2023基于分布式信任基础设施的新一代互联网体系结构白皮书-清华大学_39页_1mb

基于分布式信任基础设施的新一代互联网体系结构白皮书（2023年版）总结

互联网自ARPANET诞生以来已发展50余年，用户规模从百万级增长至44亿，应用场景覆盖军事、经济、社会等领域。然而，传统体系架构设计缺乏信任基础，导致安全威胁频发，如源地址欺骗、DoS攻击、路由劫持等。随着物联网普及和网络攻击数量激增，现有技术难以满足开放网络环境下的真实可信需求。为此，需构建以分布式信任基础设施为核心的新型体系结构，实现信任建立与高效传递。

区块链技术因其去中心化、不可篡改和公开透明的特性，成为解决互联网信任问题的关键。该技术可为真实存储（通过区块链存储数据哈希和索引）和真实计算（通过智能合约确保计算流程可信）提供底层支撑。分布式信任基础设施需包含四个核心模块：分布式共识、真实存储、真实计算和分布式数字身份。同时需构建安全可信的互联网协议栈，以实现系统级信任保障。

现有技术基础方面，区块链共识机制存在性能与扩展性挑战。传统PBFT等协议依赖领导节点，易受网络不稳定影响；异步BFT虽具备更高吞吐量但存在较长延迟。真实存储技术通过结合区块链与可验证数据结构（ADS），缓解全节点存储压力，但需权衡安全与存储开销。真实计算结合多方安全计算、联邦学习和可信执行环境等技术，但面临效率与隐私的平衡问题。分布式数字身份（DID）技术通过区块链实现去中心化身份管理，已应用于金融、医疗等领域，但需解决跨域协作与隐私保护问题。

面临的挑战主要体现在三方面：稳定性方面，分布式系统需抵抗网络攻击（如DDoS）并提升链路容错能力；安全隐私方面，需在信任传递与数据隐私间取得平衡；可扩展性方面，需应对大规模数据存储、复杂计算和高并发场景的性能瓶颈。

应用案例展示了两种具体实现方式：

1. 层次化域间源地址验证（SAVA）：通过动态密钥共享和时间同步状态机生成加密标签，分层验证源地址真实性，可兼容IPv4/IPv6，并降低部署复杂性。在实验测试中，其处理延迟低于同类方案，支持高速转发路径检测。
2. 轻量级转发路径验证（MASK）：采用概率性验证机制，路由节点仅需执行简单认证操作，优化计算开销，同时通过逐流统计实现丢包和重放攻击检测。其方案在计算开销、通信效率和部署灵活性上均优于现有EPIC、PPV等技术。

未来需推动分布式信任基础设施的标准化、关键技术攻关（如高效共识算法与隐私保护技术）以及实际应用测试网络建设。此外，该技术还可拓展至金融、公共服务、元宇宙等新兴领域，为Web3.0等去信任化场景提供底层支撑。总体目标是构建安全、开放且可扩展的互联网体系结构，解决信任缺失问题，促进网络应用的可信部署。

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