• BGP 是管理互联网的主要协议，设计于30多年前，如今已不再适用。
• SCION 互联网架构提供了成熟、稳定的替代方案。
• SCION 采用“形式化验证”以确保稳定性，并消除了使 BGP 存在问题的循环依赖。
新冠疫情暴露并加剧了社会对数字通信的依赖。为支持视频通话的激增使用，全球网络迅速扩容，互联网带宽在2020年增长了35%。WhatsApp、Zoom 等通信应用也在不断升级和强化，以便在互联网上提供更高效、更安全的服务。
这些努力无疑有助于确保流畅的互联网体验，但互联网可用性的一个核心威胁依然存在，隐藏在数字基础设施的深处。
互联网的薄弱“环节”
边界网关协议（BGP）负责协调超过70000个不同网络之间的连接，这些网络共同构成了我们所称的互联网这一单一全球通信基础设施。事实表明，BGP 是互联网中最脆弱的部分之一。虽然大多数每周数百次的中断由 BGP 故障引起，但它们大多未被察觉，因为通常只影响一小部分用户；不过，大范围的长时间中断并不罕见。
例如，在2020年，一起重大事件影响了美国服务提供商 Cloudflare，持续了七个小时，导致全球流量下降3.5%。该事件由一个微不足道的配置错误引起，说明了区域路由器中的小故障如何引发俗称的“蝴蝶效应”，从而导致互联网大范围连接中断。此类中断给企业带来巨大成本，并对依赖互联网提供关键服务的机构造成严重影响。
鉴于互联网的关键性质，一个重要问题是：我们为何会依赖如此不可靠的基础设施？答案出人意料地简单：BGP 在设计时并未考虑到当今全球规模和互联网络的数量。该协议以“两张餐巾纸协议”之名广为人知（因为它是在休息时间于自助餐厅里构思出来的），BGP 的创建是为了支持上世纪80年代末规模小得多的互联网之间的互联。过去30年间，它大体正常运行，给人一种稳定的错觉。要实现可靠通信的强有力保障，我们需要 BGP 无法提供的更强属性。“两张餐巾纸协议”（因为它是在休息时间于自助餐厅里构思出来的），BGP 的创建是为了支持上世纪80年代末规模小得多的互联网之间的互联。过去30年间，它大体正常运行，给人一种稳定的错觉。要实现可靠通信的强有力保障，我们需要 BGP 无法提供的更强属性。
稳定且经过验证的替代方案
苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）一直致力于研发取代老化的 BGP 的现代方案。下一代 SCION 互联网旨在即使面对重大中断甚至黑客攻击时，也能被证明是稳定的。所谓“可证明”，是指我们的研究人员借助最先进的软件，运用“形式化验证”来构建 SCION 稳定性的数学证明。借助形式化验证，可以对复杂的交互式协议进行数学推理，并证明其结果的相关论断。由于 BGP 的设计方式无法从总体上保证稳定性，因此这一任务对 BGP 而言是不可能完成的。
此前尚无研究项目将形式化验证应用于整个互联网架构，但我们并未止步于此。我们进一步使用代码验证，以证明 SCION 的路由器经过正确编程，能够执行该协议。虽然协议验证和代码验证这两种工具过去曾分别使用过，但从未在如此复杂的系统中结合使用。
打破循环
据估计，数字经济在2019年占全球GDP的4.5%至15.5%之间，并且此后仍在增长。此外，比利时一家主要互联网服务提供商近期遭受的攻击表明，许多政府机构对互联网通信的依赖程度有多高。
与其他关键基础设施和公用事业一样，互联网的运营和保护也应当格外谨慎。例如，电力网络通过精心设计的应急预案来防范故障。在该领域，此过程中的关键环节是依赖关系分析，它能够揭示可能阻碍停电后恢复供电的循环依赖。最重要的是，电网必须能够“黑启动”，即从完全断电中恢复——尽管矛盾的是，许多发电厂自身也需耗电来发电，因此启动时需要外部电源。
互联网也应具备类似的功能：在大部分网络断开连接后，连通性的重新建立最多只应花费数秒。遗憾的是，对于 BGP 而言，旨在保护参与网络免受外部干扰的安全扩展本身会产生循环依赖：它们需要互联网连接才能实现安全的互联网连接！此类依赖还会进一步减缓上述中断后的恢复速度。
我们对 SCION 各组件相互依赖关系的分析表明，从黑启动开始，整个互联网的全面连通可在数秒内实现。参与 SCION 协议的网络仅从基于本地密码学的信任根出发，即可发现并认证通信路径，从而迅速实现安全的互联网路由。这是通过一个称为“信标”（beaconing）的过程实现的，在该过程中，不可伪造的消息从可信根源发出，并在各网络之间传递。
下一代互联网
通过形式化验证和依赖关系分析，我们对 SCION 的运行稳定性和安全性有着深刻信心，这种信心超过了对任何其他互联网架构的信心。在我们忙于设计和分析 SCION 的同时，也致力于将这些创新带入现实世界。如今，已有七家互联网服务提供商提供 SCION 连接服务。
世界经济论坛在网络安全领域做了哪些工作
网络安全中心为各方领导者提供了一个可信赖的平台，共同理解不断演变的网络风险及其系统性影响。该中心致力于在日益互联的数字世界中建立理解与信任。
通过推动跨领域合作与洞察共享，该中心帮助合作伙伴增强网络韧性，应对需要集体应对的挑战。
随着疫苗在全球推广，我们有望很快恢复实体互联的生活方式。然而，疫情加速推进的许多创新将会长期存在。SCION 互联网架构为这些创新提供了安全可靠的基础，其经过形式化验证的运行机制——不存在循环依赖——以及不断增长的实际部署规模，使其成为当下的可靠基石。
