基于區(qū)塊鏈技術(shù)的信息服務(wù)新架構(gòu)探討

章建賽 呂廷杰

【摘? 要】為探索區(qū)塊鏈技術(shù)對信息通信基礎(chǔ)架構(gòu)的影響及實現(xiàn)，在梳理信息技術(shù)架構(gòu)和信息服務(wù)架構(gòu)演進的基礎(chǔ)上，分析了區(qū)塊鏈新型數(shù)字化分布式賬本體系賦予數(shù)字世界生產(chǎn)關(guān)系升級的功能，并基于“云—管—端—邊”信息服務(wù)架構(gòu)研究了區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)信息物理空間中“設(shè)備民主”的具體路徑，展望了其經(jīng)濟意義。

【關(guān)鍵詞】區(qū)塊鏈;分布式賬本;設(shè)備民主;信息服務(wù)架構(gòu)

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.07.000? ? ? ? 中圖分類號：TN919.21

文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2020）07-0000-00

引用格式：章建賽，呂廷杰. 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的信息服務(wù)新架構(gòu)探討[J]. 移動通信， 2020，44（7）： 00-00.

0? ?引言

IBM公司2014年在其物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展白皮書[1]中首次提出了“設(shè)備民主”（Democracy of Devices）的概念，將人類社會的治理概念延伸到區(qū)塊鏈技術(shù)推動的設(shè)備系統(tǒng)治理，其實質(zhì)是借助區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)去中心化和自治。

區(qū)塊鏈技術(shù)是伴隨比特幣誕生而日益被重視一組技術(shù)組合，是由密碼學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機信息學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等學(xué)科技術(shù)，以特定的方式組合在一起，形成的一個去中心化、不可篡改、過程透明、可追蹤的新型數(shù)字化的分布式賬本體系[2]。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

區(qū)塊鏈被《經(jīng)濟學(xué)人》雜志定義為“信任的機器”（The Trust Machine）[3]，麥肯錫研究報告更稱其為“繼蒸汽機、電力、信息和互聯(lián)網(wǎng)科技之后，最有潛力觸發(fā)第五次顛覆性革命浪潮的核心技術(shù)”，是由信息互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)向價值互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù)，是數(shù)字經(jīng)濟時代能夠改變生產(chǎn)關(guān)系的技術(shù)革命。其應(yīng)用體系架構(gòu)如圖2所示。

1? ?信息技術(shù)架構(gòu)與信息服務(wù)架構(gòu)

在信息通信行業(yè)，CT與IT技術(shù)發(fā)展基于不同的路徑：技術(shù)原理上CT基于香農(nóng)定理，IT基于摩爾定律;網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上CT基于OSI七層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，IT基于TCP/IP五層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在CT和IT大發(fā)展50余年的歷程中，前40年主要以CT為主導(dǎo)，IT被看成是CT的增值業(yè)務(wù);近10年來，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，CT主導(dǎo)讓位于IT主導(dǎo)，CT被看成是IT的連接技術(shù)，所謂去電信化（OTT， Over The Top）模式也應(yīng)運而生。這一技術(shù)主導(dǎo)的思維隨著社會信息化的深入已經(jīng)讓位于應(yīng)用主導(dǎo)的思維。應(yīng)用上，CT和IT都經(jīng)歷了從中心化到分布式、再到中心化+分布式的演進歷程：IT從大型機、小型機、Client/Server發(fā)展到云計算，CT從電路域、分組域、全IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到5G網(wǎng)絡(luò)切片。由此CT和IT技術(shù)融合為ICT一體化技術(shù)，OTT的內(nèi)涵也從“去電信化”發(fā)展到“基于電信”（On The Telecom）。

隨著信息化基礎(chǔ)設(shè)施和平臺架構(gòu)的發(fā)展，CT與IT融合更進一步躍升為虛擬空間和實體空間融合。在信息物理系統(tǒng)（CPS， Cyber-Physical Systems）[4]所構(gòu)建的新空間中，數(shù)據(jù)、算力成為決定性因素。通信和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)界統(tǒng)一將DICT作為新型基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)主導(dǎo)的思維下CT、IT和DT共同成為信息物理系統(tǒng)的構(gòu)成要素。

從技術(shù)主導(dǎo)，到應(yīng)用主導(dǎo)，再到數(shù)據(jù)主導(dǎo)的發(fā)展歷程，屬于信息技術(shù)架構(gòu)范疇。以技術(shù)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)為要素的信息物理空間作用于經(jīng)濟社會空間，并給經(jīng)濟社會的生產(chǎn)工具、生產(chǎn)資料、生產(chǎn)關(guān)系各要素帶來的變化，則屬于信息服務(wù)架構(gòu)范疇。

2? ?從萬物互聯(lián)、萬物智能到萬物賬本

信息物理空間的競爭是當(dāng)今世界競爭的制高點，數(shù)字經(jīng)濟成為經(jīng)濟社會發(fā)展的新引擎。國家高度重視5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等“新基建”的創(chuàng)新發(fā)展和應(yīng)用，并提出“要把區(qū)塊鏈作為核心技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破口”。作為當(dāng)今科技最活躍的領(lǐng)域，移動互聯(lián)網(wǎng)、5G、AI、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等的發(fā)展極大促進了社會生產(chǎn)力的發(fā)展，也不斷催生新的生產(chǎn)關(guān)系形成，信息服務(wù)架構(gòu)的升級將帶動經(jīng)濟社會發(fā)展的轉(zhuǎn)型升級。

2.1? 萬物互聯(lián)，生產(chǎn)工具升級

移動互聯(lián)網(wǎng)、5G、物聯(lián)網(wǎng)主要是關(guān)于連接的技術(shù)，其屬性是萬物互聯(lián)。連接技術(shù)的核心是人與人、人與物、物與物之間的信息實時、安全、泛在的交互，過程包括從物理世界感知、鉆取、傳送、處理和應(yīng)用信息。連接形成網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)是一種生產(chǎn)工具，可得性、可靠性和低成本是生產(chǎn)工具要解決的主要問題。信息物理空間作用于經(jīng)濟社會空間的基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)打破了物理世界線性固化的時間、空間限制，信息不對稱問題得到緩解，規(guī)模經(jīng)濟和范圍經(jīng)濟形成正反饋，平臺經(jīng)濟商業(yè)生態(tài)產(chǎn)生并大規(guī)模發(fā)展。

2.2? 萬物智能，生產(chǎn)資料升級

AI、大數(shù)據(jù)、云計算主要是關(guān)于數(shù)據(jù)的技術(shù)，其屬性是萬物智能。大數(shù)據(jù)、云計算和AI將數(shù)據(jù)作為生產(chǎn)資料，將信息變成了知識，通過積累、處理、訓(xùn)練數(shù)據(jù)實現(xiàn)算法優(yōu)化、產(chǎn)品迭代和服務(wù)互動。虛擬空間內(nèi)部和虛擬空間與物理空間之間的互動性、協(xié)同性，以及通過信息物理系統(tǒng)實現(xiàn)經(jīng)濟社會中供給與需求的實時動態(tài)均衡，是數(shù)據(jù)這一生產(chǎn)資料的主要效用，其表征是雙邊市場（Two-Sided Markets）[5]。雙邊市場中的交叉網(wǎng)絡(luò)外部性（Network Externality）產(chǎn)生錨定效應(yīng)，增進了客戶的黏性，但同時，網(wǎng)絡(luò)外部性經(jīng)價格機制內(nèi)化（Internalize）進收益/成本函數(shù)，也產(chǎn)生定價結(jié)構(gòu)非中性的問題，大數(shù)據(jù)殺熟和互聯(lián)網(wǎng)的被遺忘權(quán)（Right To Be Forgotten）[6]問題凸顯。

2.3? 萬物賬本，生產(chǎn)關(guān)系升級

區(qū)塊鏈是關(guān)于信任和信用的技術(shù)，其屬性是萬物賬本。區(qū)塊鏈本質(zhì)上是一種數(shù)字化分布式賬本（Distributed Ledger），它基于加密算法、存儲技術(shù)、P2P網(wǎng)絡(luò)以對等訪問、不可篡改和可信的方式保證所記錄交易的完整性、真實性和不可篡改。區(qū)塊鏈的主要特性是共識機制、去中心化、不可篡改、智能合約。共識機制是通過多數(shù)方參與共同驗證過程達成的共識實現(xiàn)區(qū)塊鏈交易的真實性驗證;去中心化是區(qū)塊鏈以分布式計算的方式集體維護、共享數(shù)據(jù)體系，不需要中間平臺傳遞;不可篡改是以時間戳等技術(shù)保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性;智能合約是以能夠支持可編程合約的數(shù)字系統(tǒng)作為共識協(xié)議的一種實現(xiàn)方式。區(qū)塊鏈在信息物理空間中高效處理設(shè)備、應(yīng)用、數(shù)據(jù)的關(guān)系，從而在經(jīng)濟社會空間中實現(xiàn)資源的跨時空配置，是數(shù)字經(jīng)濟條件下生產(chǎn)關(guān)系的作用場域。

3? ? 基于區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)云管端邊的“設(shè)備民主”

華為最早提出了基于“云—管—端”的信息服務(wù)的架構(gòu)[7]?！霸啤笔侵冈破脚_，是使用者可隨時獲取、按需求量使用、按使用量付費的可無限擴展的網(wǎng)絡(luò)資源;“管”是指智能管道，是高效穩(wěn)定、可管可控的超寬帶網(wǎng)絡(luò);“端”是指終端，智能化、泛在化的物聯(lián)網(wǎng)多形態(tài)終端。伴隨5G技術(shù)的成熟和云計算、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，“云-管-端-邊”新架構(gòu)產(chǎn)生?！斑叀笔侵高吘売嬎?，提供最近端服務(wù)的開放平臺，是為響應(yīng)時延敏感型應(yīng)用而產(chǎn)生的新型計算范式。

“云-管-端-邊”基于區(qū)塊鏈技術(shù)可以實現(xiàn)“設(shè)備民主”（即去中心化設(shè)備自治），輸出符合低成本、隱私保護、設(shè)備自治的新型信息服務(wù)架構(gòu)解決方案，實現(xiàn)無信任環(huán)境下人與人、人與物、物與物之間低成本的可信連接和可信交易。區(qū)塊鏈技術(shù)是構(gòu)建新型、安全、泛在的設(shè)備自治體系不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。區(qū)塊鏈通過分布式賬本和可信技術(shù)，在萬物互聯(lián)、萬物智能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)萬物賬本，將創(chuàng)建新的合作價值，產(chǎn)生新的商業(yè)模式，使信息互聯(lián)網(wǎng)升級為價值互聯(lián)網(wǎng)，解決“雙花”（Double-Spending）問題，實現(xiàn)信用和價值的低成本傳遞。在“云-管-端-邊”架構(gòu)中，區(qū)塊鏈使信息物理空間對經(jīng)濟社會空間的映射不僅作用于生產(chǎn)工具和生產(chǎn)資料層面，還作用于生產(chǎn)關(guān)系層面，其形態(tài)如圖3所示：

3.1? 區(qū)塊鏈與云的“設(shè)備民主”

云計算是分布式計算、并行計算、效用計算、網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化、負載均衡、熱備份冗余等傳統(tǒng)計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)混合演進并躍升的產(chǎn)物[8]。云計算在冗余和復(fù)雜度、安全和可靠性矛盾方面取得了新的平衡，提高了資源利用率。但是，個人隱私侵犯事件和大數(shù)據(jù)殺熟現(xiàn)象，暴露了用戶數(shù)據(jù)被“竊用”的可能性。區(qū)塊鏈去中心化的共識機制、數(shù)據(jù)不可篡改、零知識證明等加密技術(shù)組合，能夠解決云計算“民主與安全”矛盾問題。

云計算技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)具有需求互通、安全互補的特性，能夠融通復(fù)用，從而產(chǎn)生新產(chǎn)品、新服務(wù)。

（1）產(chǎn)品層面。云計算中的存儲服務(wù)與區(qū)塊鏈結(jié)合，將使視頻、語音、文件等數(shù)據(jù)具有不可修改性，能夠產(chǎn)生公認有效的法律證據(jù)力。云計算在物理層確保應(yīng)用的安全、穩(wěn)定、可靠運行，區(qū)塊鏈在數(shù)據(jù)層確保每個數(shù)據(jù)塊不被篡改、應(yīng)用層確保數(shù)據(jù)信息不被無私鑰用戶讀取。

（2）服務(wù)層面。區(qū)塊鏈能夠彌補云計算在可靠、可信、可控服務(wù)方面存在的技術(shù)缺陷。基于云服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施并結(jié)合大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)，可以生成區(qū)塊鏈云服務(wù)（BaaS）模式，快速構(gòu)建區(qū)塊鏈服務(wù)。

3.2? 區(qū)塊鏈與管的“設(shè)備民主”

“管”即智能管道。全球首個區(qū)塊鏈電信行業(yè)應(yīng)用白皮書《區(qū)塊鏈電信行業(yè)應(yīng)用白皮書（1.0版）》[9]分析了區(qū)塊鏈在運營商業(yè)務(wù)管理、業(yè)務(wù)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)運營3個方面具有8類典型應(yīng)用場景，包括：1）電信設(shè)備管理;2）動態(tài)頻譜管理與共享;3）數(shù)字身份認證;4）數(shù)據(jù)流通與共享;5）國際漫游結(jié)算;6）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用;7）云網(wǎng)融合應(yīng)用;8）多接入邊緣計算。不僅于此，基于區(qū)塊鏈技術(shù)的“云-管-端-邊”信息服務(wù)新架構(gòu)，將使運營商從云網(wǎng)融合的基礎(chǔ)設(shè)施提供者發(fā)展為基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)和價值基礎(chǔ)設(shè)施的提供者。

（1）規(guī)劃層面，區(qū)塊鏈分布式節(jié)點計算結(jié)構(gòu)、P2P網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)，為智能管道在萬物互聯(lián)超高負荷壓力下提供了新的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)視角，區(qū)塊鏈加密算法、去中心化機制和不可篡改特性，能夠解決信息傳輸?shù)穆窂阶粉櫩赡軒淼陌踩珕栴}。

（2）建維層面，5G建設(shè)中利用區(qū)塊鏈技術(shù)可以探索室內(nèi)覆蓋的自建、自治，用戶自行部署并通過區(qū)塊鏈技術(shù)接入運營商底層網(wǎng)絡(luò)，能有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。同時，利用區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)自動、自治的巡檢、告警和修復(fù)，并保證數(shù)據(jù)的可靠性、可信度，將極大提升網(wǎng)絡(luò)運維效率。

（3）應(yīng)用層面，區(qū)塊鏈記賬使任何人都能通過運營商的基礎(chǔ)設(shè)施來控制自己的數(shù)據(jù)，并從自己產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的價值貢獻中得益，將對內(nèi)容產(chǎn)業(yè)形成一個價值更受控的商業(yè)體系，從而使運營商從管道提供商升級為數(shù)字經(jīng)濟時代的客戶價值新入口。

3.3? 區(qū)塊鏈與端的“設(shè)備民主”

終端已從智能手機、平板電腦等領(lǐng)域擴展到新一代感知、連接、控制和應(yīng)用設(shè)備形態(tài)，更多的指代物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。物聯(lián)網(wǎng)使網(wǎng)絡(luò)的連接數(shù)爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)確權(quán)、追溯、保護的挑戰(zhàn)越來越大。IBM在《設(shè)備民主，去中心化、自治的物聯(lián)網(wǎng)》白皮書中分析了物聯(lián)網(wǎng)面臨的5大挑戰(zhàn)[10]，其應(yīng)用發(fā)展必須跨越保障信息安全的信任機制、高效廉價的數(shù)據(jù)處理模式、可持續(xù)盈利的商業(yè)模式三大問題。區(qū)塊鏈技術(shù)分布式計算環(huán)境下的群體可信協(xié)作機制是自發(fā)、自治的去中心化機制，為提升物聯(lián)網(wǎng)的可擴展性、信任關(guān)系、協(xié)作能力、安全保護提供了新方案，其應(yīng)用價值如表1所示。

3.4? 區(qū)塊鏈與邊的“設(shè)備民主”

邊緣計算是一種在信息來源、存儲庫及使用者附近進行內(nèi)容收集、信息處理和應(yīng)用交付的計算拓撲結(jié)構(gòu)。它將計算處理和網(wǎng)絡(luò)流量留在本地，賦予系統(tǒng)邊緣更大的自治性，發(fā)揮了核心云（遠端）、邊緣服務(wù)器（近端）、終端設(shè)備（前端）三層能力。邊緣計算對時延敏感、算力和存儲要求高的應(yīng)用程序（如VR、AR）具有廣泛的應(yīng)用價值，但也存在算力通用性、數(shù)據(jù)安全和付費模式等問題，以及邊緣計算結(jié)果不上傳到云平臺可能帶來的追溯問題（中科院計算所《邊緣計算技術(shù)研究報告》[11]）。區(qū)塊鏈技術(shù)下的設(shè)備自治系統(tǒng)提供了可追溯性、交易透明度和分布式賬本記錄的解決方案，如表2所示。