原文：Trusted Execution Environments and the Polkadot Ecosystem

來源：Polkadot Blog

翻譯：Antonia, Phala Network

與 Substrate[1] 模塊化框架相結合，可信執行環境（TEE）技術正爲下一代真正可用的區塊鏈 app 提出全新的解決方案。

區塊鏈第一次成爲熱點，是 2008 年比特幣白皮書發佈之時。自此，成千上萬、各式各樣的協議和區塊鏈就如雨後春筍般蓬勃生長。

區塊鏈的魅力，很大程度上在於其去中心化、公平性和透明性，但透明性也也意味着匿名性的缺失。儘管鏈上交易和消息傳遞可以用假名，但仍然很難做到完全的匿名。沒有人希望自己的信息（無論是金融交易還是健康記錄）被加密後就這樣公開。

此外，若按照遵守歐盟《通用數據保護法規（GDPR）》[2]的標準，任何私人數據都不應該未經許可就存儲在公鏈上，因爲存在某一天被解密的風險。爲了現實中更廣的可用性，克服鏈上隱私和數據安全問題刻不容緩。

而方案之一，就是可信執行環境（TEE）。

可信執行環境

可信執行環境[3]（Trusted Execution Environment, 以下簡稱 TEE）技術並非新鮮事。誕生十年來，它已經融入了我們生活中的方方面面，你的智能手機裏就有它。TEE沒有嚴格唯一定義，但所有定義都表示這是一個可以隔離運算和安全存儲的區域。簡化到幼兒園版就是：它是計算機系統中的一個特殊區域，除了受信任的通信，任何人都無法訪問內部數據。

TEE 位於 CPU，卻獨立於操作系統，可以存儲私密信息、執行隱私代碼且不會用經過修改（modification）。每個TEE都有自己的密鑰，只有持有相應密鑰的第三方纔能看見其中的內容，這保證了 TEE 的可信性。裏面的內容可以通過寫入或升級程序來進行修改，能夠同時抵禦軟件和硬件層面的針對主系統硬盤攻擊。TEE 是否正版可信可以由製造商進行遠程驗證，哪怕 TEE 已經下了流水線、流入市場。（譯註：關於認證過程，可以看看Phala的文章 《區塊鏈應拒絕硬件嗎？》 ）

在技術中集成 TEE 時，需要考察芯片製造商是否具有完善成熟的架構設計能力。目前，英特爾的 SGX[4] 最爲主流。不過也存在其他選擇，如 ARM 公司的 Arm TrustZone[5]，Keystone[6] 這樣的正在開發中的開源 TEE 等等。

波卡生態 TEE 項目

Web3 基金會設立了一項獎金[7]（Grant），旨在扶持能造福未來的技術。在波卡生態中，有許多項目正將 TEE 與 Substrate 結合，解決不同場景的問題。所有項目的代碼均開源可查。下面，我們將在此做個簡單介紹。

Supercomputing Systems AG

Supercomputing Systems AG 公司（SCS AG）[8]開發了一個鏈下計算框架 SubstraTEE[9]，該框架旨在利用 TEE 增強 Substrate 上區塊鏈的隱私性和完整性。如，隱私幣交易，匿名且可驗證的投票，去信任化的跨鏈交易中介等等。

藉助 SubstraTEE，我們可以通過 TEE 在鏈下驗證交易，這樣只有一個結果會傳到鏈上，而非許多詳細交易信息。甚至，你還可以在一段時間後刪除這段交易信息。

有了這個技術，企業可以更好地運用區塊鏈，同時又不必擔心會違反 DGPR 規定。

在《 SubstraTEE 手冊 》中，你可以以 Encoiner[10] 爲例學習到如何利用 Substrate 和 SubstraTEE 創建可信轉賬。

Phala Network

和 Supercomputing Systems AG 一樣，Phala[11] 運用了 TEE —區塊鏈混合架構來保護隱私，旨在爲基於 Substrate 搭建地區塊鏈提供機密計算和數據保密服務。Phala 的保密智能合約會在 CPU 的 TEE 區域內運營，孤立於外部操作系統和硬件，從而確保了安全性和保密性。

Phala 的領航產品 —— Web3 Analytics[12] —— 是首個可以輸出用戶數據分析結果卻又不侵犯隱私的數據分析工具。

用戶的隱私數據不會經過第三方加密，而是直接傳輸進 Phala 保密合約中，在 TEE 進行運算。Phala 的用戶可以決定自己數據的目的和用途，100% 控制自己的數據。

Advanca

Advanca[13] 正在爲 Dapp（在區塊鏈上運行的去中心化數字應用程序）搭建可以一個保護隱私的通用計算/存儲基礎架構，旨在讓開發者以去中心化的方式構建任何現有的或新的 Web 端或移動端應用。

當前的設計包含協調器作用的的控制區和使用 TEE 接受並分配任務的計算/存儲平面。

Advanca 的技術將有助於實現經過身份驗證的 API 和隱私版 RAM（ORAM）以進一步在數據訪問過程中保護和隱藏隱私。

Crust Network

Crust[14] 實現了激勵層的去中心化存儲協議，這將有利於去中心化計算層和去中心化雲生態的構建。

Crust 通過環境檢測和工作負載檢測這兩種證明來保證可靠存儲檢測。在 Crust 網絡上，TEE 的完整性被用於量化有效存儲使用量。

在環境檢測環節，當新節點與 TEE 達成共識時，通過驗證的節點身份和相應的 TEE 公鑰將被記錄在鏈上。

在工作負載檢測環節，每個時間段的節點負荷都將經過 TEE 驗證和打包。收到用戶文件後，Crust 存儲節點將在 TEE 中執行加密打包並將其保存。在每個週期中，TEE 都會在本地進行快速驗證，並將工作符合報告傳到鏈上。其他節點僅需驗證工作負荷報告的簽名即可，大大簡化了驗證存儲共識的過程。

鑑於 TEE 也很適合保存隱私數據，Crust 也計劃在節點新增可信隱私保護服務。

Zondax

比起隱私，Zondax[15] 更注重驗證人節點[16]（Validator）的安全性。他們將把 TEE 作爲額外的一層集成到一系列安全措施中，如獨立工業質量設備，TEE和硬件安全模塊（HSM）。

在 Polkadot 生態中，驗證人節點保護着中繼鏈[17]，驗證來自收集人的證據並參與與其他驗證人的共識。在這個過程中，驗證人節點使用私鑰進行安全簽名，且每個週期結束時，都會創建一個新密鑰以確保始終可信。

Zondax 使用了基於 ARM 的 TEE 以大幅抬高密鑰轉置前的作惡成本，也額外在存儲密鑰的HSM和網絡之間做了一層隔離。結合編程支持和一系列設備支持，Zondax 提供的方案將遠比用雲服務器做驗證人要安全可靠。

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