新一代互联网体系结构包括哪些？

实现基于分布式信任基础设施的新一代互联网体系结构是一个 自底向上的过程，主要包括三个层次。

1.分布式共识基础设施

随着万物互联时代的到来，网络的复杂度将持续扩大，各类网络应用和网络 攻击层出不穷，而基于区块链技术构建新一代互联网体系结构无疑对底层共识机 制的安全性、性能提出巨大挑战。同时，由于不同网络应用对安全性、效率等要 求不同，如何实现可根据实际部署环境灵活定制的共识机制成为研究的重点。分 布式共识基础设施旨在突破高效、灵活的分布式共识技术，解决互联网应用层出 不穷和共识技术安全、性能不足之间的矛盾，为构建真实存储基础设施、真实计 算基础设施、分布式数字身份基础设施提供信任支撑。

分布式共识基础设施希望解决现有共识设施普遍存在的安全与效率问题，一 方面，目前区块链的共识机制发展相对不成熟，其安全性是否足以支撑安全可信 网络体系结构并没有很好的理论支撑；另一方面，面对网络用户的持续增长以及 网络应用的复杂多样性化，共识机制是否足以支撑灵活多样的网络应用服务、满 足持续增长的用户需求，依然有待研究。为有效构建新一代网络体系结构，并支 撑大规模开放网络环境中的不同应用需求，分布式共识基础设施针对抗网络攻击 和高性能共识，分别设计抗网络攻击的稳定拜占庭容错共识和高性能共识算法。 抗网络攻击的稳定拜占庭容错共识主要针对网络链路不稳定和存在网络攻击的 场景，在存在链路错误和网络攻击的环境下实现稳定的拜占庭容错共识。高性能 分片共识主要针对当前共识算法存在的效率问题，并期望不进行任何安全性妥协。

2.真实存储基础设施

随着数字时代的到来，互联网上产生的数据呈现几何式爆炸增长，数据的来 源和形式千差万别，如何在海量的数据中分辨和验证其真实性成为摆在人们面前 的一个难题；同时，由于大部分真实存储算法本身的局限性，如何在保证真实的 情况下进一步适应大规模的特点，从而解决信息时代海量数据的真实存储问题是未来一个重要的研究方向。真实存储基础设施旨在突破分布式存储的真实性验证 和保障技术，解决来源真实性、存储容量与实际存储需求之间的矛盾，为构建安 全可信互联网协议栈提供可信存储支撑。

具体来说，针对互联网环境中上层应用产生的海量数据，比如 AS 对应的 IP 前缀、不同终端设备的源地址、网络流量信息等，其数据量是巨大的，区块链要 求全节点存储所有数据信息的存储模式难以实现。真实存储基础设施对区块链存 储模式进行改造，以 ADS 形式来存储数据哈希、索引等存储开销小的信息，实 现数据的可寻址与可验证等，确保数据存储这一行为是真实的，存储开销大的实 际数据则是由少部分存储节点进行链下存储；当用户访问数据时，基于链上数据 检索到所查询数据的存储位置，之后再请求获取真实数据；存储节点收到用户的 数据访问请求后，在返回数据的同时结合链上存储的 ADS 来构造所返回数据的 完整性证据，确保用户可以证明数据的真实性。

3.真实计算基础设施

p 网络等新兴技术应用的日常化，以往基于单点背 书式信任的计算方法已经不能适应人们的日常需求。细粒度的计算带来的是参与 者增多、信任风险升级的困境。一旦某一参与者发生问题，带来的是整个计算的 不可信问题，进而可能造成更严重的损失。因此，确保互联网协议运行过程的真 实可信、检测甚至避免信任风险的发生是值得探索的。真实计算基础设施旨在突 破分布式协同计算中的真实性验证和保障技术，解决单点基础设施不可信与实 际计算真实性之间的矛盾，为构建安全可信互联网协议栈提供可信计算支撑。

真实计算基础设施是在真实存储基础设施的基础之上，引入智能合约，确保 计算流程的公开、透明、可验证，以及计算结果的真实、可信、不可篡改。其中， 计算逻辑被编码进智能合约中并部署在区块链上，用户可以通过发布交易来触发 智能合约的执行，调用智能合约的交易以及智能合约的执行结果都存储在区块链 上。传统区块链系统中，所有节点都会通过智能合约完成计算任务，从而对计算 结果进行验证。而在面对大规模的计算任务时，传统的所有节点都完成同一计算 任务带来的开销是不能容忍的，真实存储旨在设计更高效更灵活的计算模式，并 在此基础上实现整体计算的可信。

4.分布式数字身份基础设施

当前，全球身份标识符中的绝大多数由中心化权威机构发布，这些权威机构 决定标识符所指的对象，并有权决定是否以及何时撤销。这些标识符的适用范围 有限，并可能随着组织的消失而消失。在没有足够安全保证的情况下，它们可以 被恶意第三方以欺诈方式复制和断言，这种“身份盗窃”不仅存在于个人、企业， 也存在于机器等物联网设备。分布式数字身份旨在使个人和组织能够使用其信任 的系统生成身份标识符，通过使用数字签名等加密证明方式为身份验证提供他 们对所声称持有的标识符的控制证明，为构建安全可信互联网协议栈提供可信 身份支撑。

由于几乎所有类型的标识符系统都可以添加对分布式身份标识符的支持，这 为中心化身份系统、联盟身份系统和分布式身份系统之间建立了互操作的桥梁， 实施者能够基于他们信任的计算基础设施设计特定类型的分布式数字身份，解决 各类实体之间的机器层信任，此外，分布式数字身份技术通过引入可验证凭证， 能够进一步实现标识实体的属性验证。

基于标识符和密钥的机器信任可以克服网络实体不相邻问题所带来的身份 识别挑战，为网络提供自主权和灵活性的同时保护隐私性和匿名性，同时为基于 凭证的属性验证提供重要保证。构建在分布式身份标识符之上的每个凭证交换系 统都代表特定于上下文创建的具体身份系统，且各身份系统之间支持互操作。

分布式数字身份基础设施应包括开放的分布式数字身份连接协议、开放的可 验证凭证协议、基于区块链的提供存储和检索支持的身份所有者公钥信息注册表 三个核心组件，他们既相互独立又相互联系，支持在此之上的应用层中的交互。

5.打造安全可信互联网协议栈

由于互联网架构的早期设计并没有详细考虑安全问题，致使互联网体系结 构信任面的确实，间接导致现阶段网络攻击频繁发生。随着未来物联网、元宇 宙等应用比例的不断增长，更多细粒度的安全和信任需求对网络架构提出了新 的要求，原有的网络体系结构难以为新应用发展提供舒适土壤。安全可信互联 网协议栈旨在突破真实可信互联关键技术，解决互联网协同过程中信任面的缺 失与网络应用服务真实可信需求之间的矛盾。

具体来说，将基于真实存储、真实计算和真实身份基础设施打造安全可信 互联网协议栈，支撑网络安全应用的搭建。传统互联网协议栈基于点对点或端 对端的交互式通信模式来实现，如 TCP 协议“三次握手”、RPKI“证书分配”、 BGP“路由转发”等，这种模式虽然能够实现较高的网络数据传输效率，但会存 在管理中心化、信任缺失、监管不足等安全问题。域间分布式共识基础设施则 是采用“共识化”通信模式，在通信过程中利用网络节点来参与或验证协议的执 行，从而为通信双方在非可信网络环境下建立牢固的信任关系，且无需第三方 信任背书即可实现安全性更高的网络通信。同时，共识、存储、执行在稳定 性、可扩展性等方面的设计和优化也将提高域间分布式共识基础设施在共识、 存储及验证等方面的安全与效率，使得通信双方在原有的通信效率基础上获得 更高的安全保障。