技術的進步，使得網路已經逐漸分流為一個控制層和一個數據層，資料層就相當於車輪子。從硬體的角度來說，我們做一個安全可靠的車輪子（資料層）就可以了。但是車（網路）的好與壞，其實在於它的控制性，比方說它能耗系統、方向盤、還包括各種安全保障技術。
這是我們設計的體系結構，我們提出了全維可雲化概念，同時我們構建了雲/霧/霾三層計算網路。
很多區塊鏈專家說了資料確權的事，在數字經濟時代，價值內容資料的權不其實跟我們傳統的商品的權是有本質區別。很多資料實際上是可以複製的，有些資料複製完了，它的價值依然存在。有些資料複製完了，價值就消失了。還有一些資料是法律法規不準複製，還有一些資料是不能複製的。
為了構建公平互惠的良好聯網產業經濟，IEN聚焦於節點創造的資訊本身帶來的價值（去無效/垃圾流量），支援網路精確利用率的經濟結算。這些包含有價值的資訊即以價值內容資料的形式呈現，有三個特點：
①多種不同的資料結構(來自不同物聯網裝置的有價內容資料採用不同編碼或壓縮格式); ②網路節點共同認可和維護的資料價值評價計量體系; ③交易細粒度結算：價值內容資料直接用於交易。由於價值內容資料本身可以直接作為交易物件，實現跨價值系統的價值維護和流通。交換和共享資料是數字轉型的規模化和更成熟階段的創新和轉型的關鍵。
IEN採用Proof of Valuable Content Sharing（PVCS）共識機制維護價值體系，它的核心思想是網路裝置為有價值資料花費的計算和儲存資源越多，越可能分配到記賬權。
IEN最合適的場景目前就是在物聯網裡作為前沿研究探索。因為物聯網第一步是要解決感測器的資料，PVCS面向物聯網採用DAG的資料結構來實現分散式、不可逆的資訊傳遞。同時VRF作為一種基於密碼學的新型共識模型，PVCS演算法可利用VRF增強物聯網共識網路的可擴充套件性。
在資料的價值權方面，IEN引入Token機制，對資料的價值權做細粒度量化分配。因為物聯網產業經濟實現共惠共利的首要前提是可信賴的資料內容的價值評估和有效的激勵機制來計劃token的發行與分配。Token的作用在於智慧終端的激勵和資料二次開發交易，承載著可權益量化的價值 ，通過區塊鏈進行交易的流通過程實現了價值的維護和流通，在細粒度的Token的引入下，解決內容中心未來網路的確權、量權、確責問題。
我這裡提一下自己的感想，區塊鏈，是阿凡達夢境文明之魂。去中心，其實更多的是我們建一個更先進的協同和諧的中心。資訊中心網路，是潘多拉世界砥礪之基。在唐僧的四個徒弟中，大家千萬不要忽略了白龍馬，沒有白龍馬，我們有再先進的理念也走不到西天。