2017-05-27 直播 贵阳数博会5.27@国际生态会议中心二楼会议室4
2017-05-27 简书 贵阳数博会（蔡维德）区块链互联网
2017-06-03 天德信链 链网实验室 区块链互联网（演讲稿）
蔡维德@贵州数博会（2017年5月27日）演讲稿
北京航空航天大学 & 北京天徳科技有限公司
国家大数据（贵州）区块链互联网实验室
2017数博会区块链主权管理与应用创新高峰论坛。出席论坛的领导和嘉宾有中央网信办信息化发展局副局长 张望，工业和信息化部信息化和软件服务业司副司长李冠宇，贵阳市副市长、党组成员 钟汰甬，中国互联网协会秘书长 卢卫，中组部“千人计划”特聘教授蔡维德，国家会计学院教授 卢力平等。
区块链主权管理与应用创新高峰论坛会场气氛热烈
论坛主题是区块链“构建秩序共享价值”。论坛分为主办方和领导致辞，主题演讲和圆桌对话三个环节。首先中国互联网协会秘书长卢卫致辞！
以下为“区块链互联网” 主题演讲分享
2017年5月27日，贵阳，蔡维德主题演讲“区块链互联网”
区块链引进第二代互联网
有人说区块链是第四次工业革命，也有人说区块链是320年或500年一次的金融大改革，也有人说区块链是第二代互联网或者称价值网。这些说法都有他们的根据，例如，区块链是320来的一次金融大改革是因为英国央行在320年前开始发行英镑，而2016年英国考虑发行英镑数字货币。历史上，任何一次发行新货币都会引发一个金融改革。而区块链是第二代互联网是因为区块链可以成为价值互联网的基础。
假如区块链的是第二代的互联网，但是第二代的互联网的协议是什么？
“区块链互联网” （简称“链网”）
- 上层需要应用协议，
- 中层需要支持区块链的数据库和操作系统，
- 底层需要支持区块链的网络协议。
网络需重构及新的协议
我们可以以链网与物联网（IoT）比较，因为有许多人认为，物联网是第二代互联网。例如，谷歌认为以后物联网会取代互联网，所以有许多物联网的协议出现。下图是物联网与互联网的比较。物联网有许多相关的协议来支持其架构，但链网有这样的协议吗？
物联网与互联网的比较
例如，链网上层需要一些重要协议ISO-20022，是金融市场现在常用的一个重要的协议，但这个协议并没有使用区块链。如今，有哪个研究机构正在研究使用区块链来支持此协议？现在只有SWIFT（Society for Worldwide Interbank Financial Telecommunication）公司正在研究。但是SWIFT不是普通的金融公司，也不是国际上一个重要的金融中心，它是世界金融中心的中心。现在全世界银行跨境支付都要经过SWIFT来转账。从去年这个世界金融中心的中心就开始加班加点研究如何将区块链用在ISO-20022上。这是一个链网顶天的方式。
我们可以从网上搜集到各式各样的区块链协议，见下表。
区块链层次和协议
网上提出的链网的各样协议有五层（Layer）：
- 第0层是共识，包括比特币元协议（BTC meta-protocal）、ETH合约等；
- 第1层是经济，包括独立代币（independent token），外部代币测链（sidechain of external token）等；
- 第2层为服务，包括区块链服务以及离链（off-chain）服务；
- 第3层为互操作，包括交换（exchange）、跨链信息传递等；
- 第4层为浏览器，包括Mist、OmniWallet等；
- 第5层为Dapps，包括云计算、开放集市等。
这些协议写的非常好，然而它们大部分都是由区块链的技术来主导的，而不是从市场需求角度来考虑区块链应用。
- 从底层来看：第0层就是共识，不够底层，互联网底层是TCP/IP，所以很明显的区块链的协议没有落地在网络的底层。没有相对应互联网底层的协议TCP/IP，所以现在的区块链是完全使用互联网的协议，以至于区块链不能以高速进行，也不够安全。因为，区块链的其中一个要素就是加解密。“区块链互联网实验室”已提出在TCP那层放加解密的协议，并已申请专利。
- 从中层来看：现在只有基于区块链的浏览器，如Mist等，但是没有基于区块链的操作系统与数据库。所以，这些浏览器运行在不支持区块链的操作系统上，并使用不支持区块链的数据库。
- 从上层来看：没有考虑到区块链的重要应用协议，例如ISO 20022，这是被世界上许多银行使用的协议。今天要让银行放弃ISO 20022是一件困难的事情。
总而言之，没有做出像物联网那样全套的网络系统，没有从外面的需求来提出区块链的协议，链网协议多半是以技术主导。然而只有技术很难改变世界。所以，要想让区块链要成为新一代的互联网，还有一大段路要走。
区块链互联网概念出现
最近，有一个新名词出现“链网”（Internet of Blockchains）。
- 异构网络（Heterogeneous networks）：最早由欧美国家所提出的，如欧洲提出的Polkadot，和美国提出的宇宙网络（Cosmos）**
- 同质网络（Homogeneous networks)：在同一时间，亚洲也提出了一些的链网的概念，例如卫星网络和（天德）熊猫链网。
原文：最近，有一个新名词出现“链网”（Internet of Blockchains）。在欧美，一些链网开始得到融资，并且在非常短的时间（半小时）内融到了很多资金（1,700万美金）。这其中包括了由欧美国家所提出的一种异构网络（Heterogeneous networks），例如由欧洲提出的Polkadot，和美国提出的宇宙网络（Cosmos）。在同一时间，亚洲也提出了一些的链网的概念，却是同质网络（Homogeneous networks)，例如卫星网络和熊猫链网。
Polkadot
2017-06-09 岳利鹏 链互联 Polkadot(波卡链)白皮书连载1
2017-06-11 岳利鹏 链互联 Polkadot(波卡链)白皮书连载2
2017-06-16 岳利鹏 链互联 Polkadot(波卡链)白皮书连载3
作者：Gavin Wood博士，以太坊&Parity创始人，GAVIN@PARITY.IO
译者：lipeng@chainx.org，版权所有，未经许可，禁止转载。
宇宙网络（Cosmos）
- 异构网络，作为一种跨链的机制，参与的链有不同的架构、不同的协议、不同的资产，例如有的是比特币，有的是以太币，所以它们转换起来比较困难。
- 但在同质网络上的链，有相同的链架构、相同的协议，但是有不同的资产，例如有的是股票，有的是美金、英镑、人民币。因为同质网络有相同的协议与架构，所以互通性强。卫星链甚至每条链的节点数目都一样。
一般来说，同质网络比异构网络更加容易扩展、互通、与延伸。
链网的原则与分析
在分析任何链网之前，先确定链网的原则。要成为一个链网，首先参加的链需要具备下面的特性：
- 高性能（High-performance）：高吞吐量，低延迟。
- 安全和隐私性（Security and Privacy）
- 可扩展性（Scalability）
- 容错性（Fault-tolerance）
以上是所有参加的链的通性。
但是成为一个链网，还需要下面的特性：
- 多链式架构（Multi-chain structure）：异构网络是由多条不同的类型的并行的链所构成的；同质网络是由一群相同类型的并行的链所构成的。最大的不同是一个多链式架构，而不是一个单链式架构。
- 互通性（Interoperability）：在异构网络上，每一对不同的链都需要有互通的协议。假设，我们有100种链参加链网，则需要100x99＝9,900种互通协议。可见这种互通性的协议需要大量的工作。
- 可延伸性（Extensibility）：链网可以无限延伸扩大。因为，一个链网可以像互联网一样，随时的、无限制的到处延伸，可以有几千、几亿、几兆的网络、网民参加。
- 可更改性（Modifiability）：在互联网上面，任何的机构和个人可以随时的加入、离开，但是整个互联网的架构并不改变。所以，链网也可以让任何机构或个人随时加入或离开，但是区块链架构不能改变，链网的架构也不能改变。
- 可复制性（Duplicability）：每个链可以很快的复制。如果链的复制很慢，链网需要很长的时间才能搭建起来，高可复制性可以迅速的搭建链网。
- 可管理性、非对称结构（Asymmetric structure）：链网必须具有可管理性。正因为管理机制的存在，链网具有非对称结构。有些节点或链会比其他的节点或链更加重要，并拥有非对称的信息，例如监管机构、域名服务商、控制节点等。
- 层次性（Hierarchical structure）：成为一个大型网络，链网必须具有层次性，高层次的链和节点具有不对称的权利。
- 一致性（Consistency）：每一条链都必须有自己的一致性，链与链之间也要有一致性的协议。
- 高可靠性（Integrity）：链网既然是一个价值网络，就必须具有高可靠性。
- 完备性（Integrity）：每一条链与每一条链的共识机制及消息的来源与可靠性是不一样的，因此不同的链的完备性是不一样的。低完备性的链不可以输送数据到高完备性的链，而高完备性的链可以输送数据到低完备性的链，这是根据Biba模型，如下图所示。如果高完备链收了低完备链的数据，高完备链的数据就会被污染（contaminate）。
Biba 模型
动态的链网完备性
我们可以在链网上使用传统的完备性所用的 Clark & Wilson 和 Biba 模型，但是我们需要考虑下面的因素：
- 区块链完备性 > 数据库完备性：因为区块链有拜占庭将军协议以及加密的机制，所以胜过于数据库的事物一致性协议。所以区块链的完备性胜过于数据库的完备性。
- 拜占庭链完备性 > 数据库一致性链完备性：一条链如果使用了拜占庭将军容错机制，其完备性就胜过于另一条使用了数据库事物一致性的链的完备性。
- 央行完备性 > 银行完备性 > 交易所完备性：这是由链的参与单位来决定链的完备性，参与单位的重要性决定了其完备性需求。例如，一个国家通常只有一个央行，却有多个商业银行，并可能有上千个交易所。而央行可以监管商业银行，商业银行可以监管交易所。
- 完备性和节点数目、历史有关：参与投票的节点越多，完备性会更高。过去有强完备性历史的链网，可能会持续保持其强完备性。
- 动态追踪完备性、动态链分类：每个链的完备性可以被动态追踪。两条链互通时，可以查阅彼此的完备性。如果高完备性的链必须接受低完备性的数据，低完备性的数据必须经过人工或自动验证，才能够被收入高完备链中，并且该数据可能会被归类为不可靠。
- 数据分类：数据来源的完备性可以被分类，例如某个交易所的数据来源，可能比另一个交易所的数据来源完备性高，因为前者的历史完备性好。
异构网络的分析
一般来说，现在的链网只考虑到了互通性，而没有考虑到完备性。
在宇宙网链（Cosmos）中，需要维持三个一致性：
- 每条链（参与链或中间链）需要维持自己的一致性；
- 中间链需要和每一条参与链维持它们之间的一致性；
- 一条跨链交易需要由多条参与链以及中间链来维持。
如今许多单条区块链都因为共识算法的复杂，需要很多时间和计算力，而无法提高效率。所以，如果要维持上面三条链一致性，那么这样的链网的效率就更低了。因为每条链与每条链之间，都必须用动态来维持，而且第一个一致性必须与第二个一致性是有关联的，所以在做第二个一致性的时候，必须牵动第一个一致性。
例如，参与链A与中继链做一致性，参与链B与中继链也做一致性。中继链要保持一致性，就造成参与链A与参与链B必须同时和中继链维持一致性，这会使整个链网变得缓慢。而且参与链越多，复杂性越大，这可能使这样的设计达不到第二代互联网的需求，因为参与链事实上可能有成千上万条。
一个严重的问题是这种中间链（或中继链）的架构是中心化的，无论是Polkadot 还是 Cosmos，都是一个中心化的架构。虽然中间链可以由一条分布式的链来完成，但是以整个系统来看，中间链还是一个中心化的组织。由于是中心化的组织过，如果有许多参与链需要彼此进行交易，中间链的计算及通讯量容易成为链网的瓶颈。
金丝猴模型
因此，“区块链互联网实验室”提出了一个新的模型“金丝猴模型”。而这个模型是完全分布式、多链网络，没有中心节点或者架构。
在这模型中，如下图所表示的，
- 红色的区域是参与链，可以有一个或多个金融机构，
- 而绿色的区域是中间链，也是一个或多个金融机构。
在两个参与链之间，可以有多条中间链，每两个机构之间都可以互相进行交易。
（天德）金丝猴模型
这与传统的所有跨境交易都需经过SWIFT的架构有一个极大的差别。SWIFT是一个完全中心化的金融架构，而金丝猴模型是一种分布式、自主的架构，可以多条中间链同时运行。因此，金丝猴模型所展示的新的金融架构，可以使链网更为快速、高效的运行。
在下图中所示的SWIFT的架构图中，
- 蓝色区域代表地方性银行或金融机构，
- 红色区域代表国际大型金融中心或银行，
- 绿色区域代表SWIFT，它是国际金融中心的中心。
图上只画了两个国际性大银行，事实上SWIFT是全世界所有金融中心的中心。
SWIFT的架构图
卫星链
卫星链由一群架构完全相同、节点数目也相同的链组织起来，如下图所示。
因为节点少，所以它可以高效。一般来说，节点越多，所耗的计算力与通讯量越大。下面得只画了二维的，卫星链也可以是多维的。
这种链的好处是可复制性强，而且容易扩展，可以无限扩充，并保持整体结构不变。
卫星链
节点数目，是根据数学模型中的包装问题（Packing Problem）而来。在一个地域里，六角形是最好的结果，能够用最小的空间，放上最多的球，且球之间的距离最短。由于看起来像一个蜂窝，有人也称它为蜂窝链。所以卫星链也用这种方式，将链网搭配起来。下图是二维的包装问题，但事实上也可以是三维的。三维的包装问题也有一种特殊的架构。
包装问题
熊猫链网
熊猫链网使用双链式架构，由ABC（Account Blockchain，账户链）、TBC（Trading Blockchain，交易链）组成。
- 每一个参加的金融机构，都至少有一条ABC和一条内部TBC。
- 内部TBC专门为金融机构内部转账时使用。
- TBC只负责维持账户的余额，
- ABC可以有负载均衡的架构。
- 两个交易的ABC之间，至少有一条外部TBC，负责这两条ABC之间的交易。
- 一条外部TBC可以处理多条ABC，两条ABC之间也可以有多条外部TBC。
- 任何金融机构都可以随时加入链网。只要自己先成立一条ABC，加上内部TBC，再参与一到多条外部TBC，就可以加入这个熊猫链网。
如下图所示，左边是已有的部分，右边是新增加的部分。
熊猫链网结构图
熊猫链网的应用
现在我们来介绍熊猫链网的一个应用。如下图所示，这个网可以由上百家甚至上千家单位参与，包括清算所、上百家交易所、几十家银行。每个交易所把交易的数据送给清算所，经过清算之后，清算所把要交割的指令送给参与的银行，而银行完成转账的工作之后，经过清算所，通知交易所。每一个金融单位，包括清算所、交易所以及银行，都有其自己的ABC，以及自己内部的TBC。几个交易所可以参与一个TBC与清算所通讯。清算所也用一个外部的TBC与银行通讯，变成一个熊猫模型。
熊猫链网的应用
根据前面链网的原则，该应用具有以下特性：
- 高性能、可扩展性、容错性的多链架构：因为每一个交易所都有它自己的ABC，经过TBC把信息传给清算所得ABC，而清算所的数据也经过TBC，通知银行的ABC。所以，每条链都必须是高性能、可扩展并且容错的。而且这明显是一个多链架构。
- 互通性：因为这是一个同质网络，互通性比较容易实现。每一个交易所都只会交易几种商品，例如牛肉、货币、邮票等，所以清算所它必须维持上百甚至上千到万不同的资产或产品。才能使清算所与交易所互通。
- 可延伸性：这样的网络可以无限延伸。可以有成千上万的交易所进来，也可以有上百或上千个银行加入。他们的加入必须经过增加TBC来延伸。每一个新进来的金融机构，都必须先建立自己的内部TBC，并参与外部的TBC。
- 可更改性：在这个网络，任何的交易所、银行，都可以随时的加入和离开，但是整个网络的架构不改变。
- 可复制性：每个金融机构都有它的ABC与TBC，而ABC、TBC的结构、算法都是一致的，所以容易复制。
- 一致性：每一条链都必须有自己的一致性，链与链之间也有一致性的协议。
- 高可靠性：这个应用是可以影响到千万到亿万的客户以及他们的账户，所以必须具有高可靠性。
- 完备性：如果所有参与的单位都使用拜占庭将军协议的链，那么这些链就比使用数据库一致性的链具有更高的完备性。但是根据参与单位的重要性，银行与清算所的完备性必须大过交易所的完备性。所以清算所与银行的完备性，必须使用拜占庭将军的一致性，而不能使用弱化链的协议。任何从交易所上来的数据，都被怀疑可能是被污染过的，所以需要经过多方验证，例如使用盘后数据与盘中数据对比，交易双方的历史完备性以及交易所的信誉来评价从交易所送来的数据。
- 数据分类：交易所的数据被列为大部分可信但是可能被污染过，所以需要多方验证。而银行出来的余额数据被认为是可靠的，由银行担保。
- 可管理性与层次性：在这个系统中，清算所中的数据量非常庞大，因为它必须存有所有参加交易所的数据，清算所的数据是一个“超级大账本”（SLL，Super-large-ledger）。清算所所含有的数据，是所有的参与的交易所所有的历史交易数据。除此以外，清算所也要存储所有相关的银行的所有账户。
这样的架构使得它与交易所之间有一个非对称的结构，而且清算所必需给予银行转账的指令，所以清算所的链必须是高可靠性、高完备性。
超级大账本
该“超级大账本”不同于Linux Fondation所提出的“超级账本”（Hyperledger）项目。
有人提过使用“区块链＋大数据”来实现“超级大账本”，就是用区块链来搜集信息，但是用大数据来分析信息。然而，经过三个月与金融机构的深谈，这样“区块链＋大数据”的架构是不够的。因为监管的需求是实时的、经常的与随时的。例如，突然监管单位需要查询三年以来的交易信息，如果这些数据都要从区块链中取出，这会是费时的。如果事先就将数据抽出放在大数据中，可是没有人可以担保这三年来这些放在大数据中的数据没有被篡改过。所以，一个解决的方案就是把大数据的平台放在区块链上面，直接在链上大数据里面查询分析，而不输出数据到外面的大数据平台。
区块链大数据结构图
在下图中，中间是一个清算所，左边是一个交易所。虽然只画了一个交易所，但事实上可以有多个交易所加入该链网并与该清算所相连。右边是银行，虽然只画了一个银行，但事实上可以有多个银行加入该清算所。而交易所里所有的交易数据，都可以存在清算所的超级大账本里。
清算系统示意图
下图表示这个超级大账本所能存储的数据，就像现在大数据系统能够存储银行的所有账户以及余额信息。如此大量的信息，也可以存在一个区块链上面，并且所有信息都不可更改。
清算所中超级大账本储存的数据
结语
链网不同于物联网。由于链网具有诚信的作用，并可进行金融交易，所以链网在设计上的思想与物联网不同。
- 在物联网上，如果发生物品损失，对系统并没有很大影响。
- 然而在链网上，任何金钱的损失或者公证的电子证物被污染或更改都是很严重的事件。
链网的理念是公平、公证、分享、诚信、身份认证、分布式、安全、金融交易、清算结算、计算法律。
互联网及物联网都不太需要考虑完备性的问题，而链网却需要考虑。因为每一条链或每一种链的特性都是不一样的。当低完备链输送数据到高完备链时，数据必须经过多方检验、查证才可放入高完备链中。
由多条单链变为链网还有一段路要走，包括上、中、底层的协议、应用框架、系统都需要建立。
- 现在中国许多团队都在做区块链，因此会有许多链出现，这些链以后都将连在一起成为链网。无论是异构链网还是同质链网也都会出现。
- 另外，因为链网会运行在互联网的基础设施上，互联网上的协议可能需要经过修改以及搭建链网的一致性与完备性架构。
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