赵文银：从云计算谈网络空间不安全的根源
从云计算谈网络空间不安全的根源
赵文银
本文由作者授权发布
空间是一个没有能量的特殊事物，相当于一个容器，是事物存在的载体。空间创建了一个封闭的能量区域，当事物能产生变化时，变化产生的能量已经和阻碍的能量相互抵消，即遵循热力学第二定律规则。
而在数学上，空间是指一种具有特殊性质及一些额外结构的集合，但不存在单称为“空间”的数学对象。
这两者的描述本质上是一样的，没有事物存在的空间是没有意义的。空间以及空间里的事物是可以采用数学模型来描述的。
一、网络空间是从哪里来的
物理空间和信息空间是客观存在的，人们长期以来争论的物质和意识就是这两个空间里的存在事物，尽管我们不知道这两个空间从哪里来的，但是我们知道网络空间的来源，它是人类自己创造出来的，目的就是建立物理空间和信息空间的连接通道，改变人类的生存和生活环境。
每台计算机创建一个信息逻辑世界，然后通过网络技术把它们连接起来，就形成了网络空间。
由此可见，网络空间是一个包含大量具有不同结构的信息逻辑世界的集合。那么计算机是如何创建逻辑世界的？
1、CPU产生“宇宙大爆炸效应”
尽管物理学家无法观察宇宙大爆炸瞬间的场景，但是计算机学家可以观察“逻辑宇宙大爆炸”瞬间的场景。
从物理设备到逻辑世界的转变是一个从无到有的空间属性的改变，类似“宇宙大爆炸效应”，在加电的瞬间，从第一个逻辑点开始（First Entry Point, FEP)，“瞬间”创建了一个全新的世界。
比如天河二号超级计算机，以峰值计算速度每秒 5.49 亿亿次速度产生初始事物，那么对于观察者来说，逻辑宇宙的初始结构是“一瞬间”创建的。
2、网络空间是什么
网络空间是一个连接物理空间和信息空间的特殊空间，是由CPU物理装置创建的逻辑世界按照网络规则连接在一起的集合。CPU逻辑世界类似大脑细胞装置创建的精神世界。
当前的网络空间是一维空间，只有前后两个方向。当时间发生变化时，事物只能沿直线方向改变。目前的物联网本质上就是采用IP地址方式把物理设备映射到一维网络空间里进行管理。
一维空间里的视觉图
显然，一维空间很难完整地描述三维空间里的事物，而由于信息的缺失，逻辑过程也会变得不完整，从而出现大量的安全问题。通常人们会认为一维空间是一条直线，这是一种误解，任何空间都有大小（质量），维只是空间结构的表征形式，指定事物的存在位置。
高维空间里生物永运比低维空间里的生物的能力强大。因为高维空间包含了低维空间的所有属性，如同现代战争，太空部队一定比地面部队的作战能力强大很多。
网络空间也具有同样的空间特征，高维空间比低维空间具有更大的性能优势。所以创建多维网络空间是解决当前网络空间安全问题的发展方向。
二、网络空间不安全的根源在于CPU的二进制数字系统
CPU采用0、1两个符号创建逻辑世界，类似物理学家认为宇宙最基本的粒子是开弦和闭弦，以及中国古人认为万物是由阴、阳两种最基本的物质创建的。
二进制是一种位置化数字系统，由18世纪德国数理哲学大师莱布尼兹发现。当前的计算机系统使用的基本上是二进制系统。
二进制的科学定义：使用2为底的2个字符表示一个数，字符集S = {0,1}。
其计算方式为：
二进制描述的数字按照一维空间结构线性分布，位置和数字相同，z=f(x)。
二进制系统存在几个基本缺陷：
（1）符号信息损失现象严重：001、0001、000001、1，这些符号所代表的数字一样，但是它们是不同的符号。
（2）数字分布在一维空间里，只有前后两个方向属性。
（3）当一个很大的数字出现时，前后的空间距离也会非常大，因此空间的边界也会很大。
三、二进制CPU创建的是一维逻辑空间
CPU的硬件本身是不能识别数字符号的，0、1两个符号只是两种状态。只有在加电的一瞬间所产生的逻辑世界里，0、1两个符号才具有数字含义。
CPU采用递归描述方式创建不同尺度的空间。第一层逻辑空间描述的是物理空间到信息空间的过程，类似中国古代哲学里的无极到太极的过程。
计算机只能对符号进行描述，并不具备人们定义的计算特征，所谓的计算效果只是按照某种算法获得的数字结果。
CPU创建逻辑空间的过程如下：
（1）从无到有创建第一层逻辑空间，这是物理空间装置到信息空间数字的转换过程。
（2）从第一层逻辑空间创建应用层逻辑空间，这是从一维数字空间到多维数字空间转换的过程。
（3）......
大多数的不安全来自数字层逻辑空间。它是网络空间的“地基”，同时也是上层逻辑空间的万物之源。
CPU包含三个部分：运算器、控制器、存储器。
对于CPU来说，无论硬件存储设备如何摆放，都会映射到一个一维逻辑空间里，按照从小到大的顺序进行排列。在计算机接通电源的时候，首先创建的是这个逻辑空间，存放的是运算器直接处理的数据。
四、大量多余的0空间导致了逻辑世界的不安全
俗话说，苍蝇不叮无缝的蛋，网络空间不安全，是因为空间里存在大量的“缝”。当前的解决方法是不断地修补这些“缝”，比如杀毒软件、打补丁等。
二进制本身的缺陷是导致信息世界不安全的根源。在说明这个观点之前，先了解逻辑世界的运行规则。
在一个可信的逻辑世界里，所有的事物必须具有唯一的身份标识，以便创建一个可信的信息传递通道（拜占庭将军问题）。
但是二进制本身的残缺，使得科学家所创建的信息通道是不可信的。0是产生这些“缝”的根源。
以win操作系统里的PE文件格式为例，在两个数据块之间存在大量的空余数据块，黑客可以通过这些空余的数据块植入非法程序，通过修改入口（Entry Point)的方式达到非法的目的。
对于正常的程序来说，这些0区块只是一个摆设，本身是没有意义的，所以黑客可以利用这些摆设，植入自己的程序代码，而且并不会影响原程序的正常运行，只是修改程序入口，让程序执行非法的程序，然后再执行原来的程序。
五、用二的幂进制弥补二进制的缺陷
二的幂进制是一个二维位置化数字系统，由赵文银、郭淳学发现，其数学规律来自中国古代的先天八卦。采用二元函数表示，z=f(x,y)，其中x为数位置，y为层位置，z为对应的数字。x，y属于一维数字分布方式，可以采用二进制数字系统表示。
二的幂进制的定义：使用2为底的2个字符表示一个数，字符集S = {1,2}。和二进制的区别在于符号0和2的不同。
幂是指覆盖的含义，表示数的排列不是一维的线性顺序，而是二维的分层覆盖的排列顺序。
这是一个新发明的数字系统，0是特殊的符号，表示没有，不仅包含了现代数学赋予的位置化含义，同时也包含了古代哲学赋予的含义。0的运算规则和二进制一样。
所以在二的幂进制里存在三个数，0，1，2。
二的幂进制描述的数字按照二维空间结构非线性分布，位置和数字不相同。二进制数属于该空间结构里无穷大的层上的一组位置数字。
二的幂进制系统的基本特征：
（1）不存在符号信息损失的现象：所有数字都是由1、2构成的，0属于特殊符号。
（2）数字分布在二维空间里，具有上下、前后两组四个方向属性。
（3）和二进制相比较，当一个很大的数字出现时，空间的边界尺度减少一半。比如2万亿的数字，二进制的空间尺度为2万亿，而二的幂进制的空间尺度为1万亿。
（4）数字逐层递增分布在平面上。
（5）同一层数字按照对折递归、右螺旋对称规则排列，类似DNA的螺旋结构。
二的幂进制数字分为奇数轴和偶数轴两部分，在空间的分布结构类似DNA双螺旋结构，因此在设计二的幂进制CPU的时候可以充分利用这个规律。
采用二的幂进制规则设计的CPU，创建的数字层逻辑空间是一个二维空间。包含了3个最基本的数字符号0、1、2。0是一个特殊的符号，所有的有效数字是由1、2构成的。0的运算规则同二进制CPU的运算规则一样。
尽管二的幂进制CPU目前处在理论模型的研究阶段，但是由于二的幂进制和二进制同源，都是对两个符号的描述，唯一的不同是数字的存在空间形式，所以二的幂进制CPU和二进制CPU在本质上是没有区别的，改变的是由空间带来的存在事物的结构形式。
二进制数字属于一维空间里的事物，z=f(x)，二的幂进制数字属于二维空间里的事物，z=f(x,y)，按照高维空间包含低维空间属性的规律，理论上是可以设计生产出二的幂进制CPU的。
六、逻辑世界的哲学模型、数学模型和科学模型在源头上是统一的
对于任何一个逻辑世界来说，哲学、数学和科学如果追溯到最基本的源头模型，它们是统一的。
中国的古代哲学模型：道生一，一生二，二生三，三生万物。基本元素为62个。
二的幂进制CPU数学模型：硬件电路产生高电平、低电平，然后产生0、1、2三个数字，然后由这三个数字创建逻辑世界里的万物。
物理学模型：物理世界由开弦和闭弦构成的，总共有62个基本粒子。
二的幂进制模型展示了哲学、数学、物理的基本模型
一网打尽系列文章，请回复以下关键词查看： |
创新发展：习近平 | 创新中国 | 创新创业 | 科技体制改革 | 科技创新政策 | 协同创新 | 成果转化 | 预见2016 | 新科技革命 | 基础研究 | 产学研 | 供给侧 |
热点专题：军民融合 | 民参军 | 工业4.0 | 商业航天 | 智库 | 国家重点研发计划 | 基金 | 装备采办 | 博士 | 摩尔定律 | 诺贝尔奖 | 国家实验室 | 国防工业 | 十三五 | 俄先期研究基金会 |
前沿科技：颠覆性技术 | 生物 | 仿生 | 脑科学 | 精准医学 | 基因 | 基因编辑 | 虚拟现实 | 增强现实 | 纳米 | 人工智能 | 机器人 | 3D打印 | 4D打印 | 太赫兹 | 云计算 | 物联网 | 互联网+ | 大数据 | 石墨烯 | 能源 | 电池 | 量子 | 超材料 | 超级计算机 | 卫星 | 北斗 | 智能制造 | 不依赖GPS导航 | 通信 | MIT技术评论 | 航空发动机 | 可穿戴 | 氮化镓 | 隐身 | 半导体 |
| 先进武器：中国武器 | 无人机 | 轰炸机 | 预警机 | 运输机 | 战斗机 | 六代机 | 网络武器 | 激光武器 | 电磁炮 | 高超声速武器 | 反无人机 | 防空反导 | 潜航器 | |
| 未来战争：未来战争 | 抵消战略 | 水下战 | 网络空间战 | 分布式杀伤 | 无人机蜂群 |
| 领先国家：俄罗斯 | 英国 | 日本 | 以色列 | 印度 |
| 前沿机构：战略能力办公室 | DARPA | Gartner | 硅谷 | 谷歌 | 华为 |
前沿人物：钱学森 | 马斯克 | 凯文凯利 | 任正非 |
专家专栏：黄志澄 | 许得君 | 施一公 | 王喜文 | 贺飞 | 李萍 | 刘锋 | 王煜全 | 易本胜 | 李德毅 | 游光荣 |
全文收录：2016文章全收录 | 2015文章全收录 | 2014文章全收录 |
其他主题系列陆续整理中，敬请期待…… |