现在是个特别的时代，在这个时代，500年来最大的一个金融技术——区块链进入社会。这技术改变金融市场、货币、法律、社会、计算机和互联网。本文讨论区块链互联网，笔者认为区块链会带来新一代的互联网[8, 13]。互联网过去对中国经济、金融、民生、政务、法院、学术、医疗的影响是巨大的，中国今天的发展很大部分可以归功于互联网。中国现在也在预备5G的部署和应用。假如区块链带来下一代互联网，这会是什么样的新一代互联网？又会带来什么样的影响？

一个改变就是现在的互联网（信息网）会变成区块链互联网（链网）或是称为“价值网”。这是中国许多年来才遇到的一次科技大改革机会。以前中国老是抱怨使用的不是中国互联网，因为不论网络协议或是DNS，都是由国外控制。中国互联网市场大，但是技术控制权不在中国。

而且区块链是有主权概念，主权区块链代表中国的法律可以在互联网上自动执行[8,11, 12]。这样链网会是中国的互联网，不再是国外互联网，而且是安全、可靠、高速的互联网， 可以使用在金融市场，以及公检法、政务上。所以在2017年数博会上，多位演讲者都以“天佑中华”来形容这次机会，笔者在那次会议上也以《区块链互联网》为题目演讲[13]。为什么这些人发表这样的演说，他们的观点以什么为依据？

传统互联网也可以做这些应用，但是需要在互联网上加许多功能，等于是在不安全的环境下，建立一个虚拟的安全环境，这是不靠谱的。链网自动提供这些安全加密功能，金融应用或是重要应用开发和使用都会大大便利。这是一个区块链中国梦，这是打造中国数字经济和数字社会的一个良机[9]。

网络不是法外之地，但是现在互联网并不是中国互联网；但是有了链网后就不同，因为这链网是中国互联网。不要认为这是不可思议的事，可以看看英国在2018年的作为。英国Law Commission（法律委员会）在2018年开始研究采用区块链和智能合约技术运用在英国法律系统里面。这会改变英国法律的执行和制定，中国法院也不落后，也开始使用区块链在电子证据上。这些都是巨大变化，因为这次法律法规以代码形式出现，自动在网络上执行中国法律，这和现在法律的制定和执行差距甚大。这也是区块链中国梦的一部份[11]。

如果怀疑链网的必要性，可以参考《2018年美国版统一度量衡： 链网医药供应链》[10]， 美国因为在2012年发生“假药进入医院”事件，造成许多患者伤亡，所以在2017-2018年开启研究项目，最后提出基于区块链的医药追踪项目，并且在2019年开始实验。美国有67000家药房，8000家医院，3000个批准的药，200个制药商，如果这些都要上链，就有 4 x1014组合，这样庞大的系统就需要链网才行。2018年SWIFT做实验，34家银行参与（一共528组合），实验使用的区块链系统就支持不了。如果一个区块链能够支持34机构，美国医药区块链就需要757亿条链 （4 x 1014 / 528= 7.57 x 1010）。这样的链结合难道不是链网？

这医药区块链项目有重大意义：

1）生命是无价的，医药的安全也是无价的；

2）美国政府FDA带头研究，和相关企业一起合作，提出基于区块链的解决方案，等于美国政府和医药界认定（无币）区块链有实用价值；

3）美国顶级投资公司高盛带头投资这项目，表示有商业价值；

4）这是无币区块链项目，这证明不发币区块链也有高的商业价值；

5）这项目还需要许多新技术开发，必定带领美国开发相关新技术；而且这技术水准非常高；

6）美国政府顶层制度设计上值得其他国家学习，一方面提出美国版《统一度量衡》统一美国医药物流管理，一方面又允许许多单位在这制度下保障人民生命安全，而且让相关参与企业获利，建立相关生态。

01 价值网为金融服务

链网将会充满着链，这会是“价值”互联网，而不同于以前的“信息”互联网。在价值网里面，重要是资产，还可以进行各式各样的资产交易。

价值网跟信息网相差在多方面：

（1）价值网有可监管性，可追踪性，身份认证机制，可以承载电子证据；

（2）价值网可以支持实时低延迟交易；

（3）价值网有可扩展性，支持高吞吐量；

（4）价值网允许交易可回滚性。当交易发生错误的时候，在一段时间和一定的范围之内，可以回滚交易。

以上这些特点，不是根据区块链而发展出来的标准，而是根据PFMI （Principles of Financial Market Infrastructures） [20, 21, 22]。这标准是许多世界各地央行所支持的，其中包括中国人民银行、欧洲央行、美联储、英国央行、日本央行、加拿大央行等。这标准是在2008年是世界经济危机后，各国央行制定的标准。 PFMI的一个重要指标就是在一个国家出现经济危机时，金融系统可以有机制地阻止危机扩散到其他国家。PFMI是普世金融系统的原则，而不是专门为区块链系统设计的原则。

PFMI在2017-2018年被加拿大央行、欧洲央行、日本央行使用来评估区块链系统，并且发现现在的区块链系统并不能通过PFMI的评估，包括一些一直被认为是区块链强项的特性也没有通过。传统上，区块链系统自称因为同样信息在多节点上，因此区块链系统可靠。但是加拿大央行认为以太坊和Corda（其实是类似区块链系统）都不够可靠。这与大众对区块链的想法截然不同。重点是这问题能否解决？

从加拿大央行后来继续从事区块链实验就表明，这些问题不是不能解决的，而是现在区块链系统必须更改才能被金融机构使用。这也是笔者在过去一直在提的：金融区块链必须根据PFMI来更改，而不是更改PFMI。现今金融区块链的发展趋势，就是要改造现在的区块链系统成为“金融区块链”[21, 22]。

现在区块链系统已经有一部分技术符合PFMI原则了， 例如可追踪性，身份验证，电子证据等。但是整体来说，现在的区块链技术还达不到以下这些PFMI的原则：

◆可监管性: 一般的公链是不可以被监管的， 而且联盟链的监管工作现在才开始，并且需要大量的改变才能符合；

◆实时交易性：现在的公链技术不能实时交易，延迟也太大，吞吐量下； 联盟链可以支持实时交易。

◆可回滚性：现在区块链系统不支持可回滚性，可回滚性表示后面相关的交易都必须回滚，不只是回滚那一笔交易。

根据PFMI，所有的数字资产交易都要实时，而且监管也要实时。今天公链强调使用P2P来逃避监管，使公链很难做实时交易和监管，政府不能支持。2018年数字代币价格大跌，也是因为美国SEC监管数字代币。如果拿走P2P协议，区块链就可以有实时交易和监管，但是要支持可回滚性必须要有其他机制。根据PFMI的需求，将来的金融区块链必定会有大幅度的改变，因此将来的区块链和现在的区块链必定大不相同。

链网因为要支持金融区块链，必定需要高速、稳定、可靠和能保护隐私。今天在股票交易上，许多单位都在交易所旁边建立办公室，减少网络信息延迟。他们这样做是因为现在网络协议性能和延迟相关，公司离交易所远，信息就来的晚。例如在公司出消息的时候，股票会很快上涨或下跌，如果有0.5秒的优势，价钱差距可能就非常大。并且因为传递的信息是交易信息，掉包是非常严重的，在区块链系统里面，掉包一个数据可能就会有几千的交易同时一起被丢失，因为一个交易失败，会导致在同块中所有交易都失败，而且他们本来是应该成功的。这不但可能会有价格差异的问题，也可能导致法律问题。这些都是现在互联网协议存在的弊端，必须在链网得到解决，而且现在也有了解决方案。

02 链网的历史

链网到今天才只有4年的历史，但是也有不同看法和观点：

●最早期 （单链就是链网）：有人提出区块链系统就是新一代互联网，因为一些公链系统（例如比特币）是全网运行的。但是这种看法现在很少人接受， 因为全网运行的应用系统现在实在太多，如果这样的应用系统都是互联网，那么世界就有成千上万的互联网。

●●早期 （多链就是链网）：有人提出一些主链加上侧链，或是几个主链联合在一起，链和链有交互，这就是链网。但这只是多链系统，离互联网定义距离还非常远。要成为互联网规模，要有亿级的节点和应用。

●●●萌芽期 （成千上万的链联合成为链网）：后来提出许多链组织一起，链和链有交互，并且这些链有组织性的协议，可以无限扩张，例如熊猫模型、宇宙模型、Polkadot模型、金丝猴模型 [13]。

●●●●新系统和架构期 （整个互联网从最上层到最底层都改变成为新互联网）：这是萌芽期的联合链但是跑在新型网络基础设施上，并且有新的网络协议[14-19]。在这种模型下，互联网协议和基础设施都会大改变， 这也是本文的中心。应用流程也会改变因为以前的商业流程因为链网的来到改变。 第4节显示这新链网架构。

另外还有一个链网的看法，一些人认为链网就是DApp、区块链系统、分布式存储组成的网络。如果这真是一个链网，这表示世界上有两个互联网，链网（上层）+传统互联网（底层），因为在这模型上，DApp、区块链系统、分布式存储都是使用传统互联网协议，实际上都是互联网的应用。根据这想法，任何大型互联网应用都可以成为一个上层互联网，这样世界会有许多应用汇组成的新互联网，例如脸书，支付宝、微信等都可以自称是下一代互联网，因为他们都是大型网络应用。笔者认为应用是应用，除非网络协议更改，再大型应用还是应用，不是新的互联网。

03 互联网的历史

要了解链网的设计，需要先了解互联网的历史。下图是1971年的互联网，可以看到上面只有少些节点， 参与单位包括哈佛大学、麻省理工学院，斯坦福大学、加州大学洛杉矶分校（UCLA）、BBN 公司、RAND公司等。这是个非常小的网络，开始的时候是为美国军方设计的，所以网络控制协议设计采取黑盒方式，不让参与者控制网络内部，这些单位只能在外面控制自己的通讯信息。

今天的互联网，有十几个亿的节点，而且现在的互联网绝大多数都是民间应用，不是军事用途（军事网有自己的专网）。我们可以清楚看到，今天的互联网跟40年前的互联网大不相同。这指出一个严肃问题，为什么现在互联网协议和当年的协议差不多？难道是当年设计太完美，都适应？当初的黑盒协议到今天还是一样适用？

04 链网的新架构

下面是笔者提出的将来链网的网络架构：左边的图就是现在的互联网协议架构，右边的图是链网架构。左边最上面就是一些应用，例如内容、电子商务、视频、社交网络等。

链网架构的一个重点是区块链重要协议，例如共识机制会在网络协议上面， 成为网络服务， 这会使建造和使用区块链非常方面 [14-19]。在这上面有交易所和原子事务管理（atomic transaction management）等，在上面又可以有区块链浏览器等应用，而在上面又有 DApps。这一层就因区块链而有所改变：在新的区块链为主的应用层就有供应链、金融科技链、医疗链、物联网、证据链、政务链等。

将来会有智慧型 browsers 和智慧型 DApps，他们让用户直接应用区块链或物联网。下一层以前是应用与应用之间的互通的协议，在新的互联网里面将有区块链之间的互通协议；下一层就是区块链本身的协议，再下一层就是网络协议。

从这个图来看，今天的互联网跟以前的互联网有很大的不同。互联网现在经历一个改变：过去端到端的设计原则大家尊重，认为端到端到原则是好的原理。但是12年前斯坦福大学开始有不同想法，并且发展成了新网络设计趋势，SDN （Software-Defined Networking） 和NFV（Network Function Virtualization）。SDN跟NFV跟过去的互联网协议不相同，最大的不同就是不再遵守端到端的设计原则， 并且认为互联网不应该是个黑盒子；因为在黑盒中，搜集信息和控制系统都有困难。所以网络明显有2个学派：传统学派和新学派，链网也出现2个学派。

05 以麻省理工学院为代表的传统网络学派

传统派以麻省理工学院作为代表，他们认为在链网上传统协议不需要改，例如MIT Digital Tradecoin （tradecoin.mit.edu） 数字法币项目。他们开始的时候质疑原始的互联网协议设计，但研究之后还是认为端到端的设计很好，可以继续使用。他们肯定原始的互联网协议的三个特点：维持系统生存，结合各种服务的类型，结合各种不同类型的网络。

读者或许不知道，互联网端到端的协议原来就是麻省理工学院计算机与人工智能实验室（CSAIL，Computer Science & Artificial Intelligence Laboratory ）开发的，所以这次麻省理工学院评估就是评估同事以前的工作，只是这次来自不同实验室——媒体实验室 （Media Laboratory）， 这个实验室也提出“数字社会”这概念。

麻省理工学院提出数字法币模型显示在下图，每条链都是个独立的自制系统（autonomous system），左右边都是自制系统，也都是区块链系统。

网络结构仍用端到端的设计（下图）：右图就是端到端的设计，每个G就是代表一条链的Gateway，左图是个Overlay网络。基本上他们把链网当做是一个端到端自制区块链系统的联结。

细心的读者可能发现，这Tradecoin模型和其他数字法币模型不一样。例如IBM公司在2018年7月提出的稳定币模型、摩根大通银行在2019年提的稳定币模型、中国熊猫模型、中国金丝猴模型、英国央行的RSCoin数字法币模型，都和Tradecoin模型不一样。IBM、摩根大通的模型是以自己货币（数字美元）为中心，其他货币必须交换数字美元；麻省理工学院、熊猫模型、金丝猴模型一开始就假设多个独立数字货币，而提供各样货币交互的机制。

这些模型与宇宙模型和Polkadot模型又不一样，这两个模型以数字代币出发，但是却都用中心化的架构来连接参与链。 麻省理工学院模型、熊猫模型、金丝猴模型却是分布式模型。中心化的链网，就像中心化的伪链一样，以后很难被接受。在早期因为没有更好的技术出现，没有选择。但是现在已经有一些分布式的链网架构出现，这些中心化的链网都会更改。

06 以谷歌为代表的新网络学派

另外一派不接受原来思想，提出SDN/NFV概念，因为互联网不应该是个黑盒子。他们认为一个好的互联网能够做整体化的控制，而不能只是在端与端之间做控制：如果要加速网络，提高整体网络性质，必须在网络内去做控制。这和传统网络协议思想正好相反。

他们提出新的看法和协议。但是从某个角度而言，他们只是提出早已存在的旧理论，比如说他们提出的电路交换、虚拟电路、多商品留优化（multi-commodity flow optimization）等。这些原本是30~40年前的科技，它们的共性是整体化控制。

今天，谷歌由于从事数据中心网络的优化，大力提倡SDN/NFV，他们也跟斯坦福大学得到相同的结论。

谷歌认为今天的网络的协议性能低有三大问题：

1.今天的协议无法提供及时的控制。这很容易明白：所有的控制，因为只有端到端的控制，所有的控制只能在网络边缘，而不能在网络里面做。

2.所有的协议只做一部分的控制，而不能做全面的控制。

3.因为每一个协议都只能做一部分，所以这些协议越来越复杂。

这些都是违背PFMI， 金融系统不但需要有控制机制，而且还要监管机制。网络是一个复杂系统，这系统做的控制数据包的传输，所以应该使用从控制理论（control theory）。

今天的网络的技术有三个缺陷：

1.缺乏“可控性”：今天网络上的机制是没有办法直接或者改变错误的行为，因为它是端到端的。

2.缺乏“观察性”：今天只有做端到端的观察，所有的信息反馈都是从端到另外一端，以致于信息第不够充分，而网络内的信息没有办法传播出去；反馈的信息传到另外一端是已经延迟了，离实时的目标相差非常远。

3.缺乏“可结构性”：因为整个网络是当做个黑盒子，没有办法在彼此冲突的协议和机制里面，有足够和及时的信息来做决定。

在互联网开发历史中，控制理论专家并没有参加。起初互联网是由电话公司设计，后来是由计算机公司设计，这两种产业当中的专家们多半不是控制专家。以致于现在互联网有巨大的进步空间，比如说:

1.互联网上的数据包的传输，可以比现在协议快上10倍到1000倍。

2.路由容量可以提高50％到80％。

3.在系统运行上，网络可以全系统监控、控制和管理。

07 TCP

互联网的协议当中，一个特重要协议是TCP （Transmission Control Protocol）。TCP有一个问题：它的传输量因RTT （round trip time，来回路径时间） 的上升和变化而下降。

此图说明TCP的传输量，随着RTT的上升而成指数型下降。今天大多数人认为这是自然物理现象，其实这是协议设计不佳造成的，不是物理现象。举例说明：如果买2个通讯的盒子，而每个盒子都能够传输10Gb/s。用电缆连接两个盒子，应该得到10Gb/s。如果量出来不是10Gb/s，我们就说这个通讯设备不好。不论电缆的延迟是1毫秒，10毫秒，100毫秒或1000毫秒，盒子都应该维持10Gb/s，这就是通讯设备的规格，不应该改变。但是一旦加上TCP，就拿不到10Gb/s。这表示正常传输量跟传播的延迟应该没有关系；传输量下降，是因为TCP设计不佳。

TCP有另外一个问题，即计算传输量太慢。因为TCP是用端到端的迭代，发送端跟接受端需要来回输送不同的数据，才能够让发送端算出最优化的传输量。假如TCP需要N次迭代，每一次需要一个RTT（来回传播的时间），迭代收敛 （convergence） 所需时间就是N*RTT。但如果把这计算的迭代放在网络内，例如，在瓶颈链路处或附近，可以容易地获得关于瓶颈处拥塞的信息。 在此处，计算通过当地计算设备的迭代来完成。算出最佳速率将被传送到2个端点（发送方和接收方）。因为今天的CPU速度够快，计算传输量的时间与发送到2端所需的时间相比，小到可以忽略不计。因此，最优传输量的仅延迟最多RTT（可以短至RTT），这明显快N * RTT（其中N是TCP计算其最优传输量所需的迭代数）。

08 谷歌BBR协议改良TCP

谷歌发现这事，就发展了一个TCP的替代品叫BBR，BBR使用确定性等效原理（Certainty Equivalence）控制理论来改善TCP。单单用这个原理，就得到比现在的TCP的速度好28倍。这打破长久以来的网络学术界的看法，就是TCP 很难再进步，而且TCP是不能被取代的。谷歌的贡献就是打破了这个迷思。

但是确定性等效原理在控制理论上是50年前的旧理论。按这原理：当系统里面有很多不确定性的变化，就把它们取一个平均值，如此就把不确定系统当做是个确定的系统，把不确定的变化改成平均值的变化。好处是因为系统变成有确定性了，所以容易设计控制；但坏处是当真正系统跟平均值不一样的时候，就可能造成很糟糕的控制效果，这就是BBR的问题。下一个图表达BBR在嘈杂的路径中表现是很差的，这是一个在美国国家的能源部的实验室所做的一个测试，这个测试里面可以看BBR比TCP多大量的重传跟：第一例子TCP重传数是10700，但是BBR的重传数是240340 （24倍）。

09 好的控制理论可以得到更好的性能

如果使用比较成熟的控制理论，就能使TCP的吞吐量提高10到1000倍，而不只是28倍。今天有好几家公司已经做到能够使TCP的速度增加10到1000倍。Signiant是一家公司，发展了一个新协议，传输数据比TCP快800倍。FileCatalyst是另外一家公司，发展了一个新协议，传输数据比TCP快1000倍（下图）。这里TCP用FTP来代表，左边是有5小时40分钟，另外是1分钟23秒，相差1000倍以上。

另一家叫Aspera公司（被IBM买去）。但是谷歌的BBR只有28倍，这里有什么不同？IBM，FileCatalyst，Signiant都需要路径不能够跟其它的流量共享，但是BBR能够跟其它流量共享，但是BBR跟其它流量共享的时候，它就不能达到1000倍，只能达到28倍。

不知道读者观察到一个重要的现象没有？就是通讯速度和延迟没有关系。这表示原来大家都认为的物理现象不是物理现象，而是协议没有设计好。

另外一个重要现象就是传统网络协议设计不适合链网，因为TCP认为丢弃数据包是可以忍受的，丢的包可以重传。但是在新协议里面丢数据包被最小化。这对链网非常重要，在共识机制上，如果一个数据包丢失，共识机制可能会失败；一旦失败，在同一块里面所有交易都一起失效，必须重新再来。这和传统系统不一样，在传统系统每一笔交易都是单独处理，一笔交易失败只会影响自己，但是在区块链里面，块中任何交易失败，在块中所有交易一起失败。所以在链网数据包不能随意丢失。链的速度越快，越不能丢数据包，因为每次重来，可能会影响到上万个其他交易。

10 两学派都是从麻省理工学院出发的

今天网络协议的争论，不是最近开始，也不是20年前开始，是40年前开始，而且都在同一个系。网络使用控制理论是从麻省理工学院信息与决策系统实验室（LIDS，Laboratory for Information & Decision Systems）开始的，而传统协议却是麻省理工学院计算机和人工智能实验室开发的。两个实验室都在同一系，但是在同一领域上却产生2个对立的学派。

LIDS大师云集，有世界著名控制理论和信息论教授， R. Gallager， D. Bertsekas， S. Mitter，M. Athans等。其中，Gallager和Bertsekas奠定了现代网络的理论基础。第二作者就是两位大师的学生， 并在这实验室完成博士论文，研究互联网协议。

这学派注重数学、建模和理论基础，但是很少开发实用软件。由于缺乏实际软件开发，LIDS的理论影响力较小。而且当时网络实在太小（64节点），控制理论的作用不大，因此没有得到重视。但是第2作者在麻省理工学院LIDS的时候，大师们经常提到网络协议缺陷，并且认为在没有系统数学理论的支持下，以后互联网必定出问题。40年后，网络非常大，果然问题也出来，SDN/NFV的目的就是要解决这些问题。加上区块链，网络协议大幅度改革的时间已经来临。

虽然LIDS因为没有开发协议软件，我们经过20多年车库工厂（garage shop）开发，终于开发出基于控制理论的网络协议和软件，而且实际性能比现在协议好上许多倍。今天LIDS当初的思想被证实是正确的。

许多人认为TCP不可能被超越10-1000倍。事实上，这不但不是不可能，而且是自然现象。反而是低效率的协议才是不自然的现象。从图3可以清楚看出1000倍成长是非常可能的。在延迟到400ms左右的时候，TCP性能降到物理性能的千分之一。如果新网络协议性能和延迟没有关联，性能就是传统TCP的1000倍，而这样的协议世界已经有几个单位做出，包括我们团队。

11 结论

区块链界在过去经常出现三人成虎，以商业白皮书带领学术，人云亦云的现象。在这种情形下，一般老百姓会被误导，有时候连学者也没发现误区，当这些误区被认为是真理的时候，连政府权威单位出的科学报告在媒体上都会被取笑。例如英国首席科学家报告就是一个著名例子，明明是大力支持区块链的科学报告，却被币圈嬉笑怒骂，认为英国政府里面最重要的科学顾问不懂区块链。这些误导影响区块链正常发展，得到不需要的质疑和阻力。

以下列举一些误区：

1. 区块链是去中心化，和国家治理原则冲突

中本聪的原文就没有“去中心化”这概念，而且英文原文decentralization 也不是“去中心化”， 大部分字典都翻译为“分权式” 而不是去中心化。 “去中心化”是无政府主义的人后来加添的概念。加拿大央行在2017年报告说的对，区块链系统可以是分布式或是分权式，但是中心还在，特别是中央银行必定存在。区块链和现在政府治理原则没有冲突，政府本来就是分权式运作，有中央政府和地方政府，各有不同的权力。使用区块链系统不代表中心被去掉，而是把数据一致性分给参与节点来保证参与方和中心同步。中国学术界和研究院应该积极使用正确的名词来讨论区块链。

2. 数字代币不是区块链，而是区块链的一个应用

一些人否定区块链是因为对数字代币有反感，但是没有了解数字代币不是区块链，只是个区块链应用。英国国会就公开宣言，英国政府永远不会使用数字代币例如比特币在政府系统里面，这次宣言由英国央行，英国首席科学家，伦敦金融城重要智库，和相关学者在国会讨论后发表观点。而这些都是在英国最支持区块链的单位或是学者。他们都把区块链和数字代币分离。

反之，我们应学习美国的顶层制度设计。美国政府是个强烈反对数字代币的国家；早期甚至把一名数字代币开发着放进监牢。但在2018年年初国会开会后，美国态度反而是积极前进，不但金融监管单位SEC， CFTC出台政策，连医疗监管单位FDA也出台政策和指南支持区块链。美国医疗区块链就是在这环境下推进，建立一个活泼生态。

最后，链网将带给中国巨大红利：互联网已经改变了中国社会，带给中国重要科技和巨大经济利益。中国独角兽公司包括华为、阿里巴巴、腾讯、百度等为中国带来重大的生产力和经济效益，这些都是和互联网相关。链网将是下一代互联网，新网络协议不但带来高性能的网络，也使中国第一次有自主的网络。这将是个有主权的网络；新的互联网不但不是法外之地，而能自动执行中国法规，主动在线上维持中国的法治。