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「NKN」NKN的新一代網絡之路

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「NKN」NKN的新一代網絡之路

從上圖來看,NKN發揮其創造力最大的地方有兩個:NKN網絡層和區塊鏈層。這也是它獨特的地方所在。

首先來看DDTN,它是指去中心化數據傳輸網絡。NKN通過客戶端和節點的組合構成了對等網絡。客戶端是網絡終端的代理,主要為NKN網絡用戶發送和接收數據。NKN的客戶端軟件可以嵌入到移動應用、無線網關、IoT設備等。而節點主要是計算機,如PC或筆記本、服務器以及其他可以為NKN網絡中繼數據的設備。不管是個人電腦,還是企業的服務器都可以安裝NKN的開源節點軟件來加入NKN網絡成為節點,從而創建了一個NKN的去中心化的數據傳輸網絡。
「NKN」NKN的新一代網絡之路

大規模的節點進入網絡之后,NKN如何來組織流經這些節點的數據傳輸?NKN維護的是動態的拓撲圖結構,它允許客戶端和節點隨時加入或離開網絡。這樣的設計對于節點來說,非常友好。

一旦有節點加入網絡,NKN會根據其公鑰、私鑰和當前區塊鏈,賦予節點一個新的唯一NKN地址。這個地址是節點在NKN網絡中的地址,而不是之前節點的IP地址。這個地址在NKN的去中心化數據傳輸的架構中非常重要,它可以幫助其在去中心化的情況下,尤其是要防止惡意節點擾亂的情況下,實現最佳的路由路徑。這種路由的方式也就是NKN的Chord DHT。

大家都知道DHT是分布式哈希表,而NKN的DHT加了一個Chord,為什么呢?請看下圖:
「NKN」NKN的新一代網絡之路

NKN的網絡看起來像一個環形,所有的節點都在環的位置上,它會根據節點在NKN上的地址順時針地放置在環上。

當用戶使用NKN的客戶端發送數據到NKN節點,節點會把數據路由到距離接收人最近的鄰居節點。它會從當前位置開始搜索,并圍繞著環順時針移動。當找到距離接收人最近的鄰居時,它會把數據發送過去。該鄰居節點以同樣的方式中繼數據,直到數據最終發送到接受者。

剛才我們也提到,這個距離不是我們現實世界中的物理距離,而是NKN地址之間的距離,這也就是為什么NKN的地址很重要的原因。

NKN的設計中,相當于重構了網絡數據的傳輸方式,節點有自己唯一的NKN地址,以及Chord DHT,兩者的結合使用,讓路由可驗證,可以實現鄰居節點、路由選擇的確定性,這也是為什么它能允許任何節點隨時加入和離開的原因。

此外,按設計來說,NKN的路由效率高于傳統中心化網絡的路由效率。但同時因為去中心化的特性,NKN為了防止惡意節點破壞網絡,需要對路由隨機化。隨機化路由也導致效率更低,因為它無法做到最短路徑最快速度的發送數據包。

NKN提出了權衡的辦法,NKN節點的每個鏈接都可知道其ping時間,因此從給定節點,可以選擇最低延遲的節點。此外,在發送方和接收方之間可以創建多個并發NKN路由。這樣一來,甚至可以聚合所有虛擬路徑的帶寬。

這也是NKN的網絡加速器的原理,根據NKN CTO張逸倫的說法,它可以實現167%—273%的速度提升。而且文件越大,提升越好。Web下載的瓶頸不再是內容服務器,也不是用戶的ISP,而是在于默認的網絡路由路徑。
「NKN」NKN的新一代網絡之路

總結來說,NKN的DDTN的核心概念是NKN地址和Chord DHT。在NKN網絡層,它包括了基于NKN增強Chord DHT協議的P2P覆蓋網絡,可以提供類似于八卦協議或libp2p的功能,當節點增長到數百萬甚至數十億時,在理論上它更加高效,更具擴展性。

NKN如何量化激勵:PoR和簽名鏈

在上文中,我們分析了NKN是如何實現去中心化的數據傳輸網絡,那么,它又是如何來證明節點發送的數據是可驗證的?同時也是安全的?又如何來證明節點的貢獻?

首先NKN節點的貢獻是基于它的“工作量證明”,而這個工作量證明跟比特幣的挖礦算力證明不同,它涉及的是在NKN網絡上中繼的數據包。
「NKN」NKN的新一代網絡之路

那么如何來證明節點是在為NKN網絡工作?NKN提出了PoR的證明,也就是中繼證明。在中繼證明中,很重要的一點是要理解它的簽名鏈。在NKN網絡中的每個客戶端或節點都有公私鑰對,密鑰對可對交易進行簽名。當數據包在NKN網絡中傳輸時,節點用公私鑰對數據包進行簽名,同時把它中繼到下個節點。下一個節點如此類推,這樣形成了一條簽名鏈。這意味著,攻擊者是無法偽造簽名鏈,除非它擁有所有路由節點的私鑰。

NKN如何達成共識:可擴展的摩卡共識

PoR解決了節點的貢獻量驗證的問題,不過還缺乏一個共識驗證,完成共識驗證之后才能給節點獎勵。NKN的共識機制是摩卡共識MOCA(Majority vOte Cellular Automata)。

通過摩卡共識(MOCA),它根據節點自身的狀態和鄰居節點的狀態來達成共識,它無須通過比較網絡中的所有節點狀態來達成共識。簡單來說,就是如果節點周圍的鄰居節點如果多數狀態跟自己不同,節點會把自己的狀態更改為多數狀態并向鄰居發送更新狀態。

通過鄰居節點的相互作用和影響,最終在全網達成共識。一般來說,達成共識只需幾次迭代,每次迭代的時間一般情況下小于1秒,達成共識的時間一般會小于2-3秒。

要深入理解摩卡共識(MOCA)的算法,還需要了解其來源。NKN參考了投票者模型和伊辛模型,同時結合元胞自動機的機制,形成了自己的摩卡共識(MOCA)算法。

摩卡共識(MOCA)機制是NKN最大的特色之一。這從它的名字來源也能看出一二。NKN的顧問Stephen Wolfram有一本書名為《New Kind of Science》,可以縮寫為NKS,而NKN是New Kind of Network,這也是靈感的啟發吧。

在《New Kind of Science》一書中提到了元胞自動機的概念。它的基本思想是說自然的復雜結構和行為過程本質上都是大量基本單元相互作用所引起的。它研究小的計算機單元,通過領域鏈接方式連接成為更大的、并行工作的計算機的理論模型。

要理解摩卡共識(MOCA)的機制,首先來了解元胞自動機。元胞自動機可用于構建復雜系統的演化模型。簡單來說,舉個例子,就是有一個網格,第一行有24個單元格,如果給單元格著色,那么,它有256種白色和黑色單元格的排列組合。每一行有不同的規則,一共有256個規則。

首先從第一行開始,單元格要么為白色,要么為黑色。第二行單元格的顏色由第一行正上方的三個相鄰單元格顏色來決定。而第三行中的單元格的顏色則由其正上方第二行的三個相鄰單元格來確定。如此類推。

根據這樣的簡單規則,結果大多數是可預測的,可以創建可預測的模式。但規則30出現一個意料之外的結果,也就是它創建了一個完全隨機且不可預測的模式。由此Wolfram使用規則30作為Wolfram Alpha的偽隨機數生成器。

也就是說,簡單的規則能夠創建隨機和復雜的模式。看似復雜的事物來源于簡單的規則。甚至有位數額學家Jonh Conway 設計一個“生命游戲”的游戲,每個網格細胞處于活著或死亡的兩種狀態,每個網格細胞跟其周圍的8個鄰居相互作用,然后根據一組條件,比如任何活著的細胞的鄰居少于2個活著的細胞,則會死亡;如果有2-3個活著的鄰居細胞,則可以活到下一代;如果超過三個活著的細胞鄰居,其會死亡;如果周圍正好有三位活著的細胞鄰居,那么死亡的細胞會復活。

通過這些簡單的規則,生命的元胞自動機進入了永遠進化的階段。以上的實踐,給人們很大的啟發,最主要是給人們植入了這樣的觀念,復雜的模式可以從簡單的規則演化而來。也就是說,它意味著在某種程度上,一個新的事物,新的組織,可以在沒有人為設計的情況下出現。

理解了元胞自動機之后,我們來看NKN的摩卡共識(MOCA),它也融合了投票模型和伊辛模型。NKN網絡中的節點類似于元胞自動機的細胞。每個節點都跟一定數量的鄰居節點相連接,其網絡共識的形成依賴于對其鄰居節點狀態做出的反應。

為了簡單理解起見,可以想像成有一群人,排成一列,他們通過舉右手進行投票。他們中有人投票“贊同”,有人投票“反對”。這時候,假定有個規則,每個人觀察離自己最近兩人的投票,然后根據三人(包括其本人)的多數票來更新他的投票(贊同或反對)。

在NKN的網絡中,這里的人就是節點,根據一定的規則,節點根據自己和周圍鄰居節點的投票來達成共識。摩卡共識(MOCA)的共識節點會基于他們目前的觀點以及鄰居節點的觀點來不斷調整自己的觀點。隨著節點觀點的改變,其共識也會發生改變。

當然,NKN的網絡中,要比上述的例子復雜。NKN的元胞自動機是多維度的,處于“自我演化”的狀態。它利用多數投票規則,實現可擴展的共識,其達成共識的時間隨著系統規模擴展實現對數擴展。

總言之,摩卡共識(MOCA)通過元胞自動機和投票機制的融合達成可擴展的共識。節點跟周圍鄰居的溝通輪次不多,可以快速達成共識。同時,它通過類似于八卦協議的機制把要達成共識信息發給所有參與節點,這也是共識過程的主要時間成本。

NKN的CTO張逸倫解釋說:NKN共識成本以O(log N)實現擴展,理論上,它可以擴展到任意數量的節點。如果達到100萬個節點數,它只消耗比現在50%多的資源。其大概意思是說,NKN網絡中有100萬的對等節點,其消耗的帶寬、CPU以及RAM資源僅比1萬個對等節點的網絡多50%。
「NKN」NKN的新一代網絡之路

NKN的激勵機制

NKN有兩種方式獲得代幣獎勵,一種是中繼數據包的獎勵,一種是挖礦獎勵。所有運行NKN節點軟件,并中繼數據的節點都可以根據其貢獻獲得NKN代幣獎勵。這個中繼數據服務的價格由發送方和接收方決定,也可以在所有參與中繼數據的節點之間公平分配。

挖礦獎勵則是獎勵給記賬節點,它從中繼節點中選出,記賬節點提議新區塊,如果新區塊達成共識,那么該記賬節點會被獎勵挖礦代幣。這個記賬節點也是隨機選擇的,簽名鏈是不可篡改,同時也是不可預測的,它的最后一個簽名用于選擇記賬節點。
「NKN」NKN的新一代網絡之路

NKN代幣在生態中的主要作用是給予中繼節點和挖礦節點獎勵。節點中繼的數據越多,能賺的NKN也就越多。這也產生了良性競爭,節點為了賺取更多收益,節點會變得更快。這種激勵機制會導致更快更穩健的網絡。

NKN的生態系統吸引力

NKN生態系統可以參與的主體不少,包括應用開發者、區塊鏈項目、云服務平臺、網絡設備及運營商、個體用戶等。

目前NKN的全球節點數已經超過11,000個節點,且還在不斷快速上升中,這個節點的數量級在整個加密世界也不多見。

對于開發者來說,NKN為開發者提供了通用的對等網絡層,可以無須開發和維護中心服務器,不用擔心服務器遭黑客攻擊或出現單點故障的問題,基于NKN網絡的應用響應速度更快,且能保證安全和隱私。

對于用戶來說,NKN網絡的性能體驗更好,同時用戶也可以共享網絡獲得收益。對于企業來說,尤其是效率較低的數據傳輸服務公司,NKN網絡可以提供更好的解決方案,可以幫助企業提供更好的網絡覆蓋,更高效率利用其網絡資源。

此外,由于能夠衡量數據傳輸量,且實現了代幣化,利用NKN網絡的激勵體系,也能方便帶寬中繼的微支付。例如,第一級的互聯網服務提供商和ISP可以利用NKN內置的計量系統實現結算。

與NKN最契合的兩大應用場景

由于NKN能夠大幅改善數據傳輸的性能、同時保證安全和隱私,這意味著在NKN網絡上可以運行一些之前體驗不夠好的應用。同時,NKN具備可擴展性,這讓它應用范圍更加廣泛,比如基于NKN網絡的游戲應用、Wifi共享、社交應用、文件共享應用、IoT和智能家居等。

而其中CDN、Pub/Sub服務是當前NKN最值得關注的應用場景,也是跟NKN契合度最高的兩大應用場景。

首先來看CDN服務,CDN是內容分發網絡,其目的是為了解決訪問延遲的問題,它通過把源站的內容分發到距離用戶最近的節點,提高訪問的響應速度和成功率。
「NKN」NKN的新一代網絡之路

(NKN節點超過11000,分布在全球50多個國家) 那么,跟傳統的CDN(如Akamai等)相比,NKN的CDN網絡有什么優勢?一個很重要的優勢是NKN它是社區共建的節點網絡,目前其節點數已經超過11000多個,并且還在一直不停地增加當中。這讓它的內容分發節點更廣泛,更接近用戶。其次,NKN的容量是彈性的,可以根據需求來擴大或縮小,有利于滿足客戶的需求。再次,低延遲率是CDN網絡最關注的地方,NKN的CDN服務器都是實際的PoP節點,更容易找到距離客戶端較近的低延遲節點。不僅更低延遲,可靠性上來看,NKN的CDN網絡沒有單點故障,NKN的分布式節點提供全天候的運行服務,不要求共享資源節點觀看內容,比純P2P共享相比,更有優勢。

此外,在高級調度上可以根據參數對節點和路由進行動態調度,如帶寬、延遲、服務負載及價格等。最后,從關鍵的成本來看,NKN的CDN網絡由于是社區參與構建的CDN服務器,對客戶來說,其成本更低。因為對客戶來說,一是沒有硬件部署和維護成本,二是節點的部分成本已經被NKN的傳輸挖礦覆蓋。

第二個值得關注的NKN的Pub/Sub服務,Pub/Sub服務是指訂閱和發布的網絡消息中間件服務。它在企業之間,企業和應用之間,以及IoT設備之間都有廣泛應用,它是提供實時消息傳遞功能基礎設施。那么,NKN的Pub/Sub服務有什么不一樣?

NKN的Pub/Sub提供多對多的異步消息傳遞,它將發送者和接受者分離,是可擴展的持久的事件提取和傳送系統。

它有幾個顯著特點,這也是跟NKN本身特性相關,跟傳統的Pub/Sub服務相比,NKN的Pub/Sub服務更穩健、成本更低、覆蓋范圍更廣、保護隱私。NKN的Pub/Sub服務器分布在全球各地,沒有單點故障,更容易傳送消息,其部分成本被NKN挖礦獎勵覆蓋,且消息不經過中心服務器,不用擔心隱私和安全問題。

此外,對于開發者來說,NKN的Pub/Sub提供了設備間、人和設備間、模塊之間的雙向可移動通信組件,通過接口即可實現發布和訂閱消息功能,開發者可以更專注業務層的邏輯。聊天、協作、加密貨幣、多人游戲同步、實時更新、物聯網設備控制等多種應用都可以集成NKN的Pub/Sub提供的服務。

其他的應用場景,還有Tuna服務,類似于軟件服務的淘寶,具體來說,就是軟件或硬件的擁有者可以通過NKN的Pub/Sub平臺發布服務類型和價格,終端用戶通過NKN網絡購買并使用提供方的軟件或硬件資源服務,如高性能游戲或大型專業運算軟件等。

結語

目前區塊鏈領域在計算和存儲方面都有項目在探索,例如以太坊提供了去中心化的算力,Filecoin/IPFS的去中心化存儲,而在去中心化網絡方面,也開始有了項目的探索,NKN的的解決方案,在去中心化網絡數據傳輸的探索方面,邁出了新的一步。

NKN是現有互聯網基礎設施的覆蓋網絡通信層,加入NKN的網絡節點,通過其獨有的DDTN,實現去中心化的數據傳輸,同時,它對數據包進行中繼證明,并通過MOCA達成共識,對參與者實現獎勵。這是一個完整的去中心化的數據傳輸網絡。

NKN的創始團隊有高通、諾基亞、谷歌等的背景,NKN的創始人李彥博是Linux核心網絡子系統代碼貢獻者,在高通和諾基亞有超過10年的P2P/Mesh網絡協議研發經歷,也是onChain的聯合創始人;聯合創始人Bruce Li曾在谷歌和諾基亞領導過多個網絡技術創新項目;聯合創始人張逸倫是加州大學物理學博士,多年的全棧工程師。

如果說比特幣重塑的產業對象是金融行業,NKN重塑的對象是數據傳輸網絡行業,NKN能否突破全球數據流通的障礙,實現更好的數據傳輸體驗?期待NKN的接下來的演進!

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