NKN的新一代网络之路

区块链3

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可能很多人了解NKN这个项目都是从它的顾问开始的,NKN的顾问之一是著名的公钥密码学的共同发明人Whitfield Diffie,也是图灵奖的得主。NKN还有一位顾问是Stephen Wolfram,他是畅销书《New kind of Science》作者,对NKN的摩卡共识算法(MOCA)有重要影响。

不过,蓝狐笔记从另外一个角度来深入剖析NKN项目,就是NKN除了得到图灵奖得主的认可之外,它到底是什么?它的价值在哪里?

NKN:构建新一代的网络传输基础设施

NKN是New kind of Network的缩写,顾名思义,就是说它定位于成为新一代的网络。构建新一代的网络传输基础设施,源于两个方面的结合孕育。一是当前网络传输基础设施存在很多需要优化提升的地方;二是区块链技术的逐步成熟。

当这两个因素碰撞在一起时,新的事物就诞生了。可以说,这也是科技创新之源。需求和新技术的结合,产生新的技术和应用场景。从这个角度,NKN的诞生有它的根基,有它的必然性。

当前的网络传输存在哪些问题?

当前的网络有三个明显的问题,一个是传统互联网的CS模式存在缺点,这种客户端到服务器的服务模式,导致不可避免的单点故障问题,一旦中心服务器出现问题,用户将得不到服务。同时,用户的数据存在中心服务器,随时都有可能被黑客攻击或被中心服务器本身窥探。

此外,这种模式的服务寻址跟IP地址也是绑定的,这导致不容易动态部署;加密认证也只能依赖第三方,DNS也可能被中间人劫持和滥发。最后从开发者的角度,还存在开发和维护服务器端软件以及支付高昂服务器和带宽费用的问题。

当前的网络模式不仅存在单点故障、隐私担忧、不安全、高成本等问题,其资源的利用率也不高效。由于网络要应付流量高峰,比如在观看热门赛事、热门影视剧、网购秒抢、新年抢红包时,但大多数时候,个体的网络资源没有被充分利用,甚至处于闲置状态。那么,如何有效把这些网络资源利用起来是一个问题。

现在不少区块链项目为了提高性能,牺牲了一定程度的去中心化,其本质上把区块链属性中最重要的部分进行了权衡和弱化。去中心化不是目的,目的是真正的安全,和无须第三方中介的信任,可以让节点无须许可地参与进来。而目前的各种DPoS的共识机制,限制了参与者的数量,并提高了参与者的门槛,好处是性能得到提高,但这也导致区块链本身“机器信任”的削弱。

存在问题,就会有对应的解决方案。区块链的到来为解决上述的网络问题带来新的可能性。区块链之前,对等节点网络也是存在的,但很难形成真正可持续的网络。这是因为它很难衡量对等节点的贡献,也没有形成可量化的激励。

而区块链的到来,解决了两个很重要的问题,一个是记账,可以给所有节点的贡献进行记账,这个记账是去中心化的,无须中介机构即可完成,形成大家的真正信任;二是激励。代币机制的诞生,也就是节点贡献的代币化,再加上记账的技术,让所有节点的贡献不仅可以记录,还可以量化,不可篡改,贡献越多,收益越大。

充分利用区块链的特性,足以重塑传统的网络传输。而NKN就是要做这个事情,NKN希望融合区块链,来重构网络的服务模式,最终形成一个去中心化的、自我演化的、高度可扩展的网络。

如果用大白话来说,它是一个构建于当前互联网上的通信网络层,人们可把自己的计算机当作节点加入到这个点对点的网络中,并进行中继数据传输,而NKN通过对数据传输的路由结构进行优化,并根据参与节点中继流量的贡献给予代币的回报。

NKN去中心化网络的冲击力

要想对现有的网络形成冲击,取得自己的优势,需要具备一定的杀手锏。那么NKN如何对现有网络的方案形成自己的优势?

NKN有几点值得关注:一是它的节点包容性。它的所有节点都是对等的,进入门槛低,它可以支持数百万上千万的节点。节点数的规模足以保证它区块链账本的安全。二是网络速度方面。这可能是最具吸引力的一点,它通过多点路径模式加快传输速度,节点越多,速度越快,吞吐量越大。三是服务的随时在线。NKN有唯一标识的地址,不用担心单点故障,用户随时通过NKN网络跟服务建立连接。

四是低延迟。可以支持各种类型的应用,甚至包括实时3D游戏,此外它的节点间数据支持链下的传输,不会受制于达成共识所需时间的限制。五是在安全和隐私上,它有CS模式无法比拟的优势,就是它支持端到端的服务,无须第三方参与,不用担心隐私的泄漏。最后,从开发者的角度,它无须运行中心服务器,可以降低系统的复杂性和成本,不用担心黑客攻击。

以上所说的这几点,也就是传统网络目前的软肋所在。由区块链驱动,NKN的去中心化网络有了比传统网络在低延迟、安全、隐私、成本等方面有更多优势,这让它有了安身立命的根基。

那么,具体来说,NKN有什么杀手锏?比如它的数据传输模式有什么不同?它的共识是怎么达成的?它的激励机制是什么?它的生态有什么吸引力?

NKN的DDTN:让去中心化的数据传输成为可能

在理解DDTN前,先从全局角度来看看NKN的系统架构。它分为六层:底层网络、NKN网络层、区块链层、服务和SDK层、接口层以及应用层。

从上图来看,NKN发挥其创造力最大的地方有两个:NKN网络层和区块链层。这也是它独特的地方所在。

首先来看DDTN,它是指去中心化数据传输网络。NKN通过客户端和节点的组合构成了对等网络。客户端是网络终端的代理,主要为NKN网络用户发送和接收数据。NKN的客户端软件可以嵌入到移动应用、无线网关、IoT设备等。而节点主要是计算机,如PC或笔记本、服务器以及其他可以为NKN网络中继数据的设备。不管是个人电脑,还是企业的服务器都可以安装NKN的开源节点软件来加入NKN网络成为节点,从而创建了一个NKN的去中心化的数据传输网络。

大规模的节点进入网络之后,NKN如何来组织流经这些节点的数据传输?NKN维护的是动态的拓扑图结构,它允许客户端和节点随时加入或离开网络。这样的设计对于节点来说,非常友好。

一旦有节点加入网络,NKN会根据其公钥、私钥和当前区块链,赋予节点一个新的唯一NKN地址。这个地址是节点在NKN网络中的地址,而不是之前节点的IP地址。这个地址在NKN的去中心化数据传输的架构中非常重要,它可以帮助其在去中心化的情况下,尤其是要防止恶意节点扰乱的情况下,实现最佳的路由路径。这种路由的方式也就是NKN的Chord DHT。

大家都知道DHT是分布式哈希表,而NKN的DHT加了一个Chord,为什么呢?请看下图:

NKN的网络看起来像一个环形,所有的节点都在环的位置上,它会根据节点在NKN上的地址顺时针地放置在环上。

当用户使用NKN的客户端发送数据到NKN节点,节点会把数据路由到距离接收人最近的邻居节点。它会从当前位置开始搜索,并围绕着环顺时针移动。当找到距离接收人最近的邻居时,它会把数据发送过去。该邻居节点以同样的方式中继数据,直到数据最终发送到接受者。

刚才我们也提到,这个距离不是我们现实世界中的物理距离,而是NKN地址之间的距离,这也就是为什么NKN的地址很重要的原因。

NKN的设计中,相当于重构了网络数据的传输方式,节点有自己唯一的NKN地址,以及Chord DHT,两者的结合使用,让路由可验证,可以实现邻居节点、路由选择的确定性,这也是为什么它能允许任何节点随时加入和离开的原因。

此外,按设计来说,NKN的路由效率高于传统中心化网络的路由效率。但同时因为去中心化的特性,NKN为了防止恶意节点破坏网络,需要对路由随机化。随机化路由也导致效率更低,因为它无法做到最短路径最快速度的发送数据包。

NKN提出了权衡的办法,NKN节点的每个链接都可知道其ping时间,因此从给定节点,可以选择最低延迟的节点。此外,在发送方和接收方之间可以创建多个并发NKN路由。这样一来,甚至可以聚合所有虚拟路径的带宽。

这也是NKN的网络加速器的原理,根据NKN CTO张逸伦的说法,它可以实现167%—273%的速度提升。而且文件越大,提升越好。Web下载的瓶颈不再是内容服务器,也不是用户的ISP,而是在于默认的网络路由路径。

总结来说,NKN的DDTN的核心概念是NKN地址和Chord DHT。在NKN网络层,它包括了基于NKN增强Chord DHT协议的P2P覆盖网络,可以提供类似于八卦协议或libp2p的功能,当节点增长到数百万甚至数十亿时,在理论上它更加高效,更具扩展性。

NKN如何量化激励:PoR和签名链

在上文中,我们分析了NKN是如何实现去中心化的数据传输网络,那么,它又是如何来证明节点发送的数据是可验证的?同时也是安全的?又如何来证明节点的贡献?

首先NKN节点的贡献是基于它的“工作量证明”,而这个工作量证明跟比特币的挖矿算力证明不同,它涉及的是在NKN网络上中继的数据包。

那么如何来证明节点是在为NKN网络工作?NKN提出了PoR的证明,也就是中继证明。在中继证明中,很重要的一点是要理解它的签名链。在NKN网络中的每个客户端或节点都有公私钥对,密钥对可对交易进行签名。当数据包在NKN网络中传输时,节点用公私钥对数据包进行签名,同时把它中继到下个节点。下一个节点如此类推,这样形成了一条签名链。这意味着,攻击者是无法伪造签名链,除非它拥有所有路由节点的私钥。

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