區(qū)塊鏈安分布式計(jì)算平臺(tái)TEEX介紹

TEEX是一個(gè)安全的分布式計(jì)算平臺(tái)，是基于現(xiàn)有區(qū)塊鏈系統(tǒng)的第二層解決方案。TEEX為用戶、算力提供方、服務(wù)提供方提供了一套完備的激勵(lì)模型，建立了一個(gè)去中心化的、靈活易用的計(jì)算資源共享市場(chǎng)。

解耦和任務(wù)分發(fā)

不同于現(xiàn)有公鏈系統(tǒng)使用冗余計(jì)算和全局共識(shí)機(jī)制，TEEX采用基于可信執(zhí)行環(huán)境的可驗(yàn)證計(jì)算策略來(lái)保證執(zhí)行的完整性和不可篡改性。TEEX將執(zhí)行和共識(shí)層完全解耦開(kāi)，并且引入了任務(wù)分發(fā)策略，意味著計(jì)算者可以同時(shí)為不同的計(jì)算任務(wù)提供算力，保證了參與的計(jì)算者越多，TEEX網(wǎng)絡(luò)可以提供的吞吐量越高。

基于TEE的隱私保護(hù)

TEEX將任務(wù)執(zhí)行下放到鏈下的可行執(zhí)行環(huán)境（例如intel-SGX）中，從而通過(guò)硬件保證執(zhí)行過(guò)程中數(shù)據(jù)和控制流的隱私性。另外，可行執(zhí)行環(huán)境保證運(yùn)行在其中的程序可以被遠(yuǎn)程驗(yàn)證，并且允許建立安全通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密傳輸。在TEEX網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)計(jì)算者都需要擁有支持可信執(zhí)行環(huán)境的計(jì)算機(jī)，用戶需要在發(fā)送隱私數(shù)據(jù)之前鑒定計(jì)算者的身份。

原生執(zhí)行環(huán)境

TEEX提供了一個(gè)鏈下執(zhí)行環(huán)境，沒(méi)有額外的運(yùn)行時(shí)開(kāi)銷，可以支持接近原生的性能。由于執(zhí)行和共識(shí)的解耦，所以執(zhí)行過(guò)程可以立即返回，不需要等待鏈上冗長(zhǎng)的確認(rèn)時(shí)間。此外，我們支持分布式計(jì)算群組，以此提供優(yōu)于單點(diǎn)計(jì)算的性能。另外，我們提供基于TEE的通用開(kāi)發(fā)工具和接近原生的執(zhí)行環(huán)境，并提供完備的用戶庫(kù)。用戶可以利用C/C++進(jìn)行開(kāi)發(fā)程序，并運(yùn)行在安全環(huán)境中，就好像在原生Linux操作系統(tǒng)下一樣。

軟硬件兼顧的設(shè)計(jì)方案

在可行執(zhí)行環(huán)境的基礎(chǔ)上，我們利用了密碼學(xué)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)和執(zhí)行流的可驗(yàn)證性，從而保證了執(zhí)行的完整性。在TEEX網(wǎng)絡(luò)中，敏感數(shù)據(jù)只可能在可信環(huán)境中被解密，同時(shí)秘鑰被維護(hù)在TEE-DS（基于可信執(zhí)行環(huán)境的分布式存儲(chǔ)）來(lái)保證充分的隱私性。對(duì)于現(xiàn)有的針對(duì)可信執(zhí)行環(huán)境的攻擊，我們采用了一些軟件方法進(jìn)行加固。我們也利用諸如秘鑰分片的方式減少單點(diǎn)被攻擊的影響。

系統(tǒng)架構(gòu)

應(yīng)用層

主要包括應(yīng)用程序，為終端用戶提供功能接口，例如用戶端應(yīng)用、執(zhí)行器、任務(wù)分發(fā)器、錢包等等。我們會(huì)提供專門的TEEX軟件開(kāi)發(fā)工具來(lái)處理和TEEX網(wǎng)絡(luò)、區(qū)塊鏈以及可信硬件之間的復(fù)雜通信協(xié)議，并協(xié)助開(kāi)發(fā)上層應(yīng)用程序。

TEEX網(wǎng)絡(luò)層

主要包括大量計(jì)算者和任務(wù)分配器。計(jì)算者會(huì)運(yùn)行著受TEE保護(hù)的代碼，并負(fù)責(zé)隱私計(jì)算任務(wù)的執(zhí)行和維護(hù)。分配器用于接收用戶的計(jì)算任務(wù)并分配給相應(yīng)的計(jì)算者。我們提供了一個(gè)基于TEE的分布式存儲(chǔ)服務(wù)來(lái)協(xié)助處理私密數(shù)據(jù)（例如服務(wù)的私鑰）。

公共網(wǎng)絡(luò)層

主要包括公有區(qū)塊鏈系統(tǒng)，這里主要指公共的智能合約系統(tǒng)，例如以太坊。公有區(qū)塊鏈系統(tǒng)主要用于處理驗(yàn)證和結(jié)算交易這類公有共識(shí)部分。此外，考慮到公鏈存儲(chǔ)限制，我們也利用了一些公有存儲(chǔ)系統(tǒng)，例如IPFS。

TEE （可信執(zhí)行環(huán)境）

TEE（可信執(zhí)行環(huán)境）是計(jì)算機(jī)芯片中的小黑盒，可以保護(hù)運(yùn)行在其中的代碼和數(shù)據(jù)不會(huì)被任何外部軟件篡改和竊取，即便是高權(quán)限軟件（例如操作系統(tǒng)）。同時(shí)TEE提供了遠(yuǎn)程驗(yàn)證的功能，用戶可以主動(dòng)驗(yàn)證計(jì)算方的行為是否符合預(yù)期，這保證了計(jì)算者可以在不獲得任何私密數(shù)據(jù)的同時(shí)，提供有效的工作量證明。

另外TEE支持建立安全信道，保證在和用戶或者其他TEE通信時(shí)，數(shù)據(jù)都是加密的，無(wú)法被竊取。

完全隔離

可信執(zhí)行環(huán)境是計(jì)算機(jī)處理器上的一塊安全區(qū)域，它能夠保證運(yùn)行在其中的代碼和數(shù)據(jù)的隱私性和完整性。在軟件層面上，可信執(zhí)行環(huán)境是一塊隔離的執(zhí)行空間，提供了豐富的安全特性，例如隔離執(zhí)行、應(yīng)用執(zhí)行的完整性、數(shù)據(jù)的隱私性等。

遠(yuǎn)程驗(yàn)證

Intel SGX提供了一套遠(yuǎn)程驗(yàn)證機(jī)制，用戶可以驗(yàn)證遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)是否在真實(shí)的可信執(zhí)行環(huán)境中執(zhí)行正確的代碼，同時(shí)可以和遠(yuǎn)端機(jī)器建立安全通道。在初始化階段，運(yùn)行在可信執(zhí)行環(huán)境中軟件可以取得一份包含驗(yàn)證信息的報(bào)告，并且由硬件簽名，證明其確實(shí)運(yùn)行在enclave中。遠(yuǎn)端用戶在取得這份報(bào)告之后，可以向Intel驗(yàn)證服務(wù)發(fā)起請(qǐng)求，驗(yàn)證報(bào)告的有效性。