基于区块链技术的信息服务新架构探讨

章建赛 吕廷杰

【摘  要】为探索区块链技术对信息通信基础架构的影响及实现，在梳理信息技术架构和信息服务架构演进的基础上，分析了区块链新型数字化分布式账本体系赋予数字世界生产关系升级的功能，并基于“云—管—端—边”信息服务架构研究了区块链技术实现信息物理空间中“设备民主”的具体路径，展望了其经济意义。

【关键词】区块链;分布式账本;设备民主;信息服务架构

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.07.000        中图分类号：TN919.21

文献标志码：A        文章编号：1006-1010（2020）07-0000-00

引用格式：章建赛，吕廷杰. 基于区块链技术的信息服务新架构探讨[J]. 移动通信， 2020，44（7）： 00-00.

0   引言

IBM公司2014年在其物联网发展白皮书[1]中首次提出了“設备民主”（Democracy of Devices）的概念，将人类社会的治理概念延伸到区块链技术推动的设备系统治理，其实质是借助区块链技术实现设备系统去中心化和自治。

区块链技术是伴随比特币诞生而日益被重视一组技术组合，是由密码学、数学、计算机信息学、经济学等学科技术，以特定的方式组合在一起，形成的一个去中心化、不可篡改、过程透明、可追踪的新型数字化的分布式账本体系[2]。其结构如图1所示。

区块链被《经济学人》杂志定义为“信任的机器”（The Trust Machine）[3]，麦肯锡研究报告更称其为“继蒸汽机、电力、信息和互联网科技之后，最有潜力触发第五次颠覆性革命浪潮的核心技术”，是由信息互联网转向价值互联网的关键核心技术，是数字经济时代能够改变生产关系的技术革命。其应用体系架构如图2所示。

1   信息技术架构与信息服务架构

在信息通信行业，CT与IT技术发展基于不同的路径：技术原理上CT基于香农定理，IT基于摩尔定律;网络架构上CT基于OSI七层网络架构，IT基于TCP/IP五层网络架构。在CT和IT大发展50余年的历程中，前40年主要以CT为主导，IT被看成是CT的增值业务;近10年来，随着移动互联网的发展，CT主导让位于IT主导，CT被看成是IT的连接技术，所谓去电信化（OTT， Over The Top）模式也应运而生。这一技术主导的思维随着社会信息化的深入已经让位于应用主导的思维。应用上，CT和IT都经历了从中心化到分布式、再到中心化+分布式的演进历程：IT从大型机、小型机、Client/Server发展到云计算，CT从电路域、分组域、全IP网络发展到5G网络切片。由此CT和IT技术融合为ICT一体化技术，OTT的内涵也从“去电信化”发展到“基于电信”（On The Telecom）。

随着信息化基础设施和平台架构的发展，CT与IT融合更进一步跃升为虚拟空间和实体空间融合。在信息物理系统（CPS， Cyber-Physical Systems）[4]所构建的新空间中，数据、算力成为决定性因素。通信和互联网业界统一将DICT作为新型基础设施的基础，数据主导的思维下CT、IT和DT共同成为信息物理系统的构成要素。

从技术主导，到应用主导，再到数据主导的发展历程，属于信息技术架构范畴。以技术、应用、数据为要素的信息物理空间作用于经济社会空间，并给经济社会的生产工具、生产资料、生产关系各要素带来的变化，则属于信息服务架构范畴。

2   从万物互联、万物智能到万物账本

信息物理空间的竞争是当今世界竞争的制高点，数字经济成为经济社会发展的新引擎。国家高度重视5G、人工智能、工业互联网、物联网等“新基建”的创新发展和应用，并提出“要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口”。作为当今科技最活跃的领域，移动互联网、5G、AI、大数据、云计算、物联网、区块链等的发展极大促进了社会生产力的发展，也不断催生新的生产关系形成，信息服务架构的升级将带动经济社会发展的转型升级。

2.1  万物互联，生产工具升级

移动互联网、5G、物联网主要是关于连接的技术，其属性是万物互联。连接技术的核心是人与人、人与物、物与物之间的信息实时、安全、泛在的交互，过程包括从物理世界感知、钻取、传送、处理和应用信息。连接形成网络，网络是一种生产工具，可得性、可靠性和低成本是生产工具要解决的主要问题。信息物理空间作用于经济社会空间的基础是网络效应，网络效应打破了物理世界线性固化的时间、空间限制，信息不对称问题得到缓解，规模经济和范围经济形成正反馈，平台经济商业生态产生并大规模发展。

2.2  万物智能，生产资料升级

AI、大数据、云计算主要是关于数据的技术，其属性是万物智能。大数据、云计算和AI将数据作为生产资料，将信息变成了知识，通过积累、处理、训练数据实现算法优化、产品迭代和服务互动。虚拟空间内部和虚拟空间与物理空间之间的互动性、协同性，以及通过信息物理系统实现经济社会中供给与需求的实时动态均衡，是数据这一生产资料的主要效用，其表征是双边市场（Two-Sided Markets）[5]。双边市场中的交叉网络外部性（Network Externality）产生锚定效应，增进了客户的黏性，但同时，网络外部性经价格机制内化（Internalize）进收益/成本函数，也产生定价结构非中性的问题，大数据杀熟和互联网的被遗忘权（Right To Be Forgotten）[6]问题凸显。

2.3  万物账本，生产关系升级

區块链是关于信任和信用的技术，其属性是万物账本。区块链本质上是一种数字化分布式账本（Distributed Ledger），它基于加密算法、存储技术、P2P网络以对等访问、不可篡改和可信的方式保证所记录交易的完整性、真实性和不可篡改。区块链的主要特性是共识机制、去中心化、不可篡改、智能合约。共识机制是通过多数方参与共同验证过程达成的共识实现区块链交易的真实性验证;去中心化是区块链以分布式计算的方式集体维护、共享数据体系，不需要中间平台传递;不可篡改是以时间戳等技术保证数据的稳定性和可靠性;智能合约是以能够支持可编程合约的数字系统作为共识协议的一种实现方式。区块链在信息物理空间中高效处理设备、应用、数据的关系，从而在经济社会空间中实现资源的跨时空配置，是数字经济条件下生产关系的作用场域。

3    基于区块链技术实现云管端边的“设备民主”

华为最早提出了基于“云—管—端”的信息服务的架构[7]。“云”是指云平台，是使用者可随时获取、按需求量使用、按使用量付费的可无限扩展的网络资源;“管”是指智能管道，是高效稳定、可管可控的超宽带网络;“端”是指终端，智能化、泛在化的物联网多形态终端。伴随5G技术的成熟和云计算、物联网的发展，“云-管-端-边”新架构产生。“边”是指边缘计算，提供最近端服务的开放平台，是为响应时延敏感型应用而产生的新型计算范式。

“云-管-端-边”基于区块链技术可以实现“设备民主”（即去中心化设备自治），输出符合低成本、隐私保护、设备自治的新型信息服务架构解决方案，实现无信任环境下人与人、人与物、物与物之间低成本的可信连接和可信交易。区块链技术是构建新型、安全、泛在的设备自治体系不可或缺的关键技术。区块链通过分布式账本和可信技术，在万物互联、万物智能的基础上实现万物账本，将创建新的合作价值，产生新的商业模式，使信息互联网升级为价值互联网，解决“双花”（Double-Spending）问题，实现信用和价值的低成本传递。在“云-管-端-边”架构中，区块链使信息物理空间对经济社会空间的映射不仅作用于生产工具和生产资料层面，还作用于生产关系层面，其形态如图3所示：

3.1  区块链与云的“设备民主”

云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术混合演进并跃升的产物[8]。云计算在冗余和复杂度、安全和可靠性矛盾方面取得了新的平衡，提高了资源利用率。但是，个人隐私侵犯事件和大数据杀熟现象，暴露了用户数据被“窃用”的可能性。区块链去中心化的共识机制、数据不可篡改、零知识证明等加密技术组合，能够解决云计算“民主与安全”矛盾问题。

云计算技术和区块链技术具有需求互通、安全互补的特性，能够融通复用，从而产生新产品、新服务。

（1）产品层面。云计算中的存储服务与区块链结合，将使视频、语音、文件等数据具有不可修改性，能够产生公认有效的法律证据力。云计算在物理层确保应用的安全、稳定、可靠运行，区块链在数据层确保每个数据块不被篡改、应用层确保数据信息不被无私钥用户读取。

（2）服务层面。区块链能够弥补云计算在可靠、可信、可控服务方面存在的技术缺陷。基于云服务基础设施并结合大数据、区块链等技术，可以生成区块链云服务（BaaS）模式，快速构建区块链服务。

3.2  区块链与管的“设备民主”

“管”即智能管道。全球首个区块链电信行业应用白皮书《区块链电信行业应用白皮书（1.0版）》[9]分析了区块链在运营商业务管理、业务服务、网络运营3个方面具有8类典型应用场景，包括：1）电信设备管理;2）动态频谱管理与共享;3）数字身份认证;4）数据流通与共享;5）国际漫游结算;6）物联网应用;7）云网融合应用;8）多接入边缘计算。不仅于此，基于区块链技术的“云-管-端-边”信息服务新架构，将使运营商从云网融合的基础设施提供者发展为基于区块链的数据和价值基础设施的提供者。

（1）规划层面，区块链分布式节点计算结构、P2P网络传输结构，为智能管道在万物互联超高负荷压力下提供了新的网络传输技术视角，区块链加密算法、去中心化机制和不可篡改特性，能够解决信息传输的路径追踪可能带来的安全问题。

（2）建维层面，5G建设中利用区块链技术可以探索室内覆盖的自建、自治，用户自行部署并通过区块链技术接入运营商底层网络，能有效降低网络建设成本。同时，利用区块链、物联网技术实现自动、自治的巡检、告警和修复，并保证数据的可靠性、可信度，将极大提升网络运维效率。

（3）应用层面，区块链记账使任何人都能通过运营商的基础设施来控制自己的数据，并从自己产生的数据的价值贡献中得益，将对内容产业形成一个价值更受控的商业体系，从而使运营商从管道提供商升级为数字经济时代的客户价值新入口。

3.3  区块链与端的“设备民主”

终端已从智能手机、平板电脑等领域扩展到新一代感知、连接、控制和应用设备形态，更多的指代物联网（IoT）。物联网使网络的连接数爆发式增长，数据确权、追溯、保护的挑战越来越大。IBM在《设备民主，去中心化、自治的物联网》白皮书中分析了物联网面临的5大挑战[10]，其应用发展必须跨越保障信息安全的信任机制、高效廉价的数据处理模式、可持续盈利的商业模式三大问题。区块链技术分布式计算环境下的群体可信协作机制是自发、自治的去中心化机制，为提升物联网的可扩展性、信任关系、协作能力、安全保护提供了新方案，其应用价值如表1所示。

3.4  区块链与边的“设备民主”

边缘计算是一种在信息来源、存储库及使用者附近进行内容收集、信息处理和应用交付的计算拓扑结构。它将计算处理和网络流量留在本地，赋予系统边缘更大的自治性，发挥了核心云（远端）、边缘服务器（近端）、终端设备（前端）三层能力。边缘计算对时延敏感、算力和存储要求高的应用程序（如VR、AR）具有广泛的应用价值，但也存在算力通用性、数据安全和付费模式等问题，以及边缘计算结果不上传到云平台可能带来的追溯问题（中科院计算所《边缘计算技术研究报告》[11]）。区块链技术下的设备自治系统提供了可追溯性、交易透明度和分布式账本记录的解决方案，如表2所示。