链网需要网内控制和监控
区块链互联网系列 （3）
2019年1月21日
2018年12月18日笔者在北京演讲[1]的时候提出下面两个概念:
金融区块链不同于普通的区块链，金融区块链因为是服务于金融市场，所以它需要有监管还有其他金融市场的特殊属性。
现在金融市场是用PFMI《金融市场基础设施建设原则》来衡量系统。如果我们使用区块链在金融市场里面，我们也应该使用PFMI来衡量这个区块链系统，PFMI规矩不会因为金融系统使用区块链而改变，反而是区块链应系统该受PFMI的指导而改变。 许多国家央行都支持PFMI， 例如加拿大央行，欧洲央行，日本央行，英国央行，德国央行，以及中国人民银行。
根据这两个概念我们可以设计下一代的区块链系统来服务金融市场，而不是继续的跟随比特币或者是以太坊，这两个区块链系统已经达到（而且超过）它们原来的目的，就是数字代币，但是数字代币并不代表金融市场。金融系统需要一个新的区块链系统。区块链互联网或称链网（Internet of blockchains, IoB）[6, 7]是金融系统的一个基础设施，因此链网也应该遵守PFMI的原则[2]。
加拿大央行在2017年就使用PFMI来评估区块链系统，并且提出各国央行都应该有全部的数据（因为监管的需求），而不是只有部分数据。 这点对信息不对称的区块链系统（例如R3的Corda系统和基于DAG的区块链系统）提出严重的挑战。加拿大央行也提出区块链系统必须能够处理大量金融交易数据。链网也必须支持这样高效高速吞吐量大的金融交易。
央行需要收集控制和金融交易信息
链网是个价值互联网，上面存载资产、支持资产交易[6]。资产有两种基本类别：实物和非实物资产。每当追踪和修改资产涉及信用和隐私时，区块链都可适用。其中金融资产是最适用的资产，如股票，债券，衍生品，现金存款以及众多包装金融资产等都可以在链上交易或是链可以支持交易。现在许多交易是通过纽伦港（Nylonkong， 就是纽约，伦敦和香港）来进行全天候交易。许多国家都是央行在监管这些活动。
在金融应用中，身份和记录的单一认证是必要的，因为现在监管单位多半是单一的。控制和信息收集也必须有监管。那怕交易是用分布式的方法来进行，每个分布式交易所都要被监管。链网也需要支持这些将真实没有改变过的交易数据送到监管单位。
金融区块链基础设施需要监管
金融交易必须遵守PFMI。根据PFMI,交易是有时效的:交易不能拖的太长,交易也可以回滚。为了符合PFMI，实时监控和控制有其必要性。根据RegTech（监管科技）和SupTech（监督科技）的世界政府峰会报告 [3]，预测性监测是必要的工具：
图1: 预测性监测是必要的工具[3]
同一报告[3] 建议监管机构使用警报工具，见以下图2。这些公具包括：对高度监管实体的某些市场行为发出警报；这些警报通知资金管理员和监管官员，并提供自动可操作的建议。
图2: 金融市场警报和响应行动的工具[3]
另外延迟在许多金融资产交易中至关重要。Moallemi和Saglam 在一份研究报告 [4] 中表明，根据纽约证券交易所1995年至2005年的股票，延迟成本在此期间增加了两倍；成本约为买卖差价的20％。如图3所示：
图3: 高速交易中的延迟成本占传播的百分比[4]
在科技发达的今天，许多金融市场需要监管机构配备预期性监测，和及时积极的干预。为了防止突然的金融崩溃，这些措施应都实时运作。如果区块链基础设施得不到网内实时监控和控制的支持，那么监管机构和公众的损失可能会非常大。下图显示美国股市（DJIA）如何在2010年5月6日发生闪电崩溃:
图4: 2010年5月6日DJIA闪电崩溃
当日美国股市的价值在几分钟内发生一万亿美元的闪电崩盘：于下午2:32开始，持续了约36分钟。幸好监控单位由於1987股灾而有所预备，而没有造成更大的损失。这表明了实时监控和干预的重要性。因此，在高风险金融市场中，实时监控是必要的, 这也意味着区块链和网络基础设施需要支持这些功能。
P2P中对等体的独立性是区块链性能不佳的根源
公链中的控制和通信以P2P方式进行，但公链在金融系统使用可能性非常低，英国国会支持区块链技术，但是发布不使用公链的声明。在联盟链上，要获得对链的参与权限，新节点必须通过网关，而这些网关由监管机构控制。
纯P2P系统允许其对等体在许多方面独立于其他的对等体。这独立性赋予每个对等体一定程度的自由，甚至允许一个对等体与另一个对等体从事相反的行为。但是，在监管的金融市场中，监管机构有必要依法监控和控制整个区块链系统。因此，强制所有节点（对等体）以协调的方式行事是必要的。这意味着每个对等方必须响应监管机构发布的命令和控制信号。
需要网内反馈和控制
每个基础设施的目的都是提供性能提升，为了支持区块链中的实时监控和控制，网内必须有反馈和控制。设计高性能系统的一个好方法是通过控制理论 (control theory)，该理论已成功应用于众多产业。根据控制理论，只要有可能，系统应设计应有两个关键属性：动态可观察性和动态可控性。
可观察性的系统是可预测的：一旦给定观察到的输出变量（通过反馈），控制器能够重建系统的状态。当从外部输入的变量是已知的时，系统的状态就是描诉系统现状的最小信息。可控性的系统是可随意控制的：控制器可以选定一组控制动作来引导系统达到任何所需的状态。另外，因为系统通常是时变的，可控性和可观察性应该是动态的。
当前互联网的问题在于它采用端到端（E2E）设计。E2E原则使现在的互联网成为一个黑盒子[1]。黑匣子模型使得它难以观察（获得足够的反馈信号）和难以控制。我们可以从交通网络作比喻来理解E2E 带来的问题。在现代的公路系统，埋在地面十字路口的感应环路能侦侧街道上的交通量。感应回路的讯息就是交通反馈信号，用来控制交通信号灯。感应环路就好比是网络中的反馈观测器，交通灯就好比网络中的控制器。简单的交通控制系统如下图所示：
图5: 交通系统中网内交通反馈和控制的图示[5]
与交通系统相比，互联网的设计没有网内观察器和网络内控制器。唯一的观察器是接收端系统，唯一的控制器是发送终端系统。
从交通系统的比喻来看，互联网是一种很怪异的交通系统：它允许车辆在十字路口碰撞，仅在目的地反馈，而交通控制器仅在出发地点。从交通控制的角度来看，这样的黑匣子模型显然不是最好的。在现代交通系统中，当地街道的网内观察器和控制器连接到中央交通控制系统。而今天的互联网是没有中央控制系统的。
今天的互联网需要进行重大改革。为了构建未来的链网以实现高性能和实时调节和监控，黑盒子模型至少应该被修改，甚至被放弃。
参考文献
[1]. 蔡维德 & Kevin Tsai，“TCP 端到端设计又旧又多毛病：区块链互联网系列 （1）”
https://mp.weixin.qq.com/s/AyDG063nq7FKy9MEKZOxfg
[2]. 蔡维德 & Kevin Tsai，“区块链互联网需要新协议：区块链互联网系列 （2）”
https://mp.weixin.qq.com/s/vvA4u7LiIMfkzCTI04VSzw
[3]. “Regtech for regulators: re-architect the system for better regulation,” world government summit, Feb 2018
https://www.worldgovernmentsummit.org/api/publications/document?id=5ccf8ac4-e97c-6578-b2f8-ff0000a7ddb6
[4]. Moallemi & Saglam, “The cost of latency in high-frequency trading,” OR Forum, 2013
https://pubsonline.informs.org/doi/pdf/10.1287/opre.2013.1165
[5]. Traffic Technology Today, Jan 2019
https://www.traffictechnologytoday.com/news
[6]. 蔡维德等，“区块链的中国梦之一： 区块链互联网引领中国科技进步”, 2018.8.7 https://mp.weixin.qq.com/s/NtM7jHfxq1rsIAO0i7cEBg
[7]. 蔡维德等，“区块链互联网”, 2017.6.3
https://mp.weixin.qq.com/s/7cTVxvGVPZeax0zuUAhWmg
蔡维德
北航数字社会与区块链实验室，天德科技 ，国家大数据（贵州）综合试验区区块链互联网实验室， 天民（青岛）国际沙盒研究院， 赛迪（青岛）区块链研究院
Kevin Tsai
University of California at Irvine 名誉教授，美国麻省理工学院本硕博，区块链网络专家
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