解密互联网重启谜题——下一代DNS,筑牢数字经济重要网络根基
毛伟
互联网域名系统国家工程研究中心主任
1、“中国接入互联网是从羊肠小道接进来的,不是八抬大轿接进来的”。
2、全球共有1500多个顶级域名,中国拥有管理权的仅占3%左右。
3、DNS对上要支撑数字经济的发展,向下要对接信息网络的升级。打造下一代DNS,筑牢数字经济的重要网络根基。
“致未来•C-Talk”做这件事情已经做了快4年13期了,为我们国家科学的普及做出了很大的贡献,我很高兴有机会贡献一点点自己的力量。
《流浪地球2》热播以后,我特意做了调研,大家对《流浪地球2》里的哪几个问题比较感兴趣,其中包括根服务器,“北京基地”到底在哪里?互联网是不是像电影中所说的能够重启或者关闭?重启互联网的密码是不是真的存在?量子计算机到底算的是什么?我将分成六个部分来把这几个问题讲清楚。
首先,跟随我走入中国互联网的诞生地。
1994年4月20日,中国互联网的第一根国际专线64K连入了国际互联网,把中国带入了互联网时代,中国成为国际互联网大家庭的第77名成员。这个背后有什么故事?这个“77”到底是怎么来的?在1994年的第二季度,国际互联网协会(ISOC)发布报告称,本季度实现互联网全功能连接的,标成红色的有71到77。所以,中国到底是第几个国家接入互联网的,实际上并不清楚,就是在71到77之间,我们说我们是77没有问题,不会影响别人。
TCP/IP全功能连接在那时还只是电子邮件连接,在1994年4月20日,中国才实现了全功能连接。现在看互联网连接好像很简单,但是当时并非如此。中国互联网的开拓者胡启恒院士曾说:“中国接入互联网是从羊肠小道接进来的,不是八抬大轿接进来的”。现在在政策方面和技术方面,西方卡我们脖子,那个时候也是有很多禁运,很多老同志都知道,中国克服了很多技术上的限制,才接入了互联网。
还有一个小细节,刚才提到64K,如果这个基础设施只有64K能做什么?现在我们家里的网络起码是千兆、百兆的规模,但是当时,中科院、北大、清华这几家连在一起,这么多科技人员用的网络是64K。我当时用网络的时候在干点什么?网上下载一篇文章,FTP传一个文章,半夜的时候中断了,还要半夜接着传,白天不能传,因为用的人更多。互联网基础设施不好的时候,会严重影响到互联网的发展,所以我当时就参与了互联网基础设施建设的工作。
网络连入以后要有域名,1994年5月,我们国家的.CN域名,就是国家域名从国外搬到了中国,搬到了中科院计算机网络信息中心。1997年,设立了中国互联网信息中心来管理域名,我是中心的第一任主任。我当主任时做了一件我引以为傲的事,就是把.CN域名做成了全球最大的国家顶级域名,让我国的主流域名,就是注册量最多的域名从.com变成了.CN。有人会问:“这个有什么意义?域名能用就行了”。实际上,这背后还有网络安全的问题。比如说注册域名都是注册的.com,所有网络的访问通断都是要靠.com域名的解析完成,所以你的网络访问就会依赖于国外的域名服务器,这是一个重要的网络安全隐患。
第二,互联网三层体系架构。
互联网的体系架构分为三层,最下面是物理设施层,包括网络设备、带宽等;最上面是互联网应用层,物理设施层有点像高速公路,互联网应用层是丰富多彩的网络应用,就像跑在高速公路上的汽车;中间一层叫互联网基础资源层,这个可以比喻为导航系统,车要在网上跑,必须要导航系统来导航,这个导航系统就是域名系统、路由系统,我们常说的根服务器、顶级域名都在这一层,所以也把这一层比喻为网络根基。
域名解析的过程到底怎么样?怎么来查一个域名?怎么来查一个地址?一个网络用户要访问JD.com,不管在浏览器上访问还是打开APP点击京东,都要经过这个过程,首先要去本地查一查有没有缓存,没有缓存就是递归域名服务器,递归域名服务器在运营商那里,从根到顶级,到企业级,一级级查,最后才能查到JD.com这个域名,服务器指到什么地方,是分步的查询过程。
第三,断网会成为现实吗?
国际形势变幻莫测,我们的域名、也就是DNS也遇到了新的挑战。我总结了“三断”,就是断根、断服、断供。根、顶级、企业级,根不让你查了,这就是断根。.CN国家域名在根里面被删除了,这也是断根。停服是什么?比如注册的JD.com这个域名,第二级不让你查了,这是停服。断供是什么?查域名需要有一系列基础软件,这个软件设备不让用了。
那么,这些威胁是否存在?中国没有根服务器,全球一共有1500多个像.com这样的顶级域名,中国拥有管理权的仅占3%左右。还有域名用的基础软件,绝大部分也是用的境外的,威胁确实存在,中国需要更安全的网络根基。
“断根”的风险也依然存在,全球有13个根,美国有10个,欧洲有2个,日本有1个,中国1个都没有。因为当时在分根这个资产的时候,中国还没有加入,等我们加入的时候已经分完了。为什么分完了?因为IPv4,UDP报文的大小是受限制的,512字节,把根的地址写进去,再多的话写不进去、装不下,所以就没有中国。
没有的话应该怎么办?我们运行了一个镜像,对于老百姓来说没有差别,也能提供解析服务。但是镜像的问题是我们没有管理权,只能给他提供托管服务,连个密码口令都没有,这就叫镜像。我们遇到问题没有?去年俄乌冲突,有一个在互联网界影响力很大的事情,就是乌克兰的副总理跟国际管根服务器的机构ICANN提了一个要求,他说你们要制裁俄罗斯,把俄罗斯的国家域名.RU删掉,但是ICANN说,ICANN的职责是保障互联网畅通的,不是关闭的,没有卷入政治,拒绝了乌克兰的请求。
“断服”就是顶级域名把你关掉,断根目前还没有发生过,但是断服确实发生过。前年,美国政府把30多个伊朗的域名停了。美国是什么理由?美国说这个网站发布虚假信息,所以给你断掉。谁来判定发布虚假信息?是美国政府,为什么它有这么大的权利?美国政府控制了.com域名的注册机构,也就是美国的上市公司VeriSign,该公司当时听从美国政府,美国政府说谁发布虚假信息,该公司就马上把谁的域名关掉,一下子就关了30多个域名。如果都用的是.com的域名,美国可以根据他的想法把你断掉。
第四,应对挑战,我们怎么做?
根据刚才提到的内容,还是在断根、断服、断供这三个层面解决问题。
“断根”怎么解决?很直观的一个想法就是,中国没有根服务器,我们就申请一个。我们最开始也是这么做的,刚才说IPv4报文限制增加不了,现在是IPv6了,经过认真测算,IPv6以后,根服务器可以增加到27个,中国是不是可以申请?我们按照这个思路申请了,发现效果不好,很难得到既得利益者的支持。
怎么办?得不到,可以把它变得不重要。怎么不重要?我们说每个人要查根服务器,但是可以把根服务器的数据取下来放到本地。根服务器的数据量并不大,只有2兆,就是1千多条记录,全球1千多个顶级域名。把它取下来放到本地,根区数据备份,让运营商存起来就可以把这个问题解决掉。
谁再要断我的根,能断吗?断不了了,我可以通过这个方式让国内通起来。但是国际互通怎么办?我们要想办法,用共识根或者别的技术,把这些技术推进到全球,断根的时候,让国际上也能够互通。谁要断我们根的时候,我不相信全世界的国家都想跟我们断掉,肯定还有很多国家愿意跟我们通,有一套技术让大家在全球可以互通,这些都是下一步需要发展的。所以要推动技术升级,推动根服务器的演进。
“停服”怎么解决?很简单,.com要停,我注册一个中国能控制的域名,注册.cn。还有就是直接注册顶级域名,直接在根服务器里面,不直接受任何一国政府控制,类似这样的方法就可以解决所谓的断服问题。
“断供”是国家工程研究中心正在做的事情,我们开发了一系列系统软件,软件的指标与国外的软件指标相比,在安全性、性能、智能化方面更好。
第五,发展下一代DNS,重塑网络根基。
未来该怎么办?要应对挑战,也要抓住发展的机遇,发展下一代DNS,重塑我们的网络根基。DNS在互联网三层架构里处于中间一层,中间一层向下要对接信息网络的升级,对上要支撑数字经济的发展需要,所以我们要打造下一代DNS,筑牢数字经济的重要网络根基。把DNS这三个字母拆一下,D就是网络空间,构建开放、包容、公平、合理的网络空间命运共同体,这个网络要大家都安全才叫安全,所以要有一个开放、包容、去中心化的结构;N是基础资源,要掌握更多的关键基础资源,网络才能更好地发展,现在国际上开放了顶级域名,像大企业、大机构应该抓住机会申请更多的资源;S是技术系统,我们的技术系统要面向新的技术发展,要数据赋能、全面感知、安全传输、智能分析、精准决策,让网络更安全、更高效、更智能,这就是我们想的面向未来,要发展下一代DNS,重塑网络根基。
第六,解开互联网重启四大谜题。
谜题一:这个基地在哪里?基地就在中科院计算机网络信息中心,.cn域名的服务器就在中关村的这个院子里。电影里的“北京中心”有一个CN的变体,那就是CN服务器的意思。
谜题二:互联网是不是可以像电影里面断网和重启?对中国来说,通过断根做不到让中国网络不通,我们把根服务器2兆的文件存下来就可以了。全球能不能?假设这13个根的管理者都把根服务器断掉了,全球1千多个镜像服务器也断掉了,网络确实可以断掉,但这个需要太多的假设,现实中很难发生。
谜题三:密钥存不存在?还真有这么一个密钥,这就是根服务器的密钥。因为根服务器有公钥和私钥的机制,大家要认他,把数据文件、域名解析文件签署,这才是它发的。否则的话,别人有根区文件做假,就影响互联网的安全了。根服务器有一个密钥,密钥是放在密码机里面,密码机放在美国东部和西部海岸的两个IDC里面。假设东西海岸同时遭到攻击,密钥损毁了怎么恢复?全球一共有7个人,其中一人就是中国互联网络信息中心的姚健康博士,他也掌握了这个密码。这7个人里有5个人,就像图恒宇一样拿着这个IC卡,把IC卡插到密码机里,就可以自动把根服务器的私钥恢复了,根服务器就可以重新运行了。这个事情从来没有发生过,因为不大可能东海岸、西海岸密钥的加密机都坏掉。
谜题四:量子计算机里面大量的数据是什么?我们分析了一下,实际上就是域名的解析数据。所以在恢复了以后,整个域名提供解析了,网络就重启了。
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