基于保存秘密共享數(shù)據(jù)的分布式方式計(jì)算Enigma介紹

這是一個(gè)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，使不同方能夠共同存儲(chǔ)和運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，同時(shí)完全保 護(hù)數(shù)據(jù)隱私。Enigma的計(jì)算模型基于安全多方計(jì)算的高度優(yōu)化版本，由可 驗(yàn)證的秘密共享方案保證。 對(duì)于存儲(chǔ)，我們使用修改的分布式哈希表來(lái)保 存秘密共享數(shù)據(jù)。使用外部區(qū)塊鏈作為網(wǎng)絡(luò)控制器，管理訪問(wèn)控制、身份， 并作為事件的防篡改日志。使用安全保證金和收費(fèi)激勵(lì)系統(tǒng)的運(yùn)作、正確 性和公平性。與 Bitcoin 類似，Enigma 無(wú)需受信任的第三方，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè) 人數(shù)據(jù)的自主控制。用戶首次能夠以隱私加密保證來(lái)分享他們的數(shù)據(jù)。

我們的目標(biāo)是使開發(fā)人員無(wú)需受信任的第三方 即可構(gòu)建“隱私設(shè)計(jì)”的端到端分散應(yīng)用程序。

Enigma是私密的。 使用安全的多方計(jì)算（sMPC 或 MPC），數(shù)據(jù)查詢是以分布式方式計(jì)算 的，沒(méi)有受信任的第三方。數(shù)據(jù)在不同節(jié)點(diǎn)之間分割，并且它們一起計(jì)算功能而不會(huì)將信 息泄露給其他節(jié)點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，沒(méi)有一方可以訪問(wèn)整個(gè)數(shù)據(jù); 相反，各方都可訪問(wèn)數(shù)據(jù)無(wú)意 義的（即看似隨機(jī)的）片段。

Enigma是可擴(kuò)展的。與區(qū)塊鏈不同，計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不會(huì)被網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)復(fù)制。 只有 一個(gè)小的子集在數(shù)據(jù)的不同部分執(zhí)行每個(gè)計(jì)算。減少了存儲(chǔ)和計(jì)算中的冗余，可實(shí)現(xiàn)要求 更高的計(jì)算。

Enigma帶來(lái)的關(guān)鍵新工具是能夠?qū)?shù)據(jù)運(yùn)行計(jì)算，而無(wú)需訪問(wèn)原始數(shù)據(jù)本身。例如，一組 人可以提供他們的工資，并且一起計(jì)算小組的平均工資。每個(gè)參與者學(xué)習(xí)他們?cè)谛〗M中的 相對(duì)位置，但不了解其他成員的工資。 應(yīng)該說(shuō)明這只是一個(gè)激勵(lì)的例子。 實(shí)際上，任何程 序都可以安全評(píng)估，同時(shí)對(duì)輸入保密。

今天，共享數(shù)據(jù)是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程; 共享數(shù)據(jù)一旦發(fā)出，便沒(méi)有辦法收回或限制它如何 使用。允許訪問(wèn)數(shù)據(jù)進(jìn)行安全計(jì)算是可逆的和可控的，因?yàn)槌嗽紨?shù)據(jù)所有者外沒(méi)有人 可以看到原始數(shù)據(jù)。這為目前的數(shù)據(jù)分析方法帶來(lái)了根本變化。

設(shè)計(jì)概述

Enigma旨在連接到現(xiàn)有的區(qū)塊鏈，并將私人和密集計(jì)算卸載到鏈下網(wǎng)絡(luò)。所有事務(wù)都由區(qū)塊鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)，區(qū)塊鏈根據(jù)數(shù)字簽名和可編程權(quán)限來(lái)執(zhí)行訪問(wèn)控制。

代碼在區(qū)塊鏈（公共部分）和 Enigma（私有或計(jì)算密集部分）上執(zhí)行。Enigma 的執(zhí)行確保 了隱私和正確性，而單獨(dú)的區(qū)塊鏈只能確保正確性。正確執(zhí)行的證明存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上并可 被審核。我們提供用于設(shè)計(jì)使用私有合同的端到端分散應(yīng)用程序的腳本語(yǔ)言，私有合同是 可以處理私有信息（即，其狀態(tài)不是嚴(yán)格公開）的智能合同的更強(qiáng)大變體。

腳本語(yǔ)言也是圖靈完整的，但這并不像其可擴(kuò)展性那么重要。區(qū)塊鏈中的代碼執(zhí)行是分散 的，但不是分布式的，所以每個(gè)節(jié)點(diǎn)都冗余地執(zhí)行相同的代碼并保持相同的公共狀態(tài)。 在 Enigma 中，計(jì)算工作有效地分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。解釋器分解了私人合同的執(zhí)行情況，如圖 1 所示，從而改善了運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)保持隱私和可驗(yàn)證性。

鏈下存儲(chǔ)

鏈下節(jié)點(diǎn)可構(gòu)成分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有不同的份額和加密數(shù)據(jù)視圖，從而保證了 計(jì)算過(guò)程的隱私保護(hù)和容錯(cuò)能力。還可以不加密存儲(chǔ)大型公開數(shù)據(jù)（例如文件）并將它們 鏈接到區(qū)塊鏈。

隱私執(zhí)行計(jì)算

在這部分，我們描述了 Enigma 的計(jì)算模型。我們首先簡(jiǎn)要介紹基于加密技術(shù)最新進(jìn)展的可 公開驗(yàn)證的安全 MPC。 然后，我們描述了對(duì)安全 MPC 的一系列性能改進(jìn)，這使得該技術(shù) 即使對(duì)于龐大的網(wǎng)絡(luò)也具有實(shí)用性：分層安全 MPC、網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化和適應(yīng)性電路。

要使用 Enigma，開發(fā)人員需編寫高級(jí)代碼，公開部分在塊上執(zhí)行，而私有部分則在 Enigma 的平臺(tái)上運(yùn)行。 我們稱這些為私人合同，因?yàn)樗鼈兪强梢蕴幚硭饺诵畔⒌闹悄芎贤?/p>

區(qū)塊鏈互操作性

在本部分，我們將說(shuō)明 Enigma 如何與區(qū)塊鏈進(jìn)行互操作。具體而言，我們將詳細(xì)說(shuō)明如何 使用數(shù)字簽名來(lái)形成復(fù)雜的身份，這些簽名自動(dòng)與區(qū)塊鏈兼容。隨后， 我們將繼續(xù)詳細(xì)描述 將 Enigma 的線下存儲(chǔ)和計(jì)算連接到區(qū)塊鏈的核心協(xié)議。

激勵(lì)機(jī)制

由于 Enigma 并非加密數(shù)字貨幣或區(qū)塊鏈，因此其激勵(lì)機(jī)制是基于費(fèi)用而非挖掘獎(jiǎng)勵(lì)，不會(huì)對(duì)節(jié)點(diǎn)因提供計(jì)算資源而進(jìn)行補(bǔ)償。全節(jié)點(diǎn)需要提供保證金，以對(duì)惡意行為進(jìn)行懲罰。