一個改變就是現在的互聯網（信息網）會變成區塊鏈互聯網（鏈網）或是稱為“價值網”。這是中國許多年來才遇到的一次科技大改革機會。以前中國老是抱怨使用的不是中國互聯網，因為不論網絡協議或是DNS，都是由國外控制。中國互聯網市場大，但是技術控制權不在中國。

而且區塊鏈是有主權概念，主權區塊鏈代表中國的法律可以在互聯網上自動執行[8，11, 12]。這樣鏈網會是中國的互聯網，不再是國外互聯網，而且是安全、可靠、高速的互聯網， 可以使用在金融市場，以及公檢法、政務上。所以在2017年數博會上，多位演講者都以“天佑中華”來形容這次機會，筆者在那次會議上也以《區塊鏈互聯網》為題目演講[13]。為什麼這些人發表這樣的演說，他們的觀點以什麼為依據？

傳統互聯網也可以做這些應用，但是需要在互聯網上加許多功能，等於是在不安全的環境下，建立一個虛擬的安全環境，這是不靠譜的。鏈網自動提供這些安全加密功能，金融應用或是重要應用開發和使用都會大大便利。這是一個區塊鏈中國夢，這是打造中國數字經濟和數字社會的一個良機[9]。

網絡不是法外之地，但是現在互聯網並不是中國互聯網；但是有了鏈網後就不同，因為這鏈網是中國互聯網。不要認為這是不可思議的事，可以看看英國在2018年的作為。英國Law Commission（法律委員會）在2018年開始研究采用區塊鏈和智能合約技術運用在英國法律系統裡面。這會改變英國法律的執行和制定，中國法院也不落後，也開始使用區塊鏈在電子證據上。這些都是巨大變化，因為這次法律法規以代碼形式出現，自動在網絡上執行中國法律，這和現在法律的制定和執行差距甚大。這也是區塊鏈中國夢的一部份[11]。

如果懷疑鏈網的必要性，可以參考《2018年美國版統一度量衡： 鏈網醫藥供應鏈》[10]， 美國因為在2012年發生“假藥進入醫院”事件，造成許多患者傷亡，所以在2017-2018年開啟研究項目，最後提出基於區塊鏈的醫藥追蹤項目，並且在2019年開始實驗。美國有67000家藥房，8000家醫院，3000個批准的藥，200個制藥商，如果這些都要上鏈，就有 4 x1014組合，這樣龐大的系統就需要鏈網才行。2018年SWIFT做實驗，34家銀行參與（一共528組合），實驗使用的區塊鏈系統就支持不了。如果一個區塊鏈能夠支持34機構，美國醫藥區塊鏈就需要757億條鏈 （4 x 1014 / 528= 7.57 x 1010）。這樣的鏈結合難道不是鏈網？

鏈網將會充滿著鏈，這會是“價值”互聯網，而不同於以前的“信息”互聯網。在價值網裡面，重要是資產，還可以進行各式各樣的資產交易。

以上這些特點，不是根據區塊鏈而發展出來的標准，而是根據PFMI (Principles of Financial Market Infrastructures) [20, 21, 22]。這標准是許多世界各地央行所支持的，其中包括中國人民銀行、歐洲央行、美聯儲、英國央行、日本央行、加拿大央行等。這標准是在2008年是世界經濟危機後，各國央行制定的標准。 PFMI的一個重要指標就是在一個國家出現經濟危機時，金融系統可以有機制地阻止危機擴散到其他國家。PFMI是普世金融系統的原則，而不是專門為區塊鏈系統設計的原則。

PFMI在2017-2018年被加拿大央行、歐洲央行、日本央行使用來評估區塊鏈系統，並且發現現在的區塊鏈系統並不能通過PFMI的評估，包括一些一直被認為是區塊鏈強項的特性也沒有通過。傳統上，區塊鏈系統自稱因為同樣信息在多節點上，因此區塊鏈系統可靠。但是加拿大央行認為以太坊和Corda（其實是類似區塊鏈系統）都不夠可靠。這與大眾對區塊鏈的想法截然不同。重點是這問題能否解決？

從加拿大央行後來繼續從事區塊鏈實驗就表明，這些問題不是不能解決的，而是現在區塊鏈系統必須更改才能被金融機構使用。這也是筆者在過去一直在提的：金融區塊鏈必須根據PFMI來更改，而不是更改PFMI。現今金融區塊鏈的發展趨勢，就是要改造現在的區塊鏈系統成為“金融區塊鏈”[21, 22]。

現在區塊鏈系統已經有一部分技術符合PFMI原則了， 例如可追蹤性，身份驗證，電子證據等。但是整體來說，現在的區塊鏈技術還達不到以下這些PFMI的原則：

根據PFMI，所有的數字資產交易都要實時，而且監管也要實時。今天公鏈強調使用P2P來逃避監管，使公鏈很難做實時交易和監管，政府不能支持。2018年數字代幣價格大跌，也是因為美國SEC監管數字代幣。如果拿走P2P協議，區塊鏈就可以有實時交易和監管，但是要支持可回滾性必須要有其他機制。根據PFMI的需求，將來的金融區塊鏈必定會有大幅度的改變，因此將來的區塊鏈和現在的區塊鏈必定大不相同。

鏈網因為要支持金融區塊鏈，必定需要高速、穩定、可靠和能保護隱私。今天在股票交易上，許多單位都在交易所旁邊建立辦公室，減少網絡信息延遲。他們這樣做是因為現在網絡協議性能和延遲相關，公司離交易所遠，信息就來的晚。例如在公司出消息的時候，股票會很快上漲或下跌，如果有0.5秒的優勢，價錢差距可能就非常大。並且因為傳遞的信息是交易信息，掉包是非常嚴重的，在區塊鏈系統裡面，掉包一個數據可能就會有幾千的交易同時一起被丟失，因為一個交易失敗，會導致在同塊中所有交易都失敗，而且他們本來是應該成功的。這不但可能會有價格差異的問題，也可能導致法律問題。這些都是現在互聯網協議存在的弊端，必須在鏈網得到解決，而且現在也有了解決方案。

鏈網到今天才只有4年的歷史，但是也有不同看法和觀點：

另外還有一個鏈網的看法，一些人認為鏈網就是DApp、區塊鏈系統、分布式存儲組成的網絡。如果這真是一個鏈網，這表示世界上有兩個互聯網，鏈網（上層）+傳統互聯網（底層），因為在這模型上，DApp、區塊鏈系統、分布式存儲都是使用傳統互聯網協議，實際上都是互聯網的應用。根據這想法，任何大型互聯網應用都可以成為一個上層互聯網，這樣世界會有許多應用匯組成的新互聯網，例如臉書，支付寶、微信等都可以自稱是下一代互聯網，因為他們都是大型網絡應用。筆者認為應用是應用，除非網絡協議更改，再大型應用還是應用，不是新的互聯網。

要了解鏈網的設計，需要先了解互聯網的歷史。下圖是1971年的互聯網，可以看到上面只有少些節點， 參與單位包括哈佛大學、麻省理工學院，斯坦福大學、加州大學洛杉矶分校（UCLA）、BBN 公司、RAND公司等。這是個非常小的網絡，開始的時候是為美國軍方設計的，所以網絡控制協議設計采取黑盒方式，不讓參與者控制網絡內部，這些單位只能在外面控制自己的通訊信息。

圖 1: 1971年的互聯網

今天的互聯網，有十幾個億的節點，而且現在的互聯網絕大多數都是民間應用，不是軍事用途（軍事網有自己的專網）。我們可以清楚看到，今天的互聯網跟40年前的互聯網大不相同。這指出一個嚴肅問題，為什麼現在互聯網協議和當年的協議差不多？難道是當年設計太完美，都適應？當初的黑盒協議到今天還是一樣適用？

下面是筆者提出的將來鏈網的網絡架構：左邊的圖就是現在的互聯網協議架構，右邊的圖是鏈網架構。左邊最上面就是一些應用，例如內容、電子商務、視頻、社交網絡等

從這個圖來看，今天的互聯網跟以前的互聯網有很大的不同。互聯網現在經歷一個改變：過去端到端的設計原則大家尊重，認為端到端到原則是好的原理。但是12年前斯坦福大學開始有不同想法，並且發展成了新網絡設計趨勢，SDN (Software-Defined Networking) 和NFV(Network Function Virtualization)。SDN跟NFV跟過去的互聯網協議不相同，最大的不同就是不再遵守端到端的設計原則, 並且認為互聯網不應該是個黑盒子；因為在黑盒中，搜集信息和控制系統都有困難。所以網絡明顯有2個學派：傳統學派和新學派，鏈網也出現2個學派。

傳統派以麻省理工學院作為代表，他們認為在鏈網上傳統協議不需要改，例如MIT Digital Tradecoin (tradecoin.mit.edu) 數字法幣項目。他們開始的時候質疑原始的互聯網協議設計，但研究之後還是認為端到端的設計很好，可以繼續使用。他們肯定原始的互聯網協議的三個特點：維持系統生存，結合各種服務的類型，結合各種不同類型的網絡。

讀者或許不知道，互聯網端到端的協議原來就是麻省理工學院計算機與人工智能實驗室(CSAIL，Computer Science & Artificial Intelligence Laboratory )開發的，所以這次麻省理工學院評估就是評估同事以前的工作，只是這次來自不同實驗室——媒體實驗室 (Media Laboratory)， 這個實驗室也提出“數字社會”這概念。

麻省理工學院提出數字法幣模型顯示在下圖，每條鏈都是個獨立的自制系統(autonomous system)，左右邊都是自制系統，也都是區塊鏈系統。

圖3： 麻省理工學院的數字法幣架構

網絡結構仍用端到端的設計（下圖）：右圖就是端到端的設計，每個G就是代表一條鏈的Gateway，左圖是個Overlay網絡。基本上他們把鏈網當做是一個端到端自制區塊鏈系統的聯結。

圖4：麻省理工學院使用傳統互聯網協議

細心的讀者可能發現，這Tradecoin模型和其他數字法幣模型不一樣。例如IBM公司在2018年7月提出的穩定幣模型、摩根大通銀行在2019年提的穩定幣模型、中國熊貓模型、中國金絲猴模型、英國央行的RSCoin數字法幣模型，都和Tradecoin模型不一樣。IBM、摩根大通的模型是以自己貨幣（數字美元）為中心，其他貨幣必須交換數字美元；麻省理工學院、熊貓模型、金絲猴模型一開始就假設多個獨立數字貨幣，而提供各樣貨幣交互的機制。

這些模型與宇宙模型和Polkadot模型又不一樣，這兩個模型以數字代幣出發，但是卻都用中心化的架構來連接參與鏈。 麻省理工學院模型、熊貓模型、金絲猴模型卻是分布式模型。中心化的鏈網，就像中心化的偽鏈一樣，以後很難被接受。在早期因為沒有更好的技術出現，沒有選擇。但是現在已經有一些分布式的鏈網架構出現，這些中心化的鏈網都會更改。

另外一派不接受原來思想，提出SDN/NFV概念，因為互聯網不應該是個黑盒子。他們認為一個好的互聯網能夠做整體化的控制，而不能只是在端與端之間做控制：如果要加速網絡，提高整體網絡性質，必須在網絡內去做控制。這和傳統網絡協議思想正好相反。

他們提出新的看法和協議。但是從某個角度而言，他們只是提出早已存在的舊理論，比如說他們提出的電路交換、虛擬電路、多商品留優化(multi-commodity flow optimization)等。這些原本是30~40年前的科技，它們的共性是整體化控制。

今天，谷歌由於從事數據中心網絡的優化，大力提倡SDN/NFV，他們也跟斯坦福大學得到相同的結論。

這些都是違背PFMI， 金融系統不但需要有控制機制，而且還要監管機制。網絡是一個復雜系統，這系統做的控制數據包的傳輸，所以應該使用從控制理論(control theory)。

在互聯網開發歷史中，控制理論專家並沒有參加。起初互聯網是由電話公司設計，後來是由計算機公司設計，這兩種產業當中的專家們多半不是控制專家。以致於現在互聯網有巨大的進步空間，比如說:

1.互聯網上的數據包的傳輸，可以比現在協議快上10倍到1000倍。

2.路由容量可以提高50%到80%。

3.在系統運行上，網絡可以全系統監控、控制和管理。

互聯網的協議當中，一個特重要協議是TCP (Transmission Control Protocol)。TCP有一個問題：它的傳輸量因RTT (round trip time，來回路徑時間) 的上升和變化而下降。

圖5：TCP速度因為延遲而大量降低[1]

此圖說明TCP的傳輸量，隨著RTT的上升而成指數型下降。今天大多數人認為這是自然物理現象，其實這是協議設計不佳造成的，不是物理現象。舉例說明：如果買2個通訊的盒子，而每個盒子都能夠傳輸10Gb/s。用電纜連接兩個盒子，應該得到10Gb/s。如果量出來不是10Gb/s，我們就說這個通訊設備不好。不論電纜的延遲是1毫秒，10毫秒，100毫秒或1000毫秒，盒子都應該維持10Gb/s，這就是通訊設備的規格，不應該改變。但是一旦加上TCP，就拿不到10Gb/s。這表示正常傳輸量跟傳播的延遲應該沒有關系；傳輸量下降，是因為TCP設計不佳。

TCP有另外一個問題，即計算傳輸量太慢。因為TCP是用端到端的迭代，發送端跟接受端需要來回輸送不同的數據，才能夠讓發送端算出最優化的傳輸量。假如TCP需要N次迭代，每一次需要一個RTT（來回傳播的時間），迭代收斂 (convergence) 所需時間就是N*RTT。但如果把這計算的迭代放在網絡內，例如，在瓶頸鏈路處或附近，可以容易地獲得關於瓶頸處擁塞的信息。 在此處，計算通過當地計算設備的迭代來完成。算出最佳速率將被傳送到2個端點（發送方和接收方）。因為今天的CPU速度夠快，計算傳輸量的時間與發送到2端所需的時間相比，小到可以忽略不計。因此，最優傳輸量的僅延遲最多½RTT（可以短至¼RTT），這明顯快N * RTT（其中N是TCP計算其最優傳輸量所需的迭代數）。

谷歌發現這事，就發展了一個TCP的替代品叫BBR，BBR使用確定性等效原理(Certainty Equivalence)控制理論來改善TCP。單單用這個原理，就得到比現在的TCP的速度好28倍。這打破長久以來的網絡學術界的看法，就是TCP 很難再進步，而且TCP是不能被取代的。谷歌的貢獻就是打破了這個迷思。

但是確定性等效原理在控制理論上是50年前的舊理論。按這原理：當系統裡面有很多不確定性的變化，就把它們取一個平均值，如此就把不確定系統當做是個確定的系統，把不確定的變化改成平均值的變化。好處是因為系統變成有確定性了，所以容易設計控制；但壞處是當真正系統跟平均值不一樣的時候，就可能造成很糟糕的控制效果，這就是BBR的問題。下一個圖表達BBR在嘈雜的路徑中表現是很差的，這是一個在美國國家的能源部的實驗室所做的一個測試，這個測試裡面可以看BBR比TCP多大量的重傳跟：第一例子TCP重傳數是10700，但是BBR的重傳數是240340 (24倍)。

圖6：BBR的重傳數太大[2]

如果使用比較成熟的控制理論，就能使TCP的吞吐量提高10到1000倍，而不只是28倍。今天有好幾家公司已經做到能夠使TCP的速度增加10到1000倍。Signiant是一家公司，發展了一個新協議，傳輸數據比TCP快800倍。FileCatalyst是另外一家公司，發展了一個新協議，傳輸數據比TCP快1000倍（下圖）。這裡TCP用FTP來代表，左邊是有5小時40分鐘，另外是1分鐘23秒，相差1000倍以上。

圖7：FileCatalyst 使TCP的速度增加1000倍[3]

另一家叫Aspera公司（被IBM買去）。但是谷歌的BBR只有28倍，這裡有什麼不同？IBM，FileCatalyst，Signiant都需要路徑不能夠跟其它的流量共享，但是BBR能夠跟其它流量共享，但是BBR跟其它流量共享的時候，它就不能達到1000倍，只能達到28倍。

不知道讀者觀察到一個重要的現象沒有？就是通訊速度和延遲沒有關系。這表示原來大家都認為的物理現象不是物理現象，而是協議沒有設計好。

另外一個重要現象就是傳統網絡協議設計不適合鏈網，因為TCP認為丟棄數據包是可以忍受的，丟的包可以重傳。但是在新協議裡面丟數據包被最小化。這對鏈網非常重要，在共識機制上，如果一個數據包丟失，共識機制可能會失敗；一旦失敗，在同一塊裡面所有交易都一起失效，必須重新再來。這和傳統系統不一樣，在傳統系統每一筆交易都是單獨處理，一筆交易失敗只會影響自己，但是在區塊鏈裡面，塊中任何交易失敗，在塊中所有交易一起失敗。所以在鏈網數據包不能隨意丟失。鏈的速度越快，越不能丟數據包，因為每次重來，可能會影響到上萬個其他交易。

今天網絡協議的爭論，不是最近開始，也不是20年前開始，是40年前開始，而且都在同一個系。網絡使用控制理論是從麻省理工學院信息與決策系統實驗室（LIDS，Laboratory for Information & Decision Systems）開始的，而傳統協議卻是麻省理工學院計算機和人工智能實驗室開發的。兩個實驗室都在同一系，但是在同一領域上卻產生2個對立的學派。

LIDS大師雲集，有世界著名控制理論和信息論教授， R. Gallager, D. Bertsekas, S. Mitter，M. Athans等。其中，Gallager和Bertsekas奠定了現代網絡的理論基礎。第二作者就是兩位大師的學生， 並在這實驗室完成博士論文，研究互聯網協議。

圖8：麻省理工學院LIDS教授Robert Gallager

這學派注重數學、建模和理論基礎，但是很少開發實用軟件。由於缺乏實際軟件開發，LIDS的理論影響力較小。而且當時網絡實在太小（64節點），控制理論的作用不大，因此沒有得到重視。但是第2作者在麻省理工學院LIDS的時候，大師們經常提到網絡協議缺陷，並且認為在沒有系統數學理論的支持下，以後互聯網必定出問題。40年後，網絡非常大，果然問題也出來，SDN/NFV的目的就是要解決這些問題。加上區塊鏈，網絡協議大幅度改革的時間已經來臨。

雖然LIDS因為沒有開發協議軟件，我們經過20多年車庫工廠(garage shop)開發，終於開發出基於控制理論的網絡協議和軟件，而且實際性能比現在協議好上許多倍。今天LIDS當初的思想被證實是正確的。

許多人認為TCP不可能被超越10-1000倍。事實上，這不但不是不可能，而且是自然現象。反而是低效率的協議才是不自然的現象。從圖3可以清楚看出1000倍成長是非常可能的。在延遲到400ms左右的時候，TCP性能降到物理性能的千分之一。如果新網絡協議性能和延遲沒有關聯，性能就是傳統TCP的1000倍，而這樣的協議世界已經有幾個單位做出，包括我們團隊。

區塊鏈界在過去經常出現三人成虎，以商業白皮書帶領學術，人雲亦雲的現象。在這種情形下，一般老百姓會被誤導，有時候連學者也沒發現誤區，當這些誤區被認為是真理的時候，連政府權威單位出的科學報告在媒體上都會被取笑。例如英國首席科學家報告就是一個著名例子，明明是大力支持區塊鏈的科學報告，卻被幣圈嬉笑怒罵，認為英國政府裡面最重要的科學顧問不懂區塊鏈。這些誤導影響區塊鏈正常發展，得到不需要的質疑和阻力。 

以下列舉一些誤區：

1. 區塊鏈是去中心化，和國家治理原則沖突

中本聰的原文就沒有“去中心化”這概念，而且英文原文decentralization 也不是“去中心化”， 大部分字典都翻譯為“分權式” 而不是去中心化。 “去中心化”是無政府主義的人後來加添的概念。加拿大央行在2017年報告說的對，區塊鏈系統可以是分布式或是分權式，但是中心還在，特別是中央銀行必定存在。區塊鏈和現在政府治理原則沒有沖突，政府本來就是分權式運作，有中央政府和地方政府，各有不同的權力。使用區塊鏈系統不代表中心被去掉，而是把數據一致性分給參與節點來保證參與方和中心同步。中國學術界和研究院應該積極使用正確的名詞來討論區塊鏈。

2. 數字代幣不是區塊鏈，而是區塊鏈的一個應用

一些人否定區塊鏈是因為對數字代幣有反感，但是沒有了解數字代幣不是區塊鏈，只是個區塊鏈應用。英國國會就公開宣言，英國政府永遠不會使用數字代幣例如比特幣在政府系統裡面，這次宣言由英國央行，英國首席科學家，倫敦金融城重要智庫，和相關學者在國會討論後發表觀點。而這些都是在英國最支持區塊鏈的單位或是學者。他們都把區塊鏈和數字代幣分離。

反之，我們應學習美國的頂層制度設計。美國政府是個強烈反對數字代幣的國家；早期甚至把一名數字代幣開發著放進監牢。但在2018年年初國會開會後，美國態度反而是積極前進，不但金融監管單位SEC， CFTC出台政策，連醫療監管單位FDA也出台政策和指南支持區塊鏈。美國醫療區塊鏈就是在這環境下推進，建立一個活潑生態。

最後，鏈網將帶給中國巨大紅利：互聯網已經改變了中國社會，帶給中國重要科技和巨大經濟利益。中國獨角獸公司包括華為、阿裡巴巴、騰訊、百度等為中國帶來重大的生產力和經濟效益，這些都是和互聯網相關。鏈網將是下一代互聯網，新網絡協議不但帶來高性能的網絡，也使中國第一次有自主的網絡。這將是個有主權的網絡；新的互聯網不但不是法外之地，而能自動執行中國法規，主動在線上維持中國的法治。