區塊鏈:鏈網會是復雜網絡，掌握時間將是關鍵技術_CON

編者按：本文來自巴比特，原作者：蔡維德，北航區塊鏈實驗室主任，KevinTsai，UniversityofCaliforniaatIrvine名譽教授，星球日報經授權發布。

許多人都認為區塊鏈可以使用在金融、工業、以及能源上，但是金融區塊鏈和工業區塊鏈設計不會相同。在金融領域上，區塊鏈互聯網又可以分為鏈網和監網，而且這2種鏈網和一般網絡設計也會不同。價值鏈又可以分為賬戶鏈(ABC)和交易鏈(TBC)。熊貓網絡就是賬戶鏈和交易鏈交互而成的鏈網。但是以后也不會只有價值網和信息網，還會有工業鏈網和其他應用例如能源鏈網。筆者從2016年講到今天：一種鏈設計不能夠滿足所有應用的需求，不能拿個一個鏈設計到處使用，即使在同一個領域里面不同應用都會有不同鏈設計。例如在金融領域里面，交易鏈和賬戶鏈因為功能不同設計不同，支付鏈和清算鏈因為不同需求設計也不同；一條鏈也不能解決應用需求，而且這思想也從多鏈擴展到“鏈滿天下”，就是多種不同的鏈部署在世界各地成為鏈網。鏈和鏈交互協議成為重要的技術，也是區塊鏈技術的一個大坑［3］；鏈網也會是一個復雜鏈網，里面有不同種鏈組成鏈網支持不同的應用；鏈網需要新的網絡協議和新的基礎設施。例如歐洲央行在2016年的白皮書還是一鏈通所有金融機構的構想，到2018年研究報告已經變成多鏈通天下，而且單是在央行里面就需要多鏈架構。這變化何其大！假如過去的歷史可以預測將來，這表示將來的鏈網架構和現在大家的想像的鏈網可以會差距非常大。過去系列幾篇文章提到鏈網新的網絡協議，其實不只是鏈網，現在互聯網也需要新協議。IBM，谷歌和許多高科技公司發現使用40年的傳統互聯網協議已經不能再支持現在服務需求。以前只有信息互聯網，現在有物聯網、電網，鏈網、工業網，以前只是信息傳遞，現在還有價值傳遞和交易、電力傳送、和工業控制。突破傳統端到端思想的限制是一個重要方向，網和網交互協議也會是重要的題目。本文將會討論另外一個重要技術需要解決，就是如何掌控網絡時間，例如時間尺度會是關鍵因素。不同網絡需要不同的時間掌控，我們需要掌控每個相關網絡事件的時間，使這個復雜網絡能夠成為一個有效的網絡。這是一個重要技術，因為這會影響到參與的鏈網、物聯網、和工業網、電網的性能和功能。

新加坡金管局局長：在區塊鏈網絡之外，加密貨幣除了作為投機工具外沒有任何有用功能:金色財經報道，新加坡金融管理局(MAS)局長Ravi Menon在一場研討會(Green Shoots Seminar)上公開表示，MAS對加密貨幣散戶投資者發出強烈警告，并始終采取強有力的措施來限制散戶對加密貨幣的訪問。MAS認為，加密貨幣不適合作為貨幣使用，對散戶投資者來說存在高度危險性。這主要是由于加密貨幣市場中存在大量投機行為，極端的價格波動使其無法成為一種可行的貨幣或投資資產。Ravi Menon表示，“在區塊鏈網絡之外，加密貨幣除了作為投機工具外沒有任何有用功能，自2017年以來，MAS一直就投資加密貨幣的重大風險發出警告。”[2022/8/30 12:57:39]

未來的鏈網將是異構網絡

未來的鏈網將包含許多不同類型的網絡。未來的鏈網還將包括區塊鏈基礎設施，傳統的內容和服務網絡，信息娛樂的視頻和音頻流媒體網絡，以及IT/OTconvergence(OT:operationaltechnology運營技術)融合網絡或物聯網(IoT)。這意味著未來的鏈網將是一個異構(heterogeneous)網絡。這異構網絡將包括公有和私有(企業)的服務網絡，而數據類型將包括區塊鏈，內容(流媒體和非流媒體)，和工業控制信令。在所有這些類型的網絡當中，時間掌控與時間尺度是重要的課題。要討論這個課題，我們需要介紹一下OT。OT是支持制造和工業流程的技術。OT基礎設施中的關鍵組件包括工業控制系統(ICS:industrialcontrolsystems)和監督控制和數據采集(SCADA:supervisorycontrolanddataacquisition)。以目前的OT技術，許多用于監視和控制的設備還沒有計算機化;當它們使用計算機時，它們常使用專有協議和可編程邏輯控制器(PLC:programmablelogiccontroller)。在新的工業流程中，越來越多的傳感器(sensor)和執行器(actuator)被集成到管理和控制系統中。常見的例子包括水處理系統，電網，和自動化工廠。IT/OT融合的目的是通過集成的基礎設施(又叫物聯網：IoT)實現自動化，通信和網絡連結。

全國首個“星火?鏈網”超級節點建成上線:11月22日消息，近日在武漢召開的“5G+工業互聯網”全國電子信息制造業現場會上，我國首個“星火?鏈網”超級節點（武漢）率先建成上線，武漢超級節點正式運行并向全球提供服務。據悉，作為國家區塊鏈與工業互聯網新型融合基礎設施，“星火?鏈網”基于現有國家頂級節點，以代表產業數字化轉型的工業互聯網為主要應用場景，以網絡標識這一數字化關鍵資源為切入點，以區塊鏈技術作為自主創新的核心突破口，與芯片技術、人工智能結合發展，面向全球服務，將為持續推進產業數字化轉型，推動數字資產價值化，實現新基建發揮重要引擎作用。（中國日報）[2021/11/22 7:04:03]

工業系統的穩定性，穩健性，和性能

IT/OT融合為互聯網帶來了許多新問題。例如，當工業系統的控制系統集成到互聯網時，工業系統的穩定性，穩健性，和性能將嚴重依賴于異構的互聯網。在傳統互聯網中，當數據包丟失時，它們通常由備份機制恢復。然而，在工業系統中，當控制信號丟失或失誤時，系統通常會變得不穩定，而不穩定性可能導致生死攸關的情況。例如，在化工廠中，不穩定性可能意味著工廠設施爆炸;在電網中，不穩定性可能意味著大規模的電力損失甚至電網崩潰；金融系統也可是一種特殊的工業系統。在金融市場體系中，交易災難是一個重要的穩定性問題。例如在金融危機中，一個國家的貨幣和股市可能會同步崩潰，從而對國家經濟造成無法承受的傷害，比如許多亞洲國家在1997年亞洲金融危機中遭受了如此致命的打擊。在即將到來的異構區塊鏈互聯網中，由于金融和非金融行業都采用區塊鏈，相聯工業系統的穩定性，穩健性，和性能將是關鍵設計問題。在即將到來的異構區塊鏈互聯網中，由于金融和非金融行業都采用區塊鏈，相聯工業系統的穩定性，穩健性，和性能將是關鍵設計問題。

漯河：推動星火鏈網骨干節點建設和基于區塊鏈的產業規劃:8月16日消息，據網信漯河消息，為落實河南省長王凱調研指導萬人助萬企”活動講話精神，漯河市發布《爭創“五基地五中心” 建設現代化食品名城實施意見 （征求意見稿）》。《意見》指出，要推動星火鏈網骨干節點和食品工業互聯網標識解析二級節點建設，開展標識應用推廣、應用場景拓展、商業模式創新、基于區塊鏈的產業規劃等技術服務，打造全國有影響力的產業創新中心。[2021/8/16 22:17:16]

同步或異步時間掌控

當工業系統與互聯網相連時，一個關鍵問題是時間掌控。當控制系統設計良好時，系統具有高穩定性，高穩健性，和高性能。這些屬性都非常依賴于控制過程中的時間掌控。時間掌控有兩種基本模式，即同步模式和異步模式。至於選擇同步或異步模式，一般上沒有明確的答案。通常，當自然環境以同步方式操作時，同步模式比較合式。然而大多數系統和設備都以同步和異步兩種方式同時運行。例如，所有計算機都根據CPU時鐘作數字運算，而計算機在自然環境中執行的任務卻是異步運行的。即便兩臺計算機通過網絡連在一起，兩部計算機的CPU時鐘是異步運行的。此外，大多數工業系統是在異步環境中操作的。同步模式的主要問題是同步的成本過高。同步是一種協調形式，要求所有系統組件同步比異步協調付出更多的代價。真正同步通常是不可能實現的。Freris,Graham和Kumar證明，通過網絡同步2個時鐘甚至是不可能的。為了防止丟失同步，大部份系統添加了隊列設備。然而，當完美同步能實現時，根本不需要隊列。這告訴我們完美同步并不可能。同步模式還有另外的問題：即丟失同步可能導致更大的災難。比如說，制造工廠丟失同步后可能會使生產線停擺或大量原料損壞，而化學工廠丟失同步后甚至會爆炸。遺憾的是，在IT/OT融合的領域，IEEE802.1TSN(TimeSensitiveNetworking)標準選擇了時鐘同步模式。這樣的設計，不僅維護起來很昂貴，而且當同步丟失時，工業系統的穩定性，穩健性，和性能都可能下滑。另外的問題的是設計IoT或IT/OT融合網絡的人沒有跨領域工業控制和IT知識。缺乏跨領域專業知識導致工業物聯網(IoT)網絡過度設計甚至低效率。例如，在IEEE802.1TSN標準中，主要設計目標包括：有限的低延遲和零擁塞丟失。這些要求固然很好，但對于大多數工業系統而言并非必要。問題在于，網絡工程師通常不了解添加固定延遲將使簡單的有限維系統變成無限維系統。在大多數過程控制系統中，最短的時間是有價值的，但任何固定或任意的延遲通常是有害的。IEEETSN標準中的強制同步機制可能造成相聯接的工業系統變得難以控制，難以穩定，和難以優化。根據控制理論，當控制系統在每個關鍵時間范圍內，控制器接能收到足夠的反饋，并且控制器能及時執行適當的控制動作時，控制系統將會擁有高穩定性，高穩健性和高性能。同步并不重要，因為正確的時間掌控通常并不意味著固定的時間掌控。真正需要的是異步的時間掌控，而不是同步的時間掌控。因此，所以在將來的異構區塊鏈互聯網中，異步時間掌控是最合式的選項，因為它是一個更寬松的模式，需要更少的工作，也更能夠擁有高穩定性，高穩健性，和高性能。

動態 | 西班牙畢爾巴鄂市招標以開發公共區塊鏈網絡:據cointelegraph報道，11月12日，西班牙畢爾巴鄂市宣布推出了17.1萬美元的招標，以開發公共區塊鏈網絡。申請投標的截止日期定于11月23日，獲得合同的公司必須在六個月內開發區塊鏈網絡。[2018/11/17]

掌控時間尺度至關重要

當工業系統與互聯網相連時，另一個關鍵問題是時間尺度的掌控。根據控制理論，掌控適當的時間尺度是優化系統的關鍵。分開不同時間尺度的設備是必須的。例如，存儲器設備通常以不同層次來分類：從最快的寄存器到最慢的磁盤或遠程網絡存儲器。當網絡設備和協議設計采擁不正確的時間尺度時，系統的穩定性，穩健性，和性能都會下降。例如，TCP依靠端到端反饋來控制發送速率。端到端反饋耗的延遲是很長的時間尺度，這迫使TCP發送器用太長時間來計算適當的吞吐速率。由于使用了不當的時間尺度，TCP的吞吐量隨著RTT的增加而下降。TCP和許多網絡驅動程序使用多個計時器，這些計時器都有不同的時間尺度，但是TCP卻不嚴格分別不同時間尺度的計時器。混用這些不同時間尺度的定時器一直是TCP無法實現高吞吐量的一個原因。不僅TCP混用些不同時間尺度的定時器，許多其它網路設備(比如驅動程序)也混用些不同時間尺度的定時器，因而導致互聯網無法實現高吞吐量。在金融區塊鏈應用中，時間尺度很重要。例如，PFMI明確區分了不同操作的時間范圍。在典型的金融應用中，賬戶注冊和設置完成于最長的時間范圍，交易清算完成于第二長的時間范圍，訂單放置完成于第二最短的時間范圍，而訂單執行完成于最短的時間范圍。所有這些時間尺度都不能混合。遺憾的是，大多數現有的金融區塊鏈應用程序都不符合這些時間尺度的要求。在即將到來的異構IoB中，這些金融時間尺度必須與硬件和軟件基礎設施精確匹配，以便根據規定PFMI時間尺度難完成所有任務。在電網區塊鏈應用中，時間尺度也是一個關鍵問題。在電網中，時間尺度通常用時間常數來表示。慢的時間常數通常來自緩慢的發電設施，如水力發電(10秒以上)。快的時間常數通常來自光伏發電(可以短至10毫秒)。最慢的時間尺度來自抄表：抄表可以容許在幾小時之內完成。為確保電網高性能，高穩定性和高穩健性，控制系統必須具有最快的時間尺度。因此，在電網區塊鏈中，小帶寬和大延遲適合于抄表，而大帶寬和小延遲適用于自動發電控制系統(AGC:AutomaticGenerationControl)

動態 | 高力國際與Smartlands合作搭建基于房地產的區塊鏈網絡:據Cryptoglobe消息，全球性的房地產企業高力國際（Colliers）近日已與區塊鏈通證平臺Smartlands（SLT）達成合作。根據合作內容，Smartlands將為高力國際搭建一個基于房地產的區塊鏈網絡。[2018/10/8]

正確的時間掌控可最大化共享，穩定性，穩健性和性能

一旦我們掌控正確的時間模式和時間尺度，未來的異構IoB將能有最佳共享，最佳穩定性，最佳穩健性，和最佳性能。通過異步共享，任意數字管道都可以被各類流量共享。如此區塊鏈，內容，服務，流視頻/音頻，和工業控制信令都能共享通路。根據控制理論，這樣的設計將帶來兩個好處。1.所有IoB基礎架構從最高到最低動都擁有最佳穩定性，最佳穩健性，和最佳性能。2.任何硬體阮體的投資都能得到最大的共享，而所有可用帶寬和計算基礎架構來都能發揮最大化規模經濟效應。最后，我們使用TCP作為示例。通過應用本文中揭示的一些原則，一些公司開始提供TCP替代品。其中之一是FileCatalyst，其TCP替代產品傳輸文檔比TCP快1000倍，如下圖所示：

圖1：FileCatalyst吞吐量比TCP快1000倍FileCatalyst的成功代表一個新的網絡協議能大幅度改善現有的協議。不只FileCatalyst,許多其他公司也推出了TCP替代產品：其中出名的包括Signiant，IBM的Aspera和谷歌的BBR。所以連科技界最大的企業如IBM和谷歌，都認識到時絡掌控和時間尺度的問題的重要性。這方面的進步才剛剛開始。藉著巧妙的時間掌控和時間尺度，我們可以期待互聯網技術會有更大幅度的進步，而將來的網路會和現在的網絡會大不相同。參考文獻.蔡維德&KevinTsai，“TCP端到端設計又舊又多毛病：區塊鏈互聯網系列”https://mp.weixin.qq.com/s/AyDG063nq7FKy9MEKZOxfg.蔡維德&KevinTsai，“區塊鏈互聯網需要新協議：區塊鏈互聯網系列”https://mp.weixin.qq.com/s/vvA4u7LiIMfkzCTI04VSzw.蔡維德等，“區塊鏈的第四大坑——區塊鏈分片技術是擴展性解決方案”,2018.8.2https://mp.weixin.qq.com/s/mi9sdTCVwW-qMQLgwo_mOQ.N.Freris,S.Graham,P.R.Kumar,“Fundamentallimitsonsynchronizingclocksovernetworks,”IEEETransactionsonAutomaticControl,Volume:56,Issue:6,June2011http://cesg.tamu.edu/wp-content/uploads/2012/03/Final-paper-frgrk_clock-synch07IEEE-1.pdf.Mathis,Semke,Mahdavi&Ott,“TheMacroscopicBehaviorofTCPCongestionAvoidanceAlgorithm,”ComputerCommunicationReview,27(3),July1997https://www.slac.stanford.edu/comp/net/wan-mon/thru-vs-loss.html.FileCatalystwhitepaper:“AcceleratingFileTransfers,”Jan2019https://filecatalyst.com/wp-content/uploads/2018/07/Accelerating_File_Transfers.pdf.Signianthttps://www.signiant.com/technology/acceleration/.IBMAsperahttps://asperasoft.com/technology/transport/.GoogleBBRhttps://cloud.google.com/blog/products/gcp/tcp-bbr-congestion-control-comes-to-gcp-your-internet-just-got-faster作者：蔡維德：北航數字社會與區塊鏈實驗室，天德科技，國家大數據綜合試驗區區塊鏈互聯網實驗室，天民國際沙盒研究院，賽迪區塊鏈研究院KevinTsai：UniversityofCaliforniaatIrvine名譽教授，美國麻省理工學院本碩博，區塊鏈網絡專家

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