[论文解读] Metaverse Native Communication: A Blockchain and Spectrum Prospective

Hao Xu, Zihao Li+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2022

Blockchain Technology Applications and Security被引用 6

一句话总结

本文提出了一种原生区块链的元宇宙通信框架，支持加密的身份绑定寻址，摆脱对传统IP网络的依赖。通过利用区块链实现去中心化的身份与访问控制，并倡导专用频谱分配，该方法支持安全、可扩展且保护隐私的元宇宙通信，具备端到端加密和激励驱动的路由机制。

ABSTRACT

Metaverse depicts a vista of constructing a virtual environment parallel to the real world so people can communicate with others and objects through digital entities. In the real world, communication relies on identities and addresses that are recognized by authorities, no matter the link is established via post, email, mobile phone, or landline. Metaverse, however, is different from the real world, which requires a single identity belongs to the individual. This identity can be an encrypted virtual address in the metaverse but no one can trace or verify it. In order to achieve such addresses to hide individuals in the metaverse, re-mapping the virtual address to the individual's identity and a specific spectrum to support the address-based communication for the metaverse are needed. Therefore, metaverse native or meta-native communications based on blockchain could be a promising solution to directly connect entities with their native encrypted addresses that gets rid of the existing network services based on IP, cellular, HTTP, etc. This paper proposes a vision of blockchain, encrypted address and address-based access model for all users, devices, services, etc. to contribute to the metaverse. Furthermore, the allocation architecture of a designated spectrum for the metaverse is proposed to remove the barrier to access to the metaverse/blockchain in response to the initiatives of metaverse and decentralized Internet.

研究动机与目标

• 为解决当前元宇宙架构中缺乏原生身份与访问机制的问题，提出基于区块链的加密地址方案。
• 通过利用分布式账本技术实现基于地址的直接通信，克服传统IP网络在元宇宙中的局限性。
• 倡导为元宇宙服务和去中心化网络分配专用频谱，以支持低时延、高容量的无线接入。
• 通过集成抗量子计算攻击的后量子密码算法，确保元宇宙的长期安全性，抵御未来量子计算威胁。
• 通过在元宇宙基础架构中采用‘设计即合规’的方法，调和隐私保护加密与监管合规之间的矛盾。

提出的方法

• 提出一种元原生通信模型，所有实体（用户、设备、服务）均通过加密存储于区块链上的密码学安全地址进行标识，而非传统标识符。
• 利用区块链的不可篡改账本与智能合约，实现无需中心化机构的身份绑定、访问控制与服务发现。
• 引入基于区块链代币的动态激励路由机制，激励节点参与数据转发，尤其针对处于非活跃或休眠状态的节点。
• 倡导为元宇宙设计专用无线频谱分配模式，实现独立于现有蜂窝或IP基础设施的高效、低时延、可扩展的通信。
• 集成后量子密码学，特别是基于格的方案，以抵御未来量子计算对公钥基础设施的攻击。
• 提出一种频谱市场机制，支持频谱使用权的二次交易，提升资源利用效率，并支持运营商管理与自管网络部署。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用区块链技术设计一种去中心化、原生身份的元宇宙通信系统？
• RQ2 专用频谱分配在实现元宇宙服务低时延、可扩展无线接入方面发挥何种作用？
• RQ3 在节点可能处于非活跃或无响应状态的去中心化、加密元宇宙环境中，如何维持路由功能？
• RQ4 端到端加密对元宇宙中执法机构与监管合规有何影响？
• RQ5 后量子密码学如何保护元宇宙中加密身份所依赖的公钥基础设施？

主要发现

• 基于区块链的加密地址可作为元宇宙中基础的身份与访问机制，实现无需依赖IP或中心化认证的隐私保护型去中心化通信。
• 专用频谱分配对于克服当前无线容量限制、确保AR/VR与混合现实等元宇宙应用的可扩展、低时延接入至关重要。
• 基于区块链代币的动态激励路由机制可有效激励节点参与数据转发，即使其并非持续活跃。
• 后量子密码算法，特别是基于格的方案，是抵御未来量子计算对公钥基础设施攻击的必要手段。
• 区块链与加密寻址的集成引入了监管挑战，因端到端加密的存在，需主动构建‘设计即合规’框架，以平衡隐私保护与执法需求。
• 所提出的模型可实现自维持的去中心化生态系统，其中NFT可作为服务网关与所有权标识，支持可持续且安全的元宇宙经济。