作者:袁芳 许悦 来源:中国科学报 发布时间:2018/4/17 9:05:50
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为了中国互联网的明天——
记北京交通大学教授张宏科科研团队

 张宏科(右二)在与团队成员讨论问题。

■本报通讯员 袁芳 见习记者 许悦

人生是有选择的。

1994年,张宏科博士后出站选择留在北京交通大学任教,就是选择了一份教书育人的责任;选择在下一代互联网互联设备国家工程实验室任职,就是选择了一个报效祖国的使命。

由于现有互联网核心技术长期由西方国家掌控,对我国网络空间主权造成严重威胁。为此,张宏科和他的团队成员们决意构筑起未来20~30年可以维护国家网络安全、具有完全自主知识产权的新型互联网系统。该系统核心技术完全由自己掌控,摆脱别人的制约。在2018年召开的2017年度国家科学技术奖颁奖大会上,其团队的研究成果——智慧协同网络及应用,更是获得了国家技术发明奖二等奖。

从根源上找到现有互联网的技术缺陷

为什么上网的时候你会感到安全性很差,个人信息随时会暴露?为什么上网的时候你会感到移动网络“移动”不起来?为什么上网的时候你会感到网络很乱,充斥着虚假、诈骗信息?

专业人士告诉你,这都是由互联网原始设计弊端造成的。针对互联网的诸多问题,张宏科团队发现并凝练出互联网体系“网络与用户”“控制和数据”“资源与位置”的“三重绑定”特性,是造成其诸多弊端的本质原因。

互联网安全性差是最受用户诟病的缺陷。小到影响个人隐私,大到泄露国家安全机密。轰动世界的“棱镜门”事件让人深刻地感受到互联网安全的脆弱性。

“这和互联网的原始设计有关。” 张宏科告诉记者,网络用户传输资料、图像、视频的时候,这些信息流被转化为数据包,里面就包含着发送者和接收者的地址信息。对于精通IT技术的人,这个数据包就是透明的,他在任何节点上都能抓到数据包,从而知道它从哪儿来,到哪儿去。而且,对于用户来说,登录信息和所在位置信息捆绑在一起,只要用户一上网,其位置就是确定的,安全性又怎么可能得到保护?“你再怎么做防护,都是消极的应对措施。”

而“控制和数据绑定”“资源与位置绑定”的特性则导致了移动网络“移动”不起来、网速太慢、效率不高等缺陷。“这些原始设计的弊端让互联网长时间超负荷运转,难以承受越来越多的应用和用户使用,用户体验越来越差。因此,我们必须构建一个全新的互联网体系,以适应未来的发展需求。”张宏科说。

下一代互联网是什么样子

针对下一代互联网体系的构建,张宏科团队潜心研究了20余年,在国家两期“973”计划等项目的资助下,提出了以“两层模型”“三次映射”“四种标识”为典型特征的标识网络体系,发明了标识和映射机制,先天性地解决了现有互联网中存在的移动性、安全性、灵活性等难题。获得国内外发明专利授权58项,登记软件著作权16项,借助于“点标识”的理念与思想,主导制定了IEEE 1888、1888.2等核心国际标准,率先构建了未来互联网的蓝图。

“美国、欧盟等都在开展这方面的研究,但是,到目前为止,只有我们提出了比较综合有效的解决方案。可以说,在这方面,我们走在了世界的前端。”张宏科自豪地表示。

在张宏科的描述中,下一代互联网体系较好地解决了“三重绑定”的问题,网络的自我管理能力很强,呈现给用户一个安全、有序、快速、智能的网络世界。网民只要合法登记,就能享受到网络提供的各种优质服务。“当然,如果你违背法律,发布虚假信息,利用网络干违法的事情,扰乱社会秩序,警察也能很快找到你。”张宏科笑道。

在这个蓝图里,张宏科团队还把多种网络设计成一种网络,即“一体化标识网络”。他告诉记者,传统网络原始设计思想基本上是“一种网络”支持“一种主要服务”。这不但导致基础设施重复建设,也无法适应未来网络服务的多样性要求。张宏科团队发现,电信网的交换机和互联网的路由器工作机理非常相似,而且各种网络体系结构都可以划分为两个大的层面。因此,他创造性地提出,全新网络的总体框架应该是两层结构体系,即基础设施层面和普适服务层面。这种“一体化标识网络”不但能够实现在一种网络上支持多种业务,还大大提高网络的工作效率,简化网络的管理和维护,有效解决了传统体系中存在的安全、可控、可管及移动问题。

高校里做科研要有超前思维和韧劲

任何成绩的取得都非偶然,作为高校在基础研究领域取得的重大原创性科研成果,张宏科认为“这得益于对学科发展方向的超前把握和一股子韧劲儿”。

“2004年,我们手头的两个‘863’项目已经结题。张老师当时就提出,要集中精力做下一代互联网,也就是我们标识网络的先导项目。当时国内外还没有人做这项研究。我们还有些不理解。”团队成员、北京交通大学电子信息工程学院教授苏伟回忆道。

2005年8月,美国国家自然基金委发布了他们的GENI(全球网络环境革新)计划,其中提到,由于现有互联网的种种弊端,他们准备着力于“下一代网络”的建设。而此时,张宏科团队已经初步构思出全新的、两层网络体系架构。2007年,欧盟启动的新网络研究FIRE计划提出了“两层”网络体系。“看到这个消息,我们都很高兴,这也从侧面印证了张老师的准确判断。我们工作起来也更自信了。”苏伟告诉记者。

这种超前把握显然不是一时的“心血来潮”。它建立在对专业知识的扎实积累之上。“我们之所以能够提出全新的网络框架体系,正是基于对传统网络的透彻研究。过去的东西就是基础。只有了解透了,才能知道问题在哪儿、未来的方向在哪里、解决的方案是什么。不了解过去,就无法做到超前,更不可能超越。”张宏科说。

在张宏科看来,基础研究领域的任何重大成果都是十几年甚至几十年的积累。高校做科研,尤其是基础研究最忌讳‘跟风’,东一榔头西一棒槌,什么也做不长,形不成产业链,对产业发展也难以做出贡献。“科研没有捷径可走,凭的就是一股子韧劲儿。”张宏科说。

《中国科学报》 (2018-04-17 第8版 科创)
 
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