如何解決區(qū)塊鏈的First Mile難題

區(qū)塊鏈的發(fā)展為未來(lái)世界帶來(lái)無(wú)限可能，然而由于應(yīng)用以及技術(shù)的局限性，物理世界和鏈上數(shù)字世界還相對(duì)隔離，鏈外的實(shí)物資產(chǎn)和數(shù)字資產(chǎn)很難上鏈，這是區(qū)塊鏈的 First Mile 難題。

NUChain 創(chuàng)新性地提出了區(qū)塊鏈新五層架構(gòu)，定義了區(qū)塊鏈通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（BNP），結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的技術(shù)，基于 TCP/IP 協(xié)議，詳細(xì)設(shè)計(jì)了 BNP 協(xié)議的框架、協(xié)議、內(nèi)容等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有望成為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐ㄓ脜f(xié)議。同時(shí)，NUChain 設(shè)計(jì)了支持 BNP 協(xié)議的 NUCBox、NUCRouter、NUCSDK等區(qū)塊鏈硬件產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)鏈外資產(chǎn)上鏈，從而解決區(qū)塊鏈的 First Mile 難題。另外，NUChain 獨(dú)創(chuàng)的 PoC 共識(shí)機(jī)制更加公平合理，保障普通節(jié)點(diǎn)的權(quán)益， PoSt云挖礦和 AI 數(shù)據(jù)價(jià)值發(fā)現(xiàn)模型讓數(shù)據(jù)的提供者有了直接獲益的方法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的民主。

實(shí)體經(jīng)濟(jì)中的各個(gè)傳統(tǒng)企業(yè)，基于 NUChain 能較好地實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈轉(zhuǎn)型，將實(shí)體資產(chǎn)成功上鏈，成為加密數(shù)字資產(chǎn)在全世界各地交易。NUChain 逐步完成實(shí)體的自由映射、數(shù)據(jù)的自由交易、價(jià)值的自由流通，進(jìn)而形成一個(gè)分布式數(shù)字資產(chǎn)生態(tài)。

鏈外資產(chǎn)上鏈機(jī)制

鏈外資產(chǎn)包括鏈外的實(shí)物資產(chǎn)和數(shù)據(jù)資產(chǎn)，本章重點(diǎn)介紹鏈外資產(chǎn)分類、身份管理、資產(chǎn)識(shí)別與認(rèn)證、資產(chǎn)確權(quán)與交易、資產(chǎn)登記與共識(shí)記賬、資產(chǎn)安全等。

鏈外資產(chǎn)上鏈的基礎(chǔ)框架如下：

鏈外資產(chǎn)上鏈的基本流程如下：

1. 鏈外資產(chǎn)分類

AOB（Assets Off Block chain）鏈外資產(chǎn)，是指還未上鏈的物理世界的實(shí)物資產(chǎn)和數(shù)字世界（網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用系統(tǒng)）的數(shù)字資產(chǎn)。

· 實(shí)物資產(chǎn)：物理世界的所有實(shí)物都可以稱之為實(shí)物資產(chǎn)，包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能電子設(shè)備、智能操作終端、智能家用電器設(shè)備等等，也包括工業(yè)機(jī)器和工業(yè)機(jī)器人。實(shí)物資產(chǎn)上鏈的前提條件是具有物理感知層，能夠被感知，比如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和工業(yè) 4.0 設(shè)備都具備這個(gè)特性。

· 數(shù)字資產(chǎn)：數(shù)字世界的所有數(shù)據(jù)都可以稱之為數(shù)字資產(chǎn)。按照當(dāng)下主要的應(yīng)用數(shù)據(jù)分類，包括 SQL、NO SQL、Big Data、App 等各種系統(tǒng)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和用戶終端數(shù)據(jù)。

2. 身份認(rèn)證

2.1 身份標(biāo)識(shí)

NUChain 為每個(gè)接入層設(shè)備都標(biāo)識(shí)了 Device ID，同時(shí)為每個(gè)設(shè)備安裝一個(gè)硬件芯片（包含硬錢包與私鑰），Device ID 即為設(shè)備的身份標(biāo)識(shí)。

身份標(biāo)識(shí)將采用 EPC（Electronic Product Code 產(chǎn)品電子代碼）編碼體系進(jìn)行編碼，由一個(gè)版本號(hào)加上另外三段數(shù)據(jù)（域名管理者、對(duì)象分類、序列號(hào)）組成的一組數(shù)字。EPC 碼采用 96 位（二進(jìn)制）編碼，可以為“2.68 億個(gè)公司*1600 萬(wàn)個(gè)種類*680 億的獨(dú)立產(chǎn)品”進(jìn)行編碼，形象的說(shuō)可以為地球上的每一粒大米賦一個(gè)唯一的編碼。EPC 編碼體系足夠支撐未來(lái)海量設(shè)備接入，每個(gè)設(shè)備都可以賦予一個(gè)全球唯一編碼。

2.2 身份驗(yàn)證

當(dāng)接入層設(shè)備注冊(cè)激活時(shí)，生成一對(duì)密鑰，綁定設(shè)備 Device ID 及注冊(cè)信息，然后用自己的私鑰進(jìn)行簽名，并同時(shí)公布對(duì)應(yīng)的公鑰，其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)該設(shè)備公布的公鑰對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)后驗(yàn)證完成，即可上鏈。未來(lái)設(shè)備向鏈上發(fā)送或者更新數(shù)據(jù)時(shí)，只需驗(yàn)證私鑰簽名即可。

3. 資產(chǎn)識(shí)別

鏈外資產(chǎn)可以通過(guò)物理層進(jìn)行標(biāo)識(shí)，通過(guò)接入層感知設(shè)備識(shí)讀數(shù)據(jù)。常用的物理層包括二維碼、RFID 標(biāo)簽、攝像頭、GPS、傳感器、M2M 終端、生物識(shí)別等，感知設(shè)備包括手持機(jī)、識(shí)讀器、平板、手機(jī)、智能終端、檢測(cè)設(shè)備等。

接入層感知設(shè)備主要通過(guò) RFID 射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)、二維碼技術(shù)、紅外感應(yīng)技術(shù)、GPS 定位技術(shù)、聲音及視覺(jué)識(shí)別技術(shù)、生物特征識(shí)別技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)鏈外資產(chǎn)的資產(chǎn)識(shí)別與信息采集。以 RFID 資產(chǎn)識(shí)別為例，如下圖：

4. 資產(chǎn)確權(quán)

對(duì)于鏈外的資產(chǎn)，需要進(jìn)行確權(quán)認(rèn)證。需要證明在某節(jié)點(diǎn)登記的資產(chǎn)，歸屬權(quán)屬于該節(jié)點(diǎn)身份 Device ID。只有確權(quán)的資產(chǎn)，在節(jié)點(diǎn)登記并存儲(chǔ)，才具備進(jìn)行權(quán)屬交易的資格。

NUChain 將采用零知識(shí)證明機(jī)制，對(duì)上鏈前的鏈外資產(chǎn)進(jìn)行確權(quán)。

設(shè) Hash 函數(shù)H滿足隨機(jī)預(yù)言機(jī)，其輸出值長(zhǎng)度為n，統(tǒng)計(jì)零知識(shí)的證明成立，資產(chǎn)確權(quán)。

當(dāng)資產(chǎn)進(jìn)行交易，權(quán)屬轉(zhuǎn)移時(shí)，采用非交互零知識(shí)證明。即通過(guò)利用一個(gè)雙方共享的公用隨機(jī)串（比如第三方支付、第三方物流、保險(xiǎn)等）來(lái)實(shí)現(xiàn)零知識(shí)證明，確定權(quán)屬轉(zhuǎn)移完成，資產(chǎn)重新確權(quán)，綁定收貨方。

5. 資產(chǎn)登記---節(jié)點(diǎn)登記

已經(jīng)確權(quán)的資產(chǎn)，可以在節(jié)點(diǎn)進(jìn)行登記。

登記的信息包括時(shí)間戳、內(nèi)容索引、關(guān)聯(lián)信息、存儲(chǔ)地址等，以及對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)Device ID、確權(quán)信息等。完成確權(quán)并登記的資產(chǎn)，存儲(chǔ)在節(jié)點(diǎn)設(shè)備中。

6. 共識(shí)記賬---鏈上登記

鏈外資產(chǎn)在確權(quán)完成后，隨即在全網(wǎng)廣播，通過(guò)相應(yīng)的共識(shí)機(jī)制進(jìn)行記賬，將該資產(chǎn)的信息基于 BNP 協(xié)議的數(shù)據(jù)格式，在公鏈全網(wǎng)記賬。賬本不記錄資產(chǎn)的全部數(shù)據(jù)，主要記錄資產(chǎn)的權(quán)屬信息、內(nèi)容索引、身份 ID、存儲(chǔ)地址等。

BNP 協(xié)議并不指定共識(shí)機(jī)制，而是根據(jù)設(shè)備安裝的挖礦軟件所采用的共識(shí)機(jī)制進(jìn)行記賬，并在達(dá)成共識(shí)后將數(shù)據(jù)上鏈。

7. 權(quán)屬交易

鏈外資產(chǎn)完成確權(quán)和上鏈登記后，可以進(jìn)行資產(chǎn)交易。資產(chǎn)交易的本質(zhì)是權(quán)屬的轉(zhuǎn)換，買賣雙方發(fā)起一個(gè)資產(chǎn)交易的智能合約，買方支付資產(chǎn)購(gòu)買的代幣費(fèi)用，賣方將資產(chǎn)權(quán)屬轉(zhuǎn)給買方，系統(tǒng)自動(dòng)完成交易。

資產(chǎn)權(quán)屬轉(zhuǎn)移的過(guò)程，就是將經(jīng)過(guò)確權(quán)的資產(chǎn)賬本，解除原來(lái)的賣方身份 ID綁定，重新綁定買方的身份 ID。同時(shí)存儲(chǔ)在賣方節(jié)點(diǎn)的數(shù)字資產(chǎn)數(shù)據(jù)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸至買方的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，如果是 IPFS 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，則無(wú)需轉(zhuǎn)移。

對(duì)于實(shí)物資產(chǎn)，需要完成實(shí)物資產(chǎn)交付的智能合約，再完成購(gòu)買資產(chǎn)的代幣支付合約。資產(chǎn)權(quán)屬的轉(zhuǎn)移需要對(duì)資產(chǎn)重新進(jìn)行確權(quán)，我們?cè)谫Y產(chǎn)權(quán)屬轉(zhuǎn)移的過(guò)程中采用非交互零知識(shí)證明，引入來(lái)自于可信第三方的公共參考串（比如第三方物流），完成資產(chǎn)的重新確權(quán)。

8. 資產(chǎn)安全

鏈外資產(chǎn)上鏈的另一個(gè)核心問(wèn)題，是資產(chǎn)的安全問(wèn)題。

NUChain 在最新提出的五層架構(gòu)設(shè)計(jì)中，在物理層、接入層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層及應(yīng)用層每一層都結(jié)合最新的安全技術(shù)，從身份識(shí)別、訪問(wèn)控制、代碼審計(jì)、智能合約編程安全、錢包安全、防 Ddos 攻擊、數(shù)據(jù)加密、多重簽名、私鑰管理、防火墻、標(biāo)識(shí)防偽等各個(gè)方面進(jìn)行安全防護(hù)，如下圖：

在此基礎(chǔ)上，為了確保鏈外資產(chǎn)上鏈的安全，NUChain 從身份認(rèn)證、資產(chǎn)確權(quán)、加密驗(yàn)證、記賬驗(yàn)證、安全機(jī)制等方面，全方位的確保資產(chǎn)在認(rèn)證、確權(quán)、登記、權(quán)屬轉(zhuǎn)移、記賬等整個(gè)上鏈過(guò)程中的資產(chǎn)安全。主要的安全防范措施包括：

9. 應(yīng)用范例

我們以一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景為例，來(lái)介紹鏈外資產(chǎn)上鏈并交易的過(guò)程：

1） 身份認(rèn)證：Ailice 購(gòu)買了一個(gè)可以上鏈的行車記錄儀（支持 BNP、PoC）， 首先激活記錄儀，生成一對(duì)密鑰綁定記錄儀的 Device ID，同時(shí)在鏈上認(rèn)證。

2） 資產(chǎn)識(shí)別、確權(quán)登記、共識(shí)記賬：Ailice 將一段時(shí)間行車記錄儀的數(shù)據(jù)通過(guò)云存儲(chǔ)技術(shù)存儲(chǔ)在云盤上。同時(shí)，Ailice 發(fā)出上鏈記賬申請(qǐng)，在行車記錄儀對(duì)數(shù)據(jù)確權(quán)并登記以后，數(shù)據(jù)上鏈達(dá)成 PoC 共識(shí)后記賬，礦工獲得挖礦獎(jiǎng)勵(lì)。 由于 Ailice 是數(shù)據(jù)的提供者，她成為礦工出塊的幾率最高。

3） 權(quán)屬交易：當(dāng)某個(gè)數(shù)據(jù)的使用者，比如保險(xiǎn)公司，想調(diào)用此類數(shù)據(jù)的時(shí)候，智能合約自動(dòng)匹配交易，通過(guò) AI 數(shù)據(jù)價(jià)值發(fā)現(xiàn)模型函數(shù)計(jì)算交易費(fèi)用，交易完成后保險(xiǎn)公司獲得了數(shù)據(jù)確權(quán)，Ailice 獲得了數(shù)據(jù)使用的收益。

鏈外資產(chǎn)上鏈通用協(xié)議 BNP

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的身份、地址、安全、格式、價(jià)值上鏈，解決制約區(qū)塊鏈發(fā)展的 First Mile 問(wèn)題，我們提出了 BNP（Block chain Network Protocol）區(qū)塊鏈通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

TCP/IP 協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)終端如何接入互聯(lián)網(wǎng)以及數(shù)據(jù)如何在設(shè)備之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，而我們提出的 BNP 區(qū)塊鏈通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義了區(qū)塊鏈生態(tài)中鏈外資產(chǎn)如何上鏈以及數(shù)據(jù)如何在節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。上鏈的關(guān)鍵是標(biāo)識(shí)實(shí)物產(chǎn)品的身份，通過(guò) BNP 通用協(xié)議，把鏈外資產(chǎn)的唯一屬性寫進(jìn)通訊包，明確其身份幫助鏈外資產(chǎn)上鏈。實(shí)物上鏈之后，提供大量數(shù)據(jù)，后續(xù)的應(yīng)用才能開展。

BNP 協(xié)議是一個(gè)通用的二進(jìn)制代碼級(jí)別的應(yīng)用級(jí)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，BNP 基于TCP/IP 并在二進(jìn)制代碼級(jí)別定義通用區(qū)塊鏈的 TCP/IP 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，區(qū)塊鏈賬本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，區(qū)塊鏈賬本共識(shí)算法及其交易安全。BNP 協(xié)議層支持服務(wù)尋址、共識(shí)計(jì)算、加密驗(yàn)證、分布式存儲(chǔ)以及通用協(xié)議包括 TCP/IP 協(xié)議、P2P 通訊協(xié)議、物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議、數(shù)字錢包協(xié)議、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議等。BNP 協(xié)議具備三種功能：一是創(chuàng)建進(jìn)程到進(jìn)程的通信，而是在傳輸層提供控制機(jī)制，三是負(fù)責(zé)為應(yīng)用程序提供連接機(jī)制。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)送或更新的數(shù)據(jù)需要通過(guò)傳輸層上傳到鏈上，網(wǎng)絡(luò)傳輸層把這些數(shù)據(jù)打包，按照 BNP 格式進(jìn)行封裝，按照獨(dú)特格式比如 TCP 或 UTP 格式傳輸，向鏈內(nèi)廣播達(dá)成共識(shí)，登記確權(quán)記賬。如果該資產(chǎn)發(fā)生交易，需要修改鏈外資產(chǎn)信息，是通過(guò)接入層設(shè)備將交易時(shí)間戳和交易信息等寫入，如果是 RFID，該設(shè)備會(huì)更新 RFID 標(biāo)簽內(nèi)信息。

1. BNP 協(xié)議架構(gòu)

1.1 BNP 之傳輸協(xié)議

物聯(lián)網(wǎng)既然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，那自然需要一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議基礎(chǔ)，就像是互聯(lián)網(wǎng)需要 TCP/IP 一樣。在核心層面，由于物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，同樣基于 TCP/IP；在接入層面，協(xié)議有很多類別，基本由三大部分組成：

· 內(nèi)網(wǎng)協(xié)議 RFID、NB-IoT、LORA、eMTC、Zigbee、Bluetooth；

· 外網(wǎng)協(xié)議 Wi-Fi、2G、3G/4G、5G、LTE；

· 支持邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的 TSN、SDN、NFV 等網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議。

1.2 BNP 之 IP 協(xié)議架構(gòu)

BNP 的 IP 協(xié)議主要功能是提供尋址和路由、傳遞服務(wù)和數(shù)據(jù)包的分片和重組。它的構(gòu)成由固定部分、可變部分和 BNP 數(shù)據(jù)部分組成，如下圖所示：

IP 版本：如果為 4（0100）則為 IPv4；如果為 6（0110）則為 IPv6

其固定部分與可變部分的解釋可參照標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 協(xié)議。關(guān)于 BNP 數(shù)據(jù)部分的解釋可參照“數(shù)據(jù)報(bào)格式”部分。

1.3 BNP 之加密與驗(yàn)證

利用橢圓曲線加密算法生成密鑰對(duì)，密鑰對(duì)包括一個(gè)私鑰和由其衍生出的公鑰。私鑰用于發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的數(shù)字簽名，公鑰用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)的來(lái)源。數(shù)字簽名保證了鏈上、鏈下數(shù)據(jù)的一致性，防止數(shù)據(jù)被惡意篡改。

當(dāng)內(nèi)置了私鑰的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，向鏈上發(fā)送或者更新數(shù)據(jù)時(shí)，用自己的私鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名，并同時(shí)公布對(duì)應(yīng)的公鑰。其他節(jié)點(diǎn)根據(jù)發(fā)送或者更新的數(shù)據(jù)以及該設(shè)備公布的公鑰對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證。只有擁有能產(chǎn)生這種公鑰的私鑰擁有者才能對(duì)要發(fā)送的信息生成特定簽名。從而可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)由某個(gè)設(shè)備發(fā)出，并且該設(shè)備無(wú)法篡改已發(fā)送的信息。

1.4 BNP之分布式服務(wù)

BNP分布式服務(wù)模型充分體現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)+區(qū)塊鏈”的特點(diǎn)，它的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)就是一一個(gè)分布式服務(wù)系統(tǒng)。BNP讓上鏈的任意多個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)所定義的數(shù)據(jù)報(bào)中所包含的Hash值，簽名及錢包ID具備了ACID （Atomicity， Consistency， Isolation，Durability） 特性。上鏈的節(jié)點(diǎn)不可定位且由不同用戶維護(hù)，我們并不能保證每次訪問(wèn)NUChain都能獲得數(shù)據(jù)，所以它同時(shí)具備BASE理念（ Basically Available，Soft-state， Eventual Consistency）。

分布式日志（Distributed Log）作為BNP去中心化日志系統(tǒng)使用。其構(gòu)架如下：

1.5節(jié)點(diǎn)端的鏈路拓?fù)漕愋?/p>

節(jié)點(diǎn)端的鏈路拓?fù)浠痉譃槎N不同類型：星型拓?fù)浜忘c(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)?，如下圖：

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一個(gè)叫做 PAN 主協(xié)調(diào)器的中央控制器和多個(gè)從設(shè)備組成。主協(xié)調(diào)器必須為一個(gè)具有完整功能的設(shè)備，從設(shè)備既可為完整功能設(shè)備也可為簡(jiǎn)化功能設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)具體情況，采用不同功能的設(shè)備，合理地構(gòu)造通信網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)通信中，通常將這些設(shè)備分為起始設(shè)備或者終端設(shè)備，PAN 主協(xié)調(diào)器既可以作為起始設(shè)備、終端設(shè)備，也可以作為路由器，是 PAN 網(wǎng)絡(luò)的主控制器。在任何一個(gè)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)上，所有設(shè)備都有一個(gè)唯一的 64 位長(zhǎng)地址碼，該地址可以在 PAN 中用于直接通信，或者當(dāng)設(shè)備之間已經(jīng)存在連接時(shí)，可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)?16 位短地址碼分配給設(shè)備。PAN 主協(xié)調(diào)器是主要的耗電設(shè)備，而其他從設(shè)備經(jīng)常采用電池供電。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常在家庭自動(dòng)化、PC 外圍設(shè)備、玩具、游戲以及個(gè)人健康檢查方面得到應(yīng)用。

在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，同樣也存在一個(gè) PAN 主設(shè)備，但該網(wǎng)絡(luò)不同于星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)設(shè)備都可以與其通信范圍內(nèi)的其他設(shè)備進(jìn)行通信。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠構(gòu)成較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，例如網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在工業(yè)監(jiān)測(cè)和控制，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、供應(yīng)物資跟蹤、農(nóng)業(yè)智能化以及安全監(jiān)控等方面都有廣泛的應(yīng)用。一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議可以是基于 Ad Hoc 技術(shù)，也可以是自組織式的和自恢復(fù)式的。并且，在網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備之間發(fā)送消息時(shí)，可通過(guò)多個(gè)中間設(shè)備中繼的傳輸方式進(jìn)行傳輸，即通常稱為多跳的傳輸方式。每個(gè)獨(dú)立的 PAN 都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，利用 PAN標(biāo)識(shí)符，可以使用短位地址進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信，并且可激活 PAN 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信。

2.BNP 協(xié)議技術(shù)

設(shè)計(jì) BNP 的目的是使網(wǎng)絡(luò)不受任何單一網(wǎng)絡(luò)的限制，更安全高效的通信。其基本思維基于互聯(lián)網(wǎng) TCP/IP 協(xié)議，同時(shí) BNP 主要以 IEEE802.15.4 為重點(diǎn)。

2.1 鏈路層傳輸規(guī)約

2.1.1 鏈路層服務(wù)模型

對(duì)于鏈路層的要求，BNP 是非常適度的。其基本要求是單節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送一個(gè)有限大小的數(shù)據(jù)報(bào)到其通信范圍內(nèi)的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)（即一個(gè)單播包）?？紤]到數(shù)據(jù)報(bào)在低功耗無(wú)線鏈路上傳輸?shù)牟豢煽啃?，BNP 沒(méi)有對(duì)可靠性的期望，對(duì)可達(dá)性也沒(méi)有一個(gè)明確定義的界限。在有線網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的插入以及是否接入某個(gè)鏈路都是很清楚的，通常在以太網(wǎng)上的所有節(jié)點(diǎn)都可以相互通信。在低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn) A 和節(jié)點(diǎn) C 都可以與節(jié)點(diǎn) B 通信，但是節(jié)點(diǎn) A 與節(jié)點(diǎn) C 未必就能通信。

BNP 對(duì)于鏈路的要求可以放寬到一個(gè)假設(shè)，即節(jié)點(diǎn) A 在一段時(shí)間內(nèi)，有一組節(jié)點(diǎn)可能是 A 可達(dá)到的。這組節(jié)點(diǎn)為 A 的單跳鄰居。另一方面節(jié)點(diǎn) A 可以向本地廣播數(shù)據(jù)報(bào)，這些數(shù)據(jù)報(bào)可能會(huì)被節(jié)點(diǎn) A 的單跳鄰居中的所有節(jié)點(diǎn)所接收。

對(duì)于 IEEE802.15.4MAC 層定義的四種類型的幀（數(shù)據(jù)幀，確認(rèn)幀，MAC 層命令幀，信標(biāo)幀，BNP 只關(guān)心其數(shù)據(jù)幀，用于攜帶 BNP 適配層定義的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）， 其 PDU 又包含嵌入式的 IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)（或其中的一部分）。

2.1.2 鏈路層編址

鏈路層必須對(duì)全球唯一編址有一定的概念。一個(gè)地址唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的事實(shí)，并不意味著它能全球定位某個(gè)節(jié)點(diǎn)，即鏈路層地址是不可路由的，它本身并不用于確定一個(gè)節(jié)點(diǎn)是在相同或不同的網(wǎng)路中。數(shù)據(jù)幀包含源地址和目的地址。接收器根據(jù)目的地址來(lái)決定該幀是否當(dāng)被該節(jié)點(diǎn)接收，或者應(yīng)該路由到另一個(gè)不同節(jié)點(diǎn)。源地址主要用于查找有關(guān)鏈路層安全的密鑰信息，同時(shí)在數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)中也可能發(fā)揮作用。BNP 節(jié)點(diǎn)擁有 8B 的 EUI-64 標(biāo)識(shí)符。

2.1.3 鏈路層管理和操作

BNP 對(duì)數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性有極高的要求，強(qiáng)大的鏈路層安全機(jī)制是 BNP協(xié)議的一個(gè)重要組成部分。為此提供用于加密包括密鑰標(biāo)識(shí)在內(nèi)的消息完整性檢查機(jī)制可以在每一個(gè)數(shù)據(jù)幀中消耗 30B 的額外空間。至于 IEEE802.15.4MAC 層其他的強(qiáng)大功能，BNP 努力保持中立立場(chǎng)。BNP 允許使用 IEEE802.15.4 的信標(biāo)使能網(wǎng)絡(luò)。

BNP 運(yùn)行在無(wú)信標(biāo)模式下，通過(guò) IEEE802.15.4 基于競(jìng)爭(zhēng)的信道接入方式執(zhí)行無(wú)線介質(zhì)訪問(wèn)控制，IEEE802.15.4 稱此為非時(shí)隙的 CSMA/CA。

2.2 BNP 基本格式

BNP 基本格式如下圖：

不同的報(bào)頭按以下順序使用：

· 地址：網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)報(bào)頭，攜帶 L2 初始源地址和目的地址以及跳數(shù)，其后是BNP 的 PDU。

· 逐跳處理：本質(zhì)上是 L2 逐跳選項(xiàng)的報(bào)頭，其后是 BNP 的 PDU.

· 目的地處理：分段的報(bào)頭，攜帶片段，可能在已通過(guò)多個(gè) L2 跳傳輸后，需要在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)重新組合成一個(gè) BNP 的 PDU。

· 有效載荷：攜帶 L3 數(shù)據(jù)報(bào)的報(bào)頭。

BNP 在每一個(gè) PDU 的開頭使用一個(gè)分派字節(jié)，以識(shí)別其自身的類型。PDU部分的報(bào)頭，需要定義組網(wǎng)的類型 3 個(gè)字節(jié)［0:2］，共識(shí)模型［3:5］，及區(qū)塊鏈的其他分派（如加密算法類型）［6:7］）。

2.3 BNP 數(shù)據(jù)報(bào)格式

BNP 協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)打包了 Token 擴(kuò)展信息、目標(biāo)地址、設(shè)備編碼、哈希頭、數(shù)據(jù)包、價(jià)值函數(shù)等數(shù)據(jù)，其中 Token 擴(kuò)展信息包括哈希值、TCP/IP 數(shù)據(jù)包、簽名、錢包 ID、設(shè)備 ID、服務(wù) ID、校驗(yàn)碼等，如下圖：

2.4 BNP 編址

地址需要加密和驗(yàn)證，加密采用私鑰簽名驗(yàn)證的虎符驗(yàn)證機(jī)制，參考 4.1.3。

一個(gè) IP 適配層通常涉及至少兩種地址：鏈路層（L2）地址和 IP（L3）地址。

BNP 在鏈路層支持兩個(gè)地址格式：64 位的 EUI-64 地址和動(dòng)態(tài)分配的 16 位短地址。

64 位的前綴和一個(gè) 64 位的 EUI-64 地址：

16 位短地址：

2.4 轉(zhuǎn)發(fā)和路由

數(shù)據(jù)報(bào)在 BNP 中的傳輸往往需要經(jīng)過(guò)多次多級(jí)無(wú)線跳。這個(gè)過(guò)程必然涉及到：轉(zhuǎn)發(fā)和路由。這兩個(gè)過(guò)程都可以在 L2 或 L3 層被執(zhí)行。路由通常涉及一個(gè)或多個(gè)路由協(xié)議，路由協(xié)議在每一個(gè) BNP 節(jié)點(diǎn)上填寫路由信息庫(kù)（RIB）。通常 RIB可以被簡(jiǎn)化為一個(gè)用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)信息庫(kù)（FIB）。一些路由協(xié)議主動(dòng)地填寫 FIB，即 FIB 應(yīng)始終包含每個(gè)可被實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)的一個(gè)條目，而另一些路由協(xié)議只有在數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)時(shí)才填補(bǔ) FIB 中的空白。

BNP 采用“單臂路由”如下圖所示：

當(dāng)路由和轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)生在第 2 層是，它們的執(zhí)行是基于第 2 層地址的，也就是64 位 EUI-64 地址或者 16 位短地址。

L2 層轉(zhuǎn)發(fā)，ISA100 標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)這樣的路由協(xié)議，以及一些數(shù)據(jù)鏈路層的擴(kuò)展，所以 L2 層上發(fā)生的路由和轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)于 BNP 適配層基本上是透明的，如下圖所示：

如果鏈路轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)生在 BNP 適配層（如下圖），我們則需要解決如下問(wèn)題：鏈路層報(bào)頭描敘了當(dāng)前 L2 層的跳的源地址和目的地址。為了將數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到其最終目的的節(jié)點(diǎn)的 L2，我們就需要知道最終目標(biāo)地址。此外還需要知道源節(jié)點(diǎn)L2 的地址。

3. 存儲(chǔ)機(jī)制

鏈外資產(chǎn)上鏈主要包括兩種存儲(chǔ)方式，本地化存儲(chǔ)和云存儲(chǔ)。BNP 協(xié)議支持各種云存儲(chǔ)應(yīng)用如 IPFS、DMFS 等分布式存儲(chǔ)技術(shù)。這些技術(shù)的主要特點(diǎn)是定義了文件在分布式系統(tǒng)中如何存儲(chǔ)、索引和傳輸，目標(biāo)是通過(guò)一個(gè)文件系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)中所有的設(shè)備連接起來(lái)。在傳統(tǒng)的 HTTP 協(xié)議中，文件資源通過(guò)資源標(biāo)識(shí)符來(lái)索引，而在分布式文件系統(tǒng)中，文件將根據(jù)內(nèi)容來(lái)進(jìn)行索引。每個(gè)文件將會(huì)根據(jù)內(nèi)容來(lái)進(jìn)行哈希映射從而得到一個(gè)獨(dú)特的指紋，文件將根據(jù)這個(gè)指紋來(lái)進(jìn)行索引。

4. 共識(shí)機(jī)制

BNP 協(xié)議支持共識(shí)熱插拔。

由于目前大部分區(qū)塊鏈之間的數(shù)據(jù)是不互通的，為了讓數(shù)據(jù)在各鏈之間流轉(zhuǎn)，BNP 協(xié)議支持多種共識(shí)記賬，比如 PoW、PoS、DPoS、PoC、PBFT、PoSt 等。鏈外資產(chǎn)通過(guò)這些共識(shí)機(jī)制，可以在不同的鏈上記賬。

5. 邊緣計(jì)算

接入層設(shè)備作為邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn) ECN（Edge CompuTIng Node），功能主要包括三層：基礎(chǔ)資源層、虛擬化層、邊緣虛擬服務(wù)層。功能如下圖：

邊緣計(jì)算的核心是異構(gòu)計(jì)算 HC（Heterogeneous CompuTIng），是邊緣側(cè)關(guān)鍵的計(jì)算硬件架構(gòu)。邊緣設(shè)備既要處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，同時(shí)也要處理非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，因此采用異構(gòu)計(jì)算，將不同類型指令集和不同體系架構(gòu)的計(jì)算單元協(xié)同起來(lái)，以充分發(fā)揮各種計(jì)算單元的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)性能、成本、功耗、可移植性等方面的均衡。

NUChain 將采用 OpenCL 的 GPU 和多核 CPU 的異構(gòu)計(jì)算。我們知道 CPU 和GPU 各有所長(zhǎng)， CPU 擅長(zhǎng)處理不規(guī)則數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和不可預(yù)測(cè)的存取模式，以及遞歸算法、分支密集型代碼和單線程程序，而 GPU 擅于處理規(guī)則數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和可預(yù)測(cè)存取模式。OpenCL 正是 GPU 和多核 CPU 融合與并行發(fā)展的連接橋梁。

鏈外資產(chǎn)上鏈共識(shí)機(jī)制

NUChain 采用獨(dú)創(chuàng)的 PoC（Proof Of ContribuTIon）貢獻(xiàn)值證明共識(shí)機(jī)制。PoC貢獻(xiàn)值證明，通過(guò)計(jì)算貢獻(xiàn)值進(jìn)行挖礦計(jì)算，用戶只需下載客戶端軟件，通過(guò)有效認(rèn)證就有機(jī)會(huì)成為“礦工”。貢獻(xiàn)值包括提供有效數(shù)據(jù)、算法貢獻(xiàn)、以及活躍度、存儲(chǔ)資源、社區(qū)貢獻(xiàn)值（在線時(shí)間）等。通過(guò) PoC 函數(shù)+加權(quán)計(jì)算達(dá)成共識(shí)，計(jì)算公式如下：

PoC 函數(shù)：有效 Data*25%+Algorithm*25%+存儲(chǔ)資源*20%+AcTIvity*15%+Online Time*15%. ?

有效 Data：經(jīng)過(guò)確權(quán)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，能夠驗(yàn)證來(lái)源、真實(shí)性與有效性；

Algorithm：價(jià)值發(fā)現(xiàn)模型貢獻(xiàn)算法；

存儲(chǔ)資源：礦工當(dāng)前存儲(chǔ)使用量占網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)前總存儲(chǔ)使用量的比例；

Activity：所提供的數(shù)據(jù)被使用的頻率作為活躍度的衡量；

OnlineTime：節(jié)點(diǎn)在線時(shí)長(zhǎng)。

獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制：當(dāng)?shù)V工發(fā)現(xiàn)了一個(gè) PoC 區(qū)塊，出塊獎(jiǎng)勵(lì)為 1000 個(gè) NUC，每四年減半，直到出塊獎(jiǎng)勵(lì)不足 1 個(gè) NUC，按 1 個(gè) NUC 計(jì)算，持續(xù)挖完。

PoC 共識(shí)機(jī)制是基于 AI 深度學(xué)習(xí)的機(jī)制，貢獻(xiàn)值越高的節(jié)點(diǎn)，擁有更高的挖礦概率。

· 基于 PoC 機(jī)制用 AI 深度學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)共識(shí)，即：AI’s Law；

· 數(shù)據(jù)使用者發(fā)出請(qǐng)求并廣播，數(shù)據(jù)提供者將數(shù)據(jù)上鏈，通過(guò) AI 深度學(xué)習(xí)進(jìn)行匹配交易，實(shí)現(xiàn)有效數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)。即：AI 數(shù)據(jù)價(jià)值發(fā)現(xiàn)，AI’s Rulebase。

鏈外資產(chǎn)上鏈應(yīng)用生態(tài)

鏈外資產(chǎn)上鏈以后，通過(guò)應(yīng)用體現(xiàn)其資產(chǎn)價(jià)值。應(yīng)用與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的行業(yè)需求相結(jié)合，包括各種智能化場(chǎng)景、DApps 和商城，類似于我們?nèi)粘Ｊ褂玫母鞣N網(wǎng)站、App，比如有社交娛樂(lè)、電商購(gòu)物、新聞瀏覽等各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，未來(lái)的可編程金融和可編程社會(huì)也將搭建在應(yīng)用層。應(yīng)用的大致流程如下：

當(dāng)數(shù)據(jù)使用者通過(guò) DApps 發(fā)出應(yīng)用請(qǐng)求并廣播，數(shù)據(jù)的提供者通過(guò)對(duì)應(yīng)的智能合約進(jìn)行匹配交易，達(dá)成共識(shí)后記賬。交易的函數(shù)是 AI 數(shù)據(jù)價(jià)值發(fā)現(xiàn)模型：

· 通過(guò) AI 深度學(xué)習(xí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗之后進(jìn)行訓(xùn)練，定期進(jìn)行一次學(xué)習(xí)得到最新的 AI 數(shù)據(jù)價(jià)值發(fā)現(xiàn)模型；

· 模型進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、訓(xùn)練、之后得到價(jià)值發(fā)現(xiàn)模型，進(jìn)行模型推斷、價(jià)值挖掘，最終形成 AI 價(jià)值指數(shù)。

DApps 部署、發(fā)布需要 NUC 幣，每次被調(diào)用資源需要支付 NUC 手續(xù)費(fèi)。調(diào)用資源需要支付 NUC，價(jià)值互換通過(guò) NUC 來(lái)結(jié)算。第一代產(chǎn)品應(yīng)用例子：食品安全溯源 QS360.com、供應(yīng)鏈金融錢到到 Caimomo.com.cn、農(nóng)產(chǎn)品 B2B 集采通平臺(tái) 91nongye.com、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) suniot.com。NUChain 將在近期推出區(qū)塊鏈智能手機(jī) NUCPhone，DApps 上線后計(jì)劃推出第二代產(chǎn)品：食品安全鏈 FSC，綠歷商城 Greenmarket。

未來(lái) DApps 應(yīng)用將包括綠歷商城、供應(yīng)鏈金融、健康管理、智能家居管理、質(zhì)量安全溯源、區(qū)塊鏈餐廳、區(qū)塊鏈溯源等等應(yīng)用生態(tài)，可無(wú)限擴(kuò)展。