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现在是一个特殊的时代,过去500年来最大的金融技术区块链已经进入社会。这项技术已经改变了金融市场、货币、法律、社会、计算机和互联网。本文讨论区块链互联网,作者认为区块链将带来新一代互联网[8,13]。过去,互联网对中国的经济、金融、民生、政务、法院、学术和医疗都有很大的影响。今天中国的发展在很大程度上归功于互联网。中国也在为5g的部署和应用做准备。如果区块链带来了下一代互联网,它会是什么样的新一代互联网?它会带来什么样的影响?

蔡维德:区块链互联网——网络基础设施的“中国网”机遇

一个变化是,目前的互联网(信息网络)将成为区块链互联网(连锁网络)或“价值网络”。这是中国多年来遇到的一个科技改革的大好机会。过去,中国总是抱怨没有使用中国互联网,因为网络协议和域名系统都是由外国控制的。中国的互联网市场很大,但技术的控制权不在中国。

此外,区块链有主权的概念,这意味着中国的法律可以在互联网上自动执行[8,11,12]。这样,连锁网络将是中国的互联网,不是外国的互联网,而是一个安全、可靠、高速的互联网,可以用于金融市场、公安执法检查和政府事务。因此,在2017年数字博览会上,许多发言者将这一机会描述为“上帝保佑中国”,在那次会议上,作者还就区块链互联网的主题发表了演讲6)美国政府顶层体系的设计值得其他国家借鉴。一方面,它提出美国版的统一计量统一了美国医疗物流的管理,另一方面,它允许许多单位在这一制度下保护人民的生命安全,并使相关参与企业获利和建立相关生态。。这些人为何发表这样的言论,他们的观点是基于甚么?

蔡维德:区块链互联网——网络基础设施的“中国网”机遇

传统的互联网也可以做这些应用,但是互联网需要增加很多功能,这就相当于在不安全的环境中建立一个虚拟的安全环境,这是不可靠的。连锁网络自动提供这些安全加密功能,这将极大地方便金融应用或重要应用的开发和使用。这是区块链的中国梦,这是建设中国数字经济和数字社会的好机会2)美国政府fda率先研究并与相关企业合作,提出基于区块链的解决方案,这意味着美国政府和制药行业已经认识到区块链具有实用价值;。

蔡维德:区块链互联网——网络基础设施的“中国网”机遇

互联网不是一个治外法权的地方,但现在的互联网不是中国的互联网;但与连锁网络不同,因为这个连锁网络是中国互联网。不要认为这是不可思议的,但是看看英国在2018年做了什么。2018年,英国法律委员会开始研究区块链和智能合同技术在英国法律体系中的应用。这将改变英国法律的实施和制定,中国法院不会落后,他们将开始在电子证据中使用区块链。这些都是很大的变化,因为这一次法律法规是以代码的形式出现的,而中国的法律是在互联网上自动执行的,这与目前法律的制定和执行相距甚远。这也是区块链中国梦的一部分4)这是一个无币区块链项目,证明无币区块链也具有很高的商业价值;。

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如果你怀疑连锁网络的必要性,你可以参考“2018年美国版统一计量:连锁网络医药供应链”3)美国顶级投资公司高盛(Goldman Sachs)率先投资该项目,表明其具有商业价值;。在美国,由于2012年“假药进医院”事件,导致许多患者死亡和受伤,研究项目于2017-2018年启动,最终提出了基于区块链的药品跟踪项目,实验于2019年开始。美国有67,000家药店、8,000家医院、3,000种批准的药物和200家制药商。如果所有这些药物都需要连接起来,就会有一个4×1014的组合,所以一个巨大的系统需要一个连锁网络。2018年,swift进行了一项实验,34家银行参与了实验(总共528种组合),实验中使用的区块链系统无法支持这一实验。如果一个区块链可以支持34个机构,美国制药区块链需要757亿条链(4×1014/528 = 7.57×1010)。这个链条组合不是链条网吗?

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区块链制药项目意义重大:

1)生命是无价的,药物的安全性也是无价的;

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5)这个项目还需要大量的新技术开发,它肯定会引领美国开发相关的新技术;而且这个技术水平很高;

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01金融服务价值网络

连锁网络将充满连锁,这将是“价值”互联网,但不同于以前的“信息”互联网。在价值网络中,重要的是资产,各种资产都可以交易。

价值网络和信息网络有很多不同之处:

(1)价值网络具有监督、追溯和身份认证机制,能够承载电子证据;

(2)价值网络可以支持实时低延迟交易;

(3)价值网络是可扩展的,支持高吞吐量;

(4)净值允许事务回滚。当事务中出现错误时,可以在一定时间内回滚事务。

这些特征不是根据区块链的标准开发的,而是根据PFMI(金融市场基础设施原则)[20,21,22]。这一标准得到了世界上许多中央银行的支持,包括中国人民银行、欧洲中央银行、美联储、英格兰银行、日本银行、加拿大银行等。这一标准是由各国央行在2008年世界经济危机后制定的。pfmi的一个重要指标是,当一个国家发生经济危机时,金融系统可以有一个机制来防止危机蔓延到其他国家。Pfmi是全球金融体系的一项原则,不是专门为区块链体系设计的原则。

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加拿大银行、欧洲中央银行和日本银行在2017-2018年使用Pfmi对区块链体系进行评估,发现目前的区块链体系无法通过pfmi的评估,包括一些一直被视为区块链优势的特征。传统上,区块链系统声称是可靠的,因为相同的信息在多个节点上。然而,加拿大银行认为以太网和corda(事实上,类似于区块链系统)不够可靠。这与公众对区块链的看法大不相同。关键是这个问题能否解决。

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由于加拿大银行继续进行区块链实验,这表明这些问题并不是无法解决的,但区块链体系必须改变才能被金融机构使用。这就是作者过去一直在说的:金融区块链必须根据pfmi进行改革,而不是改变pfmi。当前金融区块链的发展趋势是将当前的区块链体系转变为“金融区块链”[21,22]。

目前,区块链系统的一些技术符合pfmi原则,如可追溯性、认证、电子证据等。但总的来说,目前的区块链技术仍然不能满足以下pfmi原则:

◆可监管性:一般的公共链是不可监管的,对联盟链的监管才刚刚开始,需要很多变化才能适应;

◆实时交易:目前的公共链技术不能实时交易,延迟太大,吞吐量低;联盟链可以支持实时交易。

◆回滚:现在区块链系统不支持回滚,这意味着所有相关事务都必须回滚,而不仅仅是一个事务。

pfmi认为,所有数字资产交易都应该是实时的,监管也应该是实时的。如今,公共链强调利用p2p来逃避监管,这使得公共链难以进行实时交易和监管,政府也无法支持。2018年,数字代币价格大幅下跌,也是因为美国证券交易委员会监管数字代币。如果p2p协议被取消,区块链可以拥有实时事务和监管,但是需要其他机制来支持回滚。根据pfmi的需求,未来的金融区块链肯定会有很大的变化,所以未来的区块链肯定会与现在的区块链大不相同。

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为了支持金融区块链,连锁网络必须高速、稳定、可靠并能保护隐私。今天,在股票交易中,许多单位在交易所旁边设立办公室,以减少网络信息的延迟。他们这样做是因为网络协议的性能与延迟有关,当公司远离交易所时,信息来得很晚。例如,当公司发布消息时,股票将迅速上涨或下跌。如果有0.5秒的优势,价格差距可能会非常大。而且因为传输的信息是交易信息,所以丢包非常严重。在区块链系统中,如果一个事务失败,可能会同时丢失数千个事务,这将导致同一块中的所有事务都失败,而这些事务本应成功。这不仅可能导致价格差异,还会导致法律问题。这些都是互联网协议的缺点,必须在链式网络中解决,现在有了解决方案。

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02连锁网络的历史

连锁网络今天才成立4年,但也有不同的看法和观点:

●最早阶段(单链即链网):有人认为区块链系统是新一代互联网,因为一些公共链系统(如比特币)运行在整个网络上。然而,这种观点很少被接受,因为在整个网络中有太多的应用系统在运行。如果所有这些应用系统都是互联网,那么世界上将会有成千上万的互联网。

● ●早期(多链即链网):建议在一些主链上增加侧链,或组合几个主链,链与链相互作用,即链网。但这只是一个多链系统,与互联网的定义相去甚远。要成为互联网规模,必须有数十亿个节点和应用程序。

● ●萌芽期(数以千计的链条组合成一个链条网络):后来,有人提出许多链条组织在一起,并且这些链条相互作用,并且这些链条有组织的协议并且可以无限扩展,例如熊猫模型、宇宙模型、波尔卡多模型和金丝猴模型[13]。

● ● ●新系统和架构时期(整个互联网自上而下变成了一个新的互联网):这是一个处于起步阶段的联合链,但它运行在新的网络基础设施上,并具有新的网络协议[14-19]。在这种模式下,互联网的协议和基础设施将发生很大的变化,这也是本文的中心。由于连锁网络的到来,以前的业务流程也发生了变化,所以申请流程也会发生变化。第4节展示了新的链式网络架构。

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也有连锁网络的观点。有人认为连锁网络是由dapp、区块链系统和分布式存储组成的网络。如果这真的是一个链式网络,那就意味着世界上有两个互联网网络,链式网络(上层)+传统互联网(下层),因为在这个模型中,dapp、区块链系统和分布式存储都使用传统的互联网协议,它们实际上是互联网的应用。按照这种思路,任何大规模的互联网应用都可以成为上层互联网,这样世界上将会出现很多新的互联网应用,比如脸书、支付宝、微信等。,可以说是下一代互联网,因为它们都是大规模的网络应用。作者认为,应用是应用,除非网络协议改变,大规模应用仍然是应用,而不是新的互联网。

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03互联网的历史

要理解连锁网络的设计,我们首先需要了解互联网的历史。下图显示了1971年的互联网。可以看出,它只有几个节点,包括哈佛大学、麻省理工学院、斯坦福大学、加州大学洛杉矶分校、bbn公司、兰德公司等。这是一个非常小的网络,一开始是为美国军方设计的,所以网络控制协议是以黑盒的方式设计的,这样参与者就不允许控制网络内部,而这些单位只能控制自己外部的通信信息。

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今天的互联网有超过10亿个节点,现在绝大多数的互联网是民用的,而不是军用的(军用网络有自己的专用网络)。我们可以清楚地看到,今天的互联网与40年前大不相同。这指出了一个严重的问题。为什么互联网协议与过去的相似?是不是因为设计太完美了,无法适应?最初的黑盒协议今天仍然适用。

04链式网络的新架构

下面是作者提出的未来链式网络的网络架构:左边的图是当前的互联网协议架构,右边的图是链式网络架构。在左上方是一些应用程序,如内容、电子商务、视频、社交网络等等。

链式网络体系结构的关键点之一是区块链的重要协议。例如,共识机制将成为网络协议之上的网络服务,这将使区块链的建设和使用非常特殊[14-19]。有交换、原子事务管理等。,区块链浏览器等应用程序。和dapps。这一层因区块链而发生了变化:在新区块链主导的应用层,有供应链、金融技术链、医疗链、物联网、证据链、政府链等。

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未来将会有智能浏览器和智能dapps,这将允许用户直接应用区块链或物联网。下一层过去是应用程序之间的交互工作协议,在新的互联网中将有区块链之间的交互工作协议;下一层是区块链协议本身,下一层是网络协议。

从这幅图可以看出,今天的互联网与以前的互联网有很大的不同。互联网现在正在发生变化:在过去,每个人都尊重端到端的设计原则,并认为端到端的原则是一个好的原则。但是12年前,斯坦福大学开始有不同的想法,并发展成为一个新的网络设计趋势,sdn(软件定义的网络)和NFV(网络功能虚拟化)。Sdn和nfv不同于过去的互联网协议。最大的区别是他们不再遵守端到端的设计原则,认为互联网不应该是一个黑箱;因为在黑盒子里,很难收集信息和控制系统。因此,网络中明显存在两大学派:传统学派和新学派,而连锁网络中也存在两大学派。

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以麻省理工学院为代表的传统网络学校

以麻省理工学院为代表的传统主义者认为,链条上的传统协议不需要改变,例如麻省理工学院的数字贸易硬币(tradecoin.mit.edu)数字法定货币项目。起初,他们质疑最初的互联网协议设计,但经过研究,他们仍然认为端到端设计是好的,可以继续使用。他们肯定了原始互联网协议的三个特征:维持系统的生存、结合各种类型的服务以及结合各种类型的网络。

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读者可能不知道互联网端到端协议最初是由麻省理工学院的计算机科学人工智能实验室(csail)开发的,所以这次麻省理工学院的评估是为了评估同事们以前的工作,但这次它来自一个不同的实验室——媒体实验室,它也提出了“数字社会”的概念。

麻省理工学院提出的数字法定货币模型如下图所示。每个链条是一个独立的自治系统,左右两边都是自制系统,也是区块链系统。

网络结构仍采用端到端设计(如下):右图为端到端设计,每个G代表一个链式网关,左图为覆盖网络。基本上,他们认为连锁网络是一个端到端的自制区块链系统的连接。

细心的读者可能会发现,这种贸易硬币模式不同于其他数字法国货币模式。例如,ibm在2018年7月提出的稳定货币模型、摩根大通银行在2019年提出的稳定货币模型、中国熊猫模型、中国金丝猴模型、英国银行的rscoin数字法国货币模型都不同于tradecoin模型。ibm和摩根大通的模型都以他们自己的货币(数字美元)为中心,其他货币必须兑换数字美元;麻省理工学院、熊猫模型和金丝猴模型一开始就假设了多个独立的数字现金,并提供了各种货币互动机制。

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这些模型不同于宇宙模型和波尔卡多模型,前者以数字符号开始,但两者都使用集中式架构来连接参与链。麻省理工学院模型、熊猫模型和金丝猴模型是分布式模型。一个集中式的链式网络,就像一个集中式的伪链,在将来很难被接受。在早期,因为没有更好的技术,所以没有选择。但是现在有一些分布式的链式网络结构,这些集中式的链式网络将会改变。

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以谷歌为代表的新网络学校

另一派不接受最初的想法,提出了sdn/nfv的概念,因为互联网不应该是一个黑箱。他们认为一个好的互联网可以作为一个整体来控制,而不仅仅是两端之间:如果你想加快网络速度,改善网络的整体性质,你必须在网络内部控制它。这与传统的网络协议正好相反。

他们提出了新的想法和协议。然而,从某种角度来看,他们只是提出了已经存在的旧理论,如电路交换、虚拟电路、多商品流优化等。这些技术最初出现在30到40年前,它们的共性是集成控制。

今天,谷歌倡导sdn/nfv,因为它从事数据中心网络的优化,他们已经得出了与斯坦福大学相同的结论。

谷歌认为,今天的网络协议性能低下,存在三大问题:

1.今天的协议不能提供及时的控制。这很容易理解:所有的控制,因为只有端到端的控制,只能在网络边缘完成,不能在网络内部完成。

2.所有协议只做部分控制,而不是全面控制。

3.因为每个协议只能做一部分,所以这些协议变得越来越复杂。

所有这些都与pfmi背道而驰,金融体系不仅需要控制机制,还需要监督机制。网络是一个复杂的系统,它控制着数据包的传输,因此需要运用控制理论。

今天的网络技术有三个缺陷:

1.缺乏“可控性”:今天的网络机制无法直接或改变错误的行为,因为它是端到端的。

2.缺乏“可观察性”:今天,只做端到端的观察,所有的信息反馈都是从一端到另一端,信息不够充分,网络中的信息无法传播;反馈信息被延迟到另一端,这与实时目标相差甚远。

3.缺乏“结构性”:因为整个网络被视为一个黑箱,没有办法有足够和及时的信息在冲突的协议和机制中作出决定。

在互联网发展的历史上,控制理论专家没有参与。起初,互联网是由电话公司设计的,后来由计算机公司设计的。这两个行业的大多数专家都不是控制专家。从而使互联网取得了巨大的进步,例如空:

1.互联网上数据包的传输速度比当前协议快10到1000倍。

2.路由容量可以增加50%到80%。

3.在系统运行中,整个系统可以对网络进行监控、控制和管理。

07 tcp

在互联网协议中,一个非常重要的协议是传输控制协议。tcp有一个问题:它的传输容量由于rtt(往返时间)的上升和变化而下降。

该图表明,随着传输时间的增加,传输控制协议的传输量呈指数下降。今天,大多数人认为这是一种自然的物理现象。事实上,这是由糟糕的协议设计造成的,而不是物理现象。例如:如果你买两个通信盒,每个盒可以传输10gb/s..用电缆连接两个盒子应该是10 GB/s。如果不是10gb/s,我们会说这个通讯设备不好。无论电缆延迟是1毫秒、10毫秒、100毫秒还是1000毫秒,盒子都应保持10gb/s,这是通信设备的规格,不应改变。但是一旦加入tcp,就不能达到10 GB/s,这意味着正常的传输量应该与传播延迟无关;由于tcp设计不佳,传输量下降。

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Tcp还有另一个问题,就是计算传输量太慢。由于tcp使用端到端迭代,发送方和接收方需要来回发送不同的数据,这样发送方就可以计算出最佳传输量。如果tcp需要n次迭代,每次都需要一个rtt(来回传播时间),迭代收敛所需的时间是n*rtt。然而,如果该计算的迭代被放置在网络中,例如,在瓶颈链路处或附近,则可以容易地获得关于瓶颈处的拥塞的信息。这里,计算是通过本地计算设备的迭代来完成的。计算出最佳速率将被传输到两个端点(发送方和接收方)。因为今天的中央处理器足够快,计算传输量的时间与把它发送到第二个终端所需的时间相比可以忽略不计。因此,最佳传输量的延迟只是最大的rtt(它可以与rtt一样短),这显然比n * rtt(其中n是tcp计算其最佳传输量所需的迭代次数)快。

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08谷歌bbr协议改进tcp

谷歌发现了这一点,并开发了一种称为bbr的tcp替代品。bbr使用确定性等价的控制理论来改进tcp。仅用这个原理,它就比当前的tcp快28倍。这打破了网络学术界长期以来的观点,即tcp很难取得进一步的进展,tcp是不可替代的。谷歌的贡献在于打破了这个神话。

但是确定性等价原理是50年前控制理论中的一个老理论。根据这个原理:当系统中有许多不确定的变化时,把它们作为一个平均值,那么不确定的系统就被看作一个确定的系统,不确定的变化就转化为平均值的变化。优点是因为系统变得确定,所以易于设计和控制;但缺点是,当实际系统不同于平均值时,可能会造成不良的控制效果,这就是bbr的问题。下图显示bbr在噪声路径中表现不佳。这是在美国能源部实验室进行的测试。在这个测试中,我们可以看到bbr比tcp有更多的重传:在第一个例子中,tcp的重传次数是10700,但是bbr的重传次数是240340 (24次)。

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好的控制理论可以获得更好的性能

如果使用成熟的控制理论,tcp的吞吐量可以增加10到1000倍,而不是28倍。今天,一些公司已经能够将tcp的速度提高10到1000倍。Signiant公司开发了一种新协议,它传输数据的速度是tcp的800倍。另一家公司Filecatalyst开发了一种新协议,它传输数据的速度比tcp快1000倍(见下)。这里,tcp用ftp表示,左边是5小时40分钟,中间是1分23秒,相差超过1000次。

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另一个叫做阿斯帕公司(被ibm收购)。但是谷歌的bbr只有28倍。这里有什么不同?Ibm、filecatalyst和signiant都需要不能与其他流量共享的路径,但是bbr可以与其他流量共享,但是当bbr与其他流量共享时,它不能达到1000次,而只能达到28次。

我想知道读者是否观察到了一个重要的现象。也就是说,通信速度与延迟无关。这意味着每个人都认为不是物理现象的物理现象,但是协议设计得不好。

另一个重要的现象是传统的网络协议设计不适合链式网络,因为tcp认为丢弃数据包是可以容忍的,丢失的数据包可以重新传输。但是在新协议中,分组丢失被最小化。这对连锁网络非常重要。在一致性机制中,如果数据包丢失,一致性机制可能会失败;一旦失败,同一块中的所有事务将一起失败,并且必须重新启动。这不同于传统系统,在传统系统中,每个事务都是单独处理的,事务的失败只会影响到它自己。但是,在区块链,块中的任何事务都会失败,块中的所有事务都会一起失败。因此,链式网络中的数据包不能随意丢失。链越快,丢失的数据包就越少,因为每次它回来时,成千上万的其他事务可能会受到影响。

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这两所学校都是从麻省理工学院开始的

今天关于网络协议的争论不是最近开始的,也不是20年前,而是40年前,它们都属于同一个部门。网络使用控制理论始于麻省理工学院信息决策系统实验室,而传统协议则是由麻省理工学院计算机与人工智能实验室开发的。两个实验室在同一个系,但是在同一个领域有两个对立的学校。

有许多盖兹大师,包括世界著名的控制理论和信息论教授r. gallager,d. bertsekas,s. mitter,m. athans等等。其中,gallager和bertsekas奠定了现代网络的理论基础。第二作者是两个硕士的学生,在这个实验室完成了他的博士论文,研究互联网协议。

该校注重数学、建模和理论基础,但很少开发实用软件。由于缺乏实用的软件开发,盖子的理论影响很小。当时网络太小(64个节点),控制理论影响不大,所以没有受到重视。然而,当第二作者在麻省理工学院的时候,大师们经常提到网络协议的缺陷,并且认为如果没有系统数学理论的支持,互联网将来会有问题。40年后,网络很大,问题也出现了。sdn/nfv的目的就是解决这些问题。再加上区块链,对网络协议进行实质性改革的时候到了。

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虽然lids还没有开发协议软件,但是经过20多年在车库车间的开发,我们终于开发出了基于控制理论的网络协议和软件,实际性能比目前的协议好很多倍。今天,盖子的最初想法被证明是正确的。

许多人认为tcp不能被超越10-1000倍。事实上,这不仅是不可能的,也是自然现象。相反,低效的协议是不自然的现象。从图3中可以清楚地看出,1000倍的增长是非常可能的。当延迟约为400毫秒时,tcp性能下降到物理性能的千分之一。如果新网络协议的性能和延迟之间没有相关性,那么性能是传统tcp的1000倍,并且包括我们团队在内的一些组织已经制定了这样的协议。

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11结论

过去,区块链业界经常经历三个人变成老虎的现象,用商业白皮书引领学术界。在这种情况下,普通人(603883,临床股票)会被误导,有时甚至学者也没有发现误解。当这些误解被认为是事实时,即使是政府当局发布的科学报告也会被媒体取笑。例如,英国首席科学家报告就是一个著名的例子。这是一份强烈支持区块链的科学报告,但被货币圈嘲笑,认为英国政府最重要的科学顾问不了解区块链。这些误导影响了区块链的正常发展,并得到不必要的质疑和抵制。

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以下是一些误解:

1.封锁链是分散的,与国家治理原则相冲突

中本聪的原文没有“权力下放”的概念,英文原文“权力下放”也不是“权力下放”。大多数字典把它翻译成“分散”,而不是分散。“权力下放”是无政府主义者增加的一个新概念。加拿大银行2017年的报告是正确的。区块链体系可以是分散的或分散的,但中心仍然存在,特别是中央银行必须存在。区块链和当前的政府治理原则之间没有冲突。政府以分散的方式运作,中央政府和地方政府各有不同的权力。区块链系统的使用并不意味着中心被移除,而是将数据一致性分配给参与节点,以确保参与者和中心之间的同步。中国学术界和研究机构应该积极用正确的术语来讨论区块链。

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2.数字代币不是区块链,而是区块链的应用

有些人否认区块链,因为他们不喜欢数字代币,但他们不明白数字代币不是区块链,而是区块链的应用。英国议会公开宣布,英国政府将永远不会在政府系统中使用比特币等数字代币。这一宣言是由英国首席科学家、伦敦金融城的重要智库英格兰银行和相关学者在国会讨论后发表的。这些是英国最支持区块链的单位或学者。它们都将区块链与数字代币分开。

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相反,我们应该学习美国的顶层系统设计。美国政府是一个强烈反对数字令牌的国家;在早期,他甚至将一个数字令牌投入监狱。然而,在2018年初的国会会议之后,美国的态度是积极的。不仅金融监管部门sec和cftc发布了政策,医疗监管部门fda也发布了支持区块链的政策和指南。在这种环境下,美国的医学区块链正在推进建立一个活跃的生态。

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最后,连锁网络将给中国带来巨大的红利:互联网改变了中国社会,给中国带来了重要的科技和巨大的经济利益。华为、阿里巴巴、腾讯和百度等中国独角兽公司为中国带来了巨大的生产力和经济效益,这些都与互联网有关。连锁网络将是下一代互联网。新的网络协议不仅将带来高性能的网络,也将使中国首次拥有自己的网络。这将是一个主权网络;新的互联网不仅是一个治外法权的地方,而且可以自动执行中国的法律法规,积极维护中国在线的法治。

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