從2015年起，我們就把區塊鏈定義為將來的一種計算或者通訊的一種基礎設施，如果把區塊鏈當做是一個基礎設施，這代表以后的計算機服務器以及網絡協議，從上面到下面都會有改變。在2017年5月，筆者在貴陽數博會演講提出區塊鏈互聯網(鏈網)的大框架，講到區塊鏈互聯網將支持“鏈滿天下”并且將改變互聯網的協議 [1, 2, 3]。

鏈網將會是什么協議呢?首先鏈網協議必須兼容現在互聯網的協議，但是又能支持區塊鏈服務。但是互聯網是40年前的技術，這個技術實在太舊了，今天任何2、3年前的技術，我們都可能是認為舊了必須更改，何況40年前的技術?在正常情形下，這應該已經換代10多次。

有人說我們不需要取代TCP/IP，因為現在大部分網絡應用在TCP/IP上。我們不同意，因為TCP/IP當初的勝出主要原因是技術簡單，實現方便，但是它的理論基礎不強大。何況鏈網還會帶來新的研究問題， 許多區塊鏈服務不能在TCP/IP上高速運行。這個鏈網表示新一代的互聯網協議需要出現。

作為區塊鏈互聯網系列文章***篇，我們討論到現在TCP協議到底是不是一個好的協議。即使只是支持互聯網運行，和區塊鏈服務沒有一點關系，我們仍然可以看到這個協議可以有很大的進步空間。只有我們了解這個協議的問題，我們的眼界才能打開。

TCP采取端到端的模式

最初設計的互聯網在歷史上的特定時期和特定情況下發揮了它的作用。互聯網經歷了多個發展階段，已經成為世界上每個國家的數字基礎設施。然而，最初的端到端設計原則已失去其實用性，并且成為更加高效實用的基礎設施的主要障礙。

區塊鏈將顛覆目前的互聯網。這是一個大好機會，這將是創建新互聯網的***時機。 

端到端互聯網是一個黑箱

端到端(E2E)互聯網的問題在于，它被設計成一個黑箱。在黑箱模型中，終端系統無法了解黑箱的狀態，所有反饋都來自黑箱外部，即來自連接到黑箱的終端系統。

互聯網采用黑箱模式,可以使非軍工企業與軍事供應商合作建立通信基礎設施。最初的APARNET雛形就是一個國防資料網;通過使用黑箱模型，許多非軍事供應商也參與到互聯網的共建工作中。作為回報，他們有權使用網絡。端到端網絡的最初設計目標如下：

• 系統的可生存性;
• 多種多樣的服務類型;
• 多種多樣的網絡種類。

當今的軍事網絡和商業網絡都具備上述這些屬性。雖然這些屬性造就了互聯網的迅速擴張，是其成功的原因，但它也在許多方面阻礙互聯網成為更有用和更高效的網絡。

我們在以前已經提出鏈網會有不同的應用網絡，例如交易網，監管網。以后還會有許多不同的應用網絡出來支持“鏈滿天下”， 鏈和鏈之間有跨鏈協議， 并且跨鏈協議有共識機制來保證跨鏈交易的資產是真實的。這表示鏈網的需求和40年前互聯網的需求完全不一樣。40年前設計是提供軍事和非軍事應用的共享平臺，所以需要黑箱作業;現在是鏈滿天下，資產上鏈，各主體需要對資產有共識后才能交易， 交易也要通過共識機制。這需要一個全新的網絡基礎設施，以前黑箱作業的協議不能夠支持鏈網的需求。

端到端互聯網的五大缺點

互聯網是一個復雜控制系統。因此，應根據經得起時間考驗的控制理論進行構建。控制理論告訴我們，控制系統包括兩個基本方面：系統狀態估計和對特定控制目標的控制。

黑箱模型的缺點包括(但不限于)以下幾點：

• 1. 缺乏及時的網絡內反饋;2. 缺乏及時的網絡內控制;
• 3. 缺乏對網絡狀態的系統化估計;
• 4. 缺乏對網絡的系統化控制;
• 5. 盲視終端系統操作引起的噪聲和干擾。

缺乏及時的網絡內反饋

根據控制理論，控制操作質量的關鍵取決于控制器接收到的反饋。在黑箱設計中，反饋只能從終端系統接收。因此，當來自發送端的資料包流在網絡中遇到擁塞時，發送系統無法收到擁塞點的擁塞情況。當路徑的另一端檢測到擁塞時，它只能對所發生的事情進行推測。從另一端系統反饋給發送端系統的質量，***也不過是對路徑擁塞的延遲和粗略估計，甚至可能是對路徑情況完全錯誤的估計。

缺乏及時的網絡內控制

根據控制理論，***控制操作是無延遲的; 然而一個簡單的延遲會導致被控制的系統從有限維變為***維。對于黑盒模型，控制只能在網絡外部的終端系統啟動。這意味著無論控制做得多好，它在擁塞點的影響都將被延遲。眾所周知，這種設計會導致系統性能嚴重下降。在網絡環境中，假設正確的控制操作是降低發送端系統的發送速率。當流量減少的影響到達擁塞點時，擁塞可能已經消失，或者路徑的瓶頸可能已轉移到另一個點。

缺乏對網絡狀態的系統化估計

黑盒模型另一個嚴重的缺點是阻礙了對網絡狀態的系統化估計。今天的互聯網是由相關元件組成的連接網絡。因此，為了估計網絡的真實狀態，有必要在網絡內的多個點收集網絡狀態信息。例如，如果不觀察與***條路徑具有相同連結的其他路徑上的交通狀況，就無法預測路徑上的交通狀況。采用端到端的設計，很難觀察和估計互聯網中真實的網絡狀態。但是，移動運營商或內容分發網絡(CDN)運營商等都認識到需要進行全網狀態監控。典型的運營商設施通常設有一個網絡控制中心，允許運營商監控其網絡中最重要的部分。然而，運營商無法估計自己的網絡所連接的互聯網的真實狀態。對運營商而言，連接到運營商網絡的互聯網是無法用系統方法來進行估計的。

缺乏對網絡的系統化控制

以同樣的方式，黑盒模型也阻礙了對互聯網狀態的系統化控制。為了優化對一小部分網絡的控制以達到特定控制目標，通常需要對與這一小部分網絡有交互流量的互聯網的其他部分施加控制。在幾乎所有情況下，都有必要以系統化協調的方式在互聯網的多點上實施控制。例如，假設控制目標是充分利用用戶所購買的100 Mbps的互聯網連接。但是，由于互聯網是共享的，除非沒有其他流量共享用戶占用頻寬，否則無法獲得100 Mbps的速度。瓶頸處的其他流量可能導致用戶可用的頻寬下降到100 Mbps以下。端到端設計阻礙兩個或更多獨立方協調其控制行動，以實現獨立各方所需達到的控制目標。因此，在通常情況下，企業(如銀行或證券交易系統)會建立一個完全私有的網絡來實現其控制目標。

終端系統的噪聲和干擾

端到端設計其實是互聯網本身表現不佳的根源。在網際網絡上，每個自治系統(AS)不考慮其他AS的操作，除非有協定或合同的要求。因此，每個AS都各行其事，并常成為其他AS和用戶的噪音和干擾源。一個簡單的例子就是TCP眾所周知的低性能。每個TCP發送方都受TCP標準的約束，從而在發送端維持所謂的“公平共享”輸送量。在TCP模型中，共享同一瓶頸鏈路的其他發送方發送的所有通信都是自然發生的。因此，每個發送者都可以按自己的節奏自由地發送資料包，而沒有流量控制機制來進行協調或調節。因此，今天的互聯網流量是突發性的，具有高度隨機性。由于在互聯網上沒有系統化的流量調節，在幾乎整個互聯網上任何的應用都經歷了不同的RTT(往返時間)。當RTT變化較大時，TCP輸送量可能會崩潰;今天，這種崩潰在互聯網上仍然很常見。 

本文所提的分析，也應用于互聯網的基本架構。鏈網會有新的協議，架構，會是下一代的互聯網[4]。

參考文獻

• [1]. 蔡維德等，“區塊鏈的中國夢之一： 區塊鏈互聯網***中國科技進步”, 2018.8.7 https://mp.weixin.qq.com/s/NtM7jHfxq1rsIAO0i7cEBg
• [2]. 蔡維德等，“區塊鏈的中國夢之二：鏈滿天下打造數字社會”, 2018.9.11 https://mp.weixin.qq.com/s/WCIMDUSrCueJyNAMpAn8hA
• [3]. Mathis, Semke, Mahdavi & Ott, “The Macroscopic Behavior of TCP Congestion Avoidance Algorithm,” Computer Communication Review,27(3), July 1997
• https://www.slac.stanford.edu/comp/net/wan-mon/thru-vs-loss.html
• [4]. 蔡維德等，“區塊鏈互聯網”, 2017.6.3
• https://mp.weixin.qq.com/s/7cTVxvGVPZeax0zuUAhWmg

作者簡介：

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(貴州)綜合試驗區區塊鏈互聯網實驗室， 天民(青島)國際沙盒研究院， 賽迪(青島)區塊鏈研究院

Kevin Tsai：University of California at Irvine 名譽教授，美國麻省理工學院本碩博，區塊鏈網絡專家