中国工程院院士张平：构建“许可web3.0”,发展中国自主元宇宙

信息时间：2023-02-02 信息来源：中国自动化学会通讯第12期

中国工程院院士、北京邮电大学教授、网络与交换技术国家重点实验室主任张平出席2022中国自动化大会，并作题为“构建‘许可web3.0’，发展中国自主元宇宙”的报告。

他指出，发展我国元宇宙的精髓在于以“灵境泛在互联”为抓手、先进网络系统为基座，建立“智简”自主创新体系，构建元宇宙架构。与传统互联网不同，元宇宙是以网络化广义虚拟现实应用为情境，融合网络通信、新型交互、数字孪生、区块链、人工智能等多种新技术而产生的Web3.0互联网应用环境。基于Web3.0，“灵境协同”能够拓展虚拟世界与真实世界的无限域界，具有实时性、沉浸式，高敏感、超真实等本质属性。元宇宙不仅包括数字化的物理世界、多维度虚拟世界的延伸，而且涵盖了具有高度智慧能力的智能体合集，是“境”与“灵”的统一体。

元宇宙这个词，从1992年《雪崩》的小说里，穿越近30年的时光，在2021年开始火爆了起来。如今，这个概念穿越阶层与领域，走入了大众的目光中。

一、 元宇宙的概念及意义

四大名著中的《西游记》对未来的幻想描述得淋漓尽致，和现在元宇宙的理念非常切合。孙悟空就相当于“元”，它有四个方面的变化。第一是千里眼，现代的电视就已经实现了这个幻想。第二是顺风耳，现在的电话和手机也已经实现。第三是十万八千里，现在的飞机也实现了这个幻想。唯一没有实现的就是“七十二变”，因为它除了真身以外，其它的变换经过渲染都变成了另一个幻想的世界。所以我们可以认为孙悟空是元宇宙真正的起源，对于上天入地，造化变形这些对未来各种场景玄幻的概念，在古人的眼中已经进行了很好的阐述。

1992年，科幻小说《雪崩》描述了这样一个世界：一个比地球还要巨大的元宇宙世界，这是一个互联网技术和虚拟现实技术而创造出来的虚拟世界。如果说的《西游记》是一个思想上的产物，到了《雪崩》便是一个技术上的产物，互联网技术和虚拟现实把思想变成了技术。

2021年Facebook改名Meta，转型元宇宙，马克·扎克伯格未来的世界是虚拟世界与现实世界的融合，这是具有划时代意义的一次更名。



图1 元宇宙历史起源

上述三件事件，如图1所示，从人类远古神话、互联网时代，到现代化，是一个逐步发展的过程。这种发展过程，从技术角度上看，就是早期的互联网时代，如图2所示。互联网时代，形成了一个基本的网络化构建人际关系社区的功能。例如，交互和娱乐是元宇宙最早的雏形，在互联网中每个人可以找到自己感兴趣的东西。到了后期发展，就进入了移动互联网。由于4G技术的普及，移动互联网成为了现实，人们可以在任何时间，任何地方，和任何人进行交互。人是网络的连接者，互联网将单个个体直接连接起来了。随着5G的到来，人、机、物之间实现了互接，此时进入了数字化时代。因为人是具有意识的，所以，可以通过数字化的手段进行思想的交互。而物是一种静态，对于静态物体的感知，需要借助5G的强大功能。随着5G的普及，出现了更多的技术，例如，IOT、物联网、人工智能、区块链、云计算、大数据、边缘计算等。所以，数字技术在经济社会各个方面的拓展使得元宇宙的诞生水到渠成。《西游记》描绘的那些遥不可及场景，到未来肯定可以一一实现。



图2 元宇宙技术起源

那么该如何实现呢？元宇宙的定义，是虚实相生和人机合一两者相统一。在真体、软体和虚体之间进行切换、替换和扮演的循环的过程。从技术的角度上看，真体来自于现实世界的客观物体，软体是虚拟世界中的镜像世界，它是现实数字化的孪生体。从机器的角度和从网络的角度看，也就是原来真实世界的镜像。虚体是不以现实世界为摹本创造的物体，可以进行不以现实世界为物本的创造的世界。两个世界，三个不同形态的转换便是元宇宙的架构。

从科学上来看，元宇宙由三部分组成，如图3所示，分别是具身认知，离身认知和分身认知。在发展元宇宙过程中，经济系统与物理系统是平行而存在的。在经济学上，这种经济系统在未来可能是的一个增量的系统。它能为我们产生很多的经济价值，所以人们才会热衷于研究它。物理世界的开发是以土地、资源、劳动力等给人类带来经济效益。未来，元宇宙将慢慢替代这种方式，为人类的经济提供一个新的发展势能。



图3 元宇宙内涵

元宇宙是人类进化阶段的一个重要分水岭，如下图所示，其催生了现实世界与虚拟世界并存且融合的新人类的文明。这种前所未有的连接将改变人类生存方式。这种连接是现实世界与虚实世界的连接，是智能上的交互，这种交互会对我们带来一种精神上的享受。在虚拟世界中，存在一个与人类一样的这种高级的智能体，而人是一个有思维、思考的能力的高级智能体。在未来虚拟世界里，这种高级智能体并存于客观物理世界，能够替人去做决策，智能体两者之间需要通过一定的介质，但是如何构建这种智能体是一个非常重要的问题。所以，这种将虚实世界史无前例的融合将改变世界的发展，声势浩大的变化将改变普世价值观体系。



图4 发展元宇宙之重要性

国家安全体现在改变国家间的合作和竞争范式，使其出现新型国际政治意识形态。在虚实世界中，主观世界相互作用于有意识的高级智能体之间，这种作用有它自己的价值主张。人类通过制造、学习后便逐渐成长，进而影响政治、经济、网络文化安全。所有的东西都应该有话语权，话语权是标准的制定，但是元宇宙是一个比较大的范畴，有公共制定的标准，同时也有私有的标准，要确保元宇宙意识形态和国家安全，我们就必须掌握元宇宙话语权和标准制定权。

社会发展方面，元宇宙作为网络虚拟化进程的最终形态，在浩瀚的宇宙中，哲学家、科学家可能还会不断的涌现出来，未来会产生更多高级的遐想，现在姑且认为它是虚拟化进程的最终形态，并将成为人类文明演化进程的重要历史性节点。在演变的过程中，可能会出现正反两个结果。坏的方面，彻底滑向虚拟化陷阱，成为人类依赖的数字空间。好的方面，与现实社会耦合增强，对现实社会有益补充。

要防止步入元宇宙发展陷阱，我们需要注意以下三个方面。首先是防止知识的停滞，元宇宙所有的生成知识是已知的。其次是防止确定的世界，元宇宙数字化程序无自然随机性。最后是防止探索的缺乏，当元宇宙演化成安乐的漩涡，我国社会将陷入漫长的虚拟化陷阱，人们都将沉浸其中法自拔。 

经济的繁荣以网络通信为基础，以各类虚拟现实应用为承载，融合新型交互、数字孪生、人工智能、数字内容创作、区块链等多种技术而构建的新型社会经济系统。我国经济经历了三个阶段，如图5所示，一个是规模经济，和我们手机一样，它满足了人类的需求，基本的模型就是固定的成本。发展到范围经济时，出现了互联网，此时实现了线上支付和线下交付的分离，经济变成了离散型的模式。到了分布式经济，数字资本与虚实共创进行了深度融合。未来的分布式经济，是直接垂直化的面向每个劳动者，真正实现了网络共治共享的阶段。元宇宙将会是推动实体经济与数字经济深度融合的助手，它将推动数字经济走向新阶段。



图5 多种经济

二、 国外元宇宙技术简析

美国元宇宙的产业链条除了基础设施建设、技术基座外，还包含金融支持的可信虚拟支付体系，以及USDT、Libra等支付方法。图6第一层是各种元宇宙的应用，元宇宙是为数字化时代提供一种“杀手级”的应用。因为5G是针对各个行业的不同需求而普及的，所以它没有“杀手级”应用。在各个行业里面，“杀手级”应用会很少，因为它要面对规模经济。



图6 美国元宇宙的产业链条

元宇宙基础设施包括交互和媒介终端，如图7所示。web1.0是在互联网上才发展兴起的，它是把人之间的交互，人和信息之间的交互，变成屏幕上的交互过程。但这种交互信息，在PC互联网时代，是单向阅读式的。到移动互联网时期，智能手机出现了。到了web3.0， AR、VR技术兴起。此时，算力承载各种应用半壁江山。云计算、区块链，加上算力网络、隐私计算和跨链的计算，构成了现在的区块链。这种区块链和国外的区块链可能有一定的区别，但总的就是把信息的形态，从原来的沉浸式、交互式、开放性逐渐的增强，达到元宇宙的状态。



图7 元宇宙基础设施

在基础技术底座上，理想元宇宙的技术底座应包含四部分，分别是大规模用户的持续在线、高沉浸感、高效的内容生产、和去中心化信息存储和认证技术。实现元宇宙1.0的八大元素，包括身份、社交、沉浸感、低延时、多元化、随时随地、文明、经济系统。在宏观的技术上，Web3.0 将是当前热议的元宇宙的底层网络架构。



图8 元宇宙1.0的八大元素

2014年，Web3基金会主席Gavin Wood发表博文《Web3.0 应该是什么样的》首次系统地提出Web3.0 概念。web3.0的定义是：在包括区块链技术等一系列技术推动下，变得更加去中心化、更加可信、更加安全的互联网。其定义比web2.0更高的，是一种更可信的构建。web3.0的愿景是用户掌握自己身份，数据资源、要素禀赋，从而实现自身经济的价值互联网。它的价值是打破平台垄断，推动广泛的、自下而上的创新，创造新业务模式和新市场，启动新全球数字经济系统。

web1.0到3.0之间的变化是逐渐去中心化的历程。web1.0是可阅读式的互联网。每个人都在网络中下载，因为网络中下行的链路数据非常多。到了web2.0，因为有了双向可写可读的互联网，此时，头条、腾讯抓住了机遇，赶上了web2.0。

元宇宙是web3.0之上的终极应用生态系统，web3.0构建的网络生态，可信地承载个人的社交身份和资产，以及个人在该社会经济系统中的资源禀赋，价值创造和价值实现，支撑起新的虚拟社会经济系统，如图9所示。



图9 元宇宙的应用生态系统

可以看出元宇宙和web3.0关系是非常密切的，从整体上看，元宇宙与web3.0处于重合状态，即web3.0的网络生态，非常匹配元宇宙的生态构建需求。从技术体系看，web3.0的技术特征需求，补全了元宇宙生态的底层技术支撑基座的拼图。从演进历程看，随着Web 3.0技术双向渗透打破“虚拟”和“现实”的界限，以及用户身份跨越Web 2.0时代大平台中心生态“鸿沟”，将催生极富想象力和创造力的元宇宙系统。

三、 我国元宇宙面临问题

我国实体经济与虚拟经济核心的场景，除了基础设施外，还有经济人的接入，也即预言机，如图10所示。实体经济与虚拟经济之间通过交互媒介、终端进行连接。总的来说，资本在元宇宙中会得到增值，资产增值以后就可以到现实世界中去兑现。



图10 实体经济与虚拟经济循环

元宇宙打通了虚拟和现实世界的桥梁，让虚拟世界变成了平行宇宙。区块链技术由于其天然的去中心化价值流转特征，将为元宇宙网络虚拟与网络空间无缝契合的支付和结算系统提供手段和工具。

元宇宙代表着一种主流的互联网经济体验模式，在国内外已经形成了产业生态，并成为了一个增量市场。元宇宙涉及到国家的政治、经济、社会、文化、法律、意识形态、网络主权等核心利益。而目前国际社区基于纯软件协议构建的web3.0在可信、可管、可控方面存在隐患，其“去中心化”的核心思想给我国网络监管带来难题，基于美元的支付体系也会形成新的经济垄断。我国的元宇宙目前还处于初级阶段，缺乏整体性规划。是继续“借船出海”，还是自主构建核心技术体系，这是我们必须做出回答的战略问题。

刘鹤副总理提出“加强网络信息技术研究。确保网络技术体系可控性，加强人工智能技术研发，重视区块链、数字货币等技术创新”的要求。我国必须主动开展元宇宙基础设施关键核心技术攻关，避免出现我国成为元宇宙的全球最大数据生产国，而美国主导全球元宇宙技术标准和规则的局面。

数据的所有权和主权等概念正在受到挑战，如图11所示。与其试图确定谁“拥有”数据，更重要的是谁有权访问、控制和使用数据。调和与国家领土相联系的国家主权传统概念和数字空间中数据流动的无界性、全球性和开放性方面存在着巨大困难。



图11 元宇宙的数据驱动

分布式经济由多个具有对等地位的行为主体共建的一个社会网络，按照预设的激励机制和治理规则，自发地进行社会分工，给予数据贡献者合理的回报，形成良性的数据分享协同机制。但目前需要解决的问题是如何构成多样化的自组织，促进经济形态扁平化，打破网络资源天然垄断，同时确保可管可控，实现人民共同富裕。

数字货币（DCEP）不同于物理货币，它是基于密码学并由计算机程序产生的。数字货币相比传统物理货币具有不可造伪、点对点快捷交易、流动方便的特点。目前的数字人民币无法在区块链流通，无法被智能合约自动激活使用。如果数字人民币上链解决以上问题，但也带来对区块链的定制化的需求。

增强数据、算力等生产要素、是畅通我国数字经济双循环的需要。我们既不能全盘照搬脸书、谷歌等欧美内容主导的元宇宙，又要高度警惕隐形美国版元宇宙。只有构建中国自主可控的元宇宙技术标准体系，才有可能以安全的数据要素为核心，分享数据价值。未来数字经济将与人民币紧密结合，真正发展中国自己的“双链”经济体系。我国必须引领世界元宇宙科技发展前沿，打造完全自主可控的中国元宇宙基础设施与生态环境。

四、 我国发展元宇宙方向

能够形成元宇宙应用的关键是构建许可的技术底座和支付体系，以及各种元宇宙的应用。总的来说就是要去中心化，建立许可Web3.0的核心，构建“许可软硬件web3.0”元宇宙核心技术和标准体系。基础设施、技术底座、支付体系、典型应用，这是我国的元宇宙体系架构，如图12所示。另外，典型的应用还有消费元宇宙和工业园宇宙。



图12中国式元宇宙体系架构

中国在基础设施方面有深厚积累。在通信网络方面，我国在5G时代确立了全球主导地位。针对6G研发，“十四五”规划明确提出要前瞻布局6G网络技术储备，形成了产学研用共同参与的完整的6G研发体系。在算力算法方面，我国科研机构构建的算力网络可以支撑灵境泛在互联的实时计算需求，实现通信、网络与计算的高度协同，实现去中心化和系统可控之间的平衡与转化，支撑国家内外双循环的大战略。在交互媒介与终端方面，我国在传统AV/VR接入设备方面有长足的进步；在脑机接口等相关技术方面某些已具有国际领先水平，可以换道超车研究实现面向未来元宇宙需求的脑机接入解决方案。

未来能够形成的科学问题，就是“灵境”互联。20世纪90年代初，钱学森就对虚拟现实有过展望，起了一个很有“中国味特浓”的名字—“灵境”，如图13所示，并指出灵境技术等能“扩展人脑的知觉”，预见到人机深度结合将对人类社会带来的深层变革。



图13 元宇宙的“灵境”

灵是能够理解人类意图的高级智能体，适应、改造甚至创造环境。境，就是物理世界，进行虚拟数字化的过程，人机物构成了一个网络的生态，如图14所示。



图14 “灵”与“境”

中国版web3.0基座是感、通、算、控一体化，如图15所示。其预期期望是实现一套元宇宙基础设施使能技术平台，建设感通算控管一体的信息基座，支持泛在环境精准感知、信息高效传输、协同高速计算、安全可信可管，支撑数字健康医疗、虚拟测试等典型场景。



图15 中国版web3.0基座

技术与金融结合将促进元宇宙支付系统的发展，当金融参与元宇宙后，元宇宙的市场便进入了数字化阶段。元宇宙的核心理念之一是基于区块链上代币激励的去中间商扁平经济，我国应大力发展具有中国特色的“许可Web3.0”的理念。中国人民银行可考虑在自主开发的许可区块链上发行链上数字人民币，使数字人民币上链流通，支撑自主可控的“许可Web3.0”产业。而链上数字人民币将作为链上唯一价值流通代币，应禁止任何其他实体和个人在许可链上发行其他数字货币。

 未来，6G 不仅包含5G 涉及的人类社会、信息空间、物理世界的人、机、物这3个核心元素，而且还包含第四维元素—灵（Genie）。Ubiquitous-X架构将6G时代的信息交互、处理引入新发展，从而将UC2上升到UC4。

五、 建议及总结

我国元宇宙需要在基础理论、核心技术、重大应用三部分上着力发展。对这种高级智能体如何构建，如何表征和处理，意识如何来分解，我们需要制定构建详细的技术发展路线与技术底座体系，如图16所示。只有达到理论与实践的统一，才能形成真正的消费元宇宙和产业元宇宙。

针对我国的发展，有以下几点建议举措：一、解构用户需求夯实底层基础；二、重塑应用场景拓展新兴模式；三、颠覆理论框架变革发展方式；四、包容审慎创新敬畏行业规律。



图16 技术基座

中国式现代化、新发展理念核心内容，关乎国家安全、经济繁荣、社会进步，庞大的用户基数与社交群体，加上我国在人工智能与后端基建能力的技术优势，中国社会经济新形态会加速形成。未来，研发中国式元宇宙，掌握系列核心技术，将助力实现中华民族伟大复兴的伟大梦想！

（本文刊登于2022年《中国自动化学会通讯》第12期）

作者简介



张平

中国工程院院士

北京邮电大学教授

张平，中国工程院院士，北京邮电大学教授、博士生导师、网络与交换技术国家重点实验室主任，鹏城实验室宽带通信部主任，中关村泛联移动通信技术创新应用研究院院长，中国电信研究院名誉院长，《通信学报》主编，IEEE Fellow等。长期致力于移动通信理论研究和技术创新，担任IMT- 2020（5G）专家组成员、IMT-2030（6G）推进组咨询委员会委员，先后获国家科学技术进步奖特等奖等多项奖励，为我国自主技术成为国际主流做出了基础性的贡献。目前研究兴趣聚焦在语义通信和语用达意网络。