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| 本文作者： 張利 | 2017-03-26 14:18 |
雷鋒網(wǎng)AI金融評論按：3月25日，由開源社、TopGeek、匯智Tek聯(lián)合主辦的中國區(qū)塊鏈和金融創(chuàng)新科技峰會（FTCon2017）在上海舉行，微軟亞洲研究院主管研究員閆鶯，就基于以太坊的隱私保護(hù)技術(shù)，發(fā)表了她的觀點(diǎn)。據(jù)雷鋒網(wǎng)AI金融評論了解，閆鶯曾獲得微軟學(xué)者、IBM全球英才稱號，發(fā)表國內(nèi)外頂級會議期刊論文30余篇，專利10余項。
“我們要分清楚匿名與別名”，閆鶯說道，“目前的比特幣和以太坊區(qū)塊鏈做不到匿名，只能算別名”。于是，隱私保護(hù)就成了一個問題。我們既要掩蓋交易細(xì)節(jié)，又要驗證交易的正確性，那么，業(yè)界已落地的通用做法是什么呢？如何兼顧隱私保護(hù)與性能呢？對此，閆鶯做了詳細(xì)解答。
以下是雷鋒網(wǎng)AI金融評論整理的演講全文，并對其進(jìn)行了不改變文章原意的編輯。
大家好，我今天很高興在這里跟大家一起來聊聊：區(qū)塊鏈的隱私保護(hù)技術(shù)。我今天主要從三方面來講。
第一為什么會有隱私保護(hù)這樣的問題？我們先說一下區(qū)塊鏈的情況，以及為什么會有隱私的問題。
第二個是現(xiàn)有的、實實在在的已經(jīng)落地的隱私保護(hù)的技術(shù)，以及以太坊現(xiàn)在比較活躍的基于企業(yè)的架構(gòu)。
如何兼顧隱私保護(hù)與性能？我將會分享一下微軟的做法。
我們先從區(qū)塊鏈的歷史講起，2008年，第一次提出了比特幣，2009年初系統(tǒng)上線。但當(dāng)時，比特幣還沒有價值。直到2010年中，比特幣有了它的價值，1萬個比特幣換了2個披薩。在之后一個月，其價格漲了10倍，大家才意識到它的價值。到了2011年，比特幣等于一美元。2013年，出現(xiàn)了一個少年Vitalik，他是比特幣的愛好者，想開發(fā)一個新的幣種。那他就必須重新實現(xiàn)一下類似比特幣的系統(tǒng)。他想，是否可以有一個更通用的系統(tǒng)架構(gòu)支持各種不同的數(shù)字資產(chǎn)的定義，就這樣，他提出了“以太坊”。
與比特幣相比，以太坊最主要的不同就是引入了智能合約。實際上智能合約就是一段代碼，這段代碼可以定義數(shù)字資產(chǎn)，可以定義數(shù)字資產(chǎn)轉(zhuǎn)移的規(guī)則。
有了這個想法之后，他就退學(xué)了，然后公布了他的白皮書，之后又和合作伙伴寫了一個比較詳細(xì)的黃皮書。之后就開始ICO，以太坊是迄今最成功的ICO。2014年底，以太坊正式上線了，第一個版本就已經(jīng)非常穩(wěn)定了。并且如果你發(fā)現(xiàn)了以太坊的bug，提出來，并且被接受了，你就會得到比特幣的獎勵。以太坊一上線就支持七種語言，可以避免一種語言帶來的局限。
在下面這個圖上，大家可以看到，以太坊現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r有點(diǎn)像三年前比特幣的發(fā)展情況。我們有理由相信，以太坊還有發(fā)展空間。
可能大家也看到過區(qū)塊鏈的各種定義和介紹，為了理解隱私問題，我今天再把區(qū)塊鏈的基本定義回顧一下。區(qū)塊鏈包括幾個部分，當(dāng)有人跟你談起他在做區(qū)塊鏈項目時，你可以問一下他在做哪一塊？因為它包括存儲、智能合約、上層應(yīng)用等5層。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
首先，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是比較基礎(chǔ)的部分，正如它的名字一樣，區(qū)塊鏈?zhǔn)且粔K一塊的交易連在一起。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：如果你改了其中一塊數(shù)據(jù)的內(nèi)容，很容易會被發(fā)現(xiàn)。
那以太坊怎么實現(xiàn)的呢？大家看到這個架構(gòu)圖覺得特別復(fù)雜。是的，它就是這么復(fù)雜，以太坊到現(xiàn)在已經(jīng)有七千多個結(jié)點(diǎn)，來自不同國家，不同目的的人。節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間彼此完全是不信任的。這些復(fù)雜的設(shè)計就是考慮到安全性和性能。存儲層面上，是每個結(jié)點(diǎn)高冗余的存儲數(shù)據(jù)。
如果存在不同的結(jié)點(diǎn)，那如何保證數(shù)據(jù)的一致性呢？這就是我們經(jīng)常談的一致性協(xié)議，每時每刻我們都需要選一個節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)決定哪些交易屬于下一塊，然后廣播給大家記錄下來。這個lead節(jié)點(diǎn)的選取和激勵機(jī)制是一致性協(xié)議研究的重點(diǎn)。
我再談?wù)勚悄芎霞s，什么是智能合約呢？就是一段代碼。解決什么問題呢？剛才講到用比特幣轉(zhuǎn)錢。那我們能不能把這個做的更靈活？我們舉一個例子。
假設(shè)即將舉辦一場球賽，我和Edwin打賭，如果A贏了，他給我100元，如果B贏了，我給他100元。這種場景在線下怎么做呢？我們每個人先把錢給一個第三方，等結(jié)果出來之后，誰贏了把錢發(fā)給誰，第三方在其中收取一些手續(xù)費(fèi)。智能合約就可以取代這個第三方，它是一段代碼定義了上面描述的邏輯。它有自己的賬戶，可以把錢轉(zhuǎn)給它，足球比賽結(jié)果出來之后，結(jié)果注入到區(qū)塊鏈，我們可以觸發(fā)這個合約，它就自動把錢轉(zhuǎn)到贏的人手里。智能合約自己的存儲空間，智能合約在區(qū)塊鏈上的運(yùn)行時，輸入是區(qū)塊鏈上的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理之后，結(jié)果再寫回區(qū)塊鏈。
有人可能有這樣的疑問，如果有的人寫的代碼運(yùn)行時間特別長，區(qū)塊鏈系統(tǒng)會擁堵住嗎？
以太坊也有解決方案，它的運(yùn)行不是免費(fèi)的，要收燃料費(fèi)，具體怎么收呢？按照你所消耗的資源，比如CPU資源、存儲資源來收，如果你想不停的運(yùn)行的話，沒有巨額資金也運(yùn)行不起來，用這樣的方式，可以降低黑客攻擊的成功率。
講完區(qū)塊鏈的幾要素之后，我們再深入一點(diǎn)，在以太坊中，我轉(zhuǎn)了一筆錢，交易過程到底是怎樣的？
假設(shè)我要給一個人轉(zhuǎn)50元，我在客戶端提示轉(zhuǎn)50塊錢給他，就會生成一個交易，網(wǎng)絡(luò)上所有人都可以看到，從誰到誰轉(zhuǎn)多少錢。這個交易就存在整個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，其它結(jié)點(diǎn)收到了我的轉(zhuǎn)賬，這個帳本就更改了。于是我就有了兩個狀態(tài)，我現(xiàn)在的余額再生成一個新的結(jié)點(diǎn)。所有的交易組織成一個Merkel樹，根結(jié)點(diǎn)也計算出來，我們就把整個值都放到塊的頭部，最后把這個塊跟前面的塊連在一起。
實際上我的交易被存成什么樣的結(jié)構(gòu)呢？上面所有的信息都是以KV對的形式存儲在LevelDB中，key hash值，Value是內(nèi)容。Merkel樹中間結(jié)點(diǎn)的內(nèi)容就是它的孩子節(jié)點(diǎn)。如同下面表顯示，我們都可以通過它們的信息可以找到對應(yīng)數(shù)值。
顯而易見，這種方式查詢起來效率不高，使用leveldb主要是為了“寫”優(yōu)化。智能合約也是類似的，也是一段交易的內(nèi)容，存儲內(nèi)容也是以Merkel樹的形式存儲上去的。
現(xiàn)在，我們有了一個稍微具體一點(diǎn)的認(rèn)識，我們發(fā)現(xiàn)比特幣或者以太坊的區(qū)塊鏈基本上都是明文，除了地址和本身不是那么對應(yīng)之外，所有的信息都是對應(yīng)的。
這時問題就產(chǎn)生了，不是說匿名嗎？我們要區(qū)分匿名和別名，如果你的名字和線下的人沒有關(guān)聯(lián)，就是匿名。實際上區(qū)塊鏈根本做不到，為什么呢？
比如說我買了一個比特幣，我總要通過一些支付途徑來支付，在美國交易2000美元以上都是需要實名的，這個地址總是通過某種形式與實際的人有聯(lián)系。所以區(qū)塊鏈并不是匿名的，只能說是別名，既然不匿名了，我們怎么解決隱私問題呢？
首先交易的內(nèi)容要隱藏好，不要讓人看到；但同時別人還要驗證這個交易是不是錯了，不能都加密。這兩者存在矛盾，實際上這是隱私保護(hù)技術(shù)上的挑戰(zhàn)。
現(xiàn)在實際上已經(jīng)落地應(yīng)用主要有兩種解決辦法，分別是：
一種是密碼學(xué)的原理，先加密，在加密域上進(jìn)行驗證。
另一種是引入側(cè)鏈，私有狀態(tài)下，不需要看見的人看不到，需要驗證的人通過驗證能見到。
形象一點(diǎn)來形容，這兩種方法可以稱為拼車與煙霧彈。
我覺得，加密的解決方法類似拼車的概念，我轉(zhuǎn)給某個人錢容易暴露，那我就聯(lián)合一堆人一起轉(zhuǎn)，你不知道具體誰轉(zhuǎn)給了誰。拼車的生意誰做呢？我們需要在網(wǎng)絡(luò)中建立幾個主結(jié)點(diǎn)，主結(jié)點(diǎn)是將轉(zhuǎn)賬的兄弟姐妹連在一起，但是一個主結(jié)點(diǎn)容易被攻擊。這時，我們可以不用一個主結(jié)點(diǎn)，用多個主結(jié)點(diǎn)去拼，這樣的話，增加被攻擊的難度。
另外一種技術(shù)有點(diǎn)像煙霧彈的模式，之前拼車是幾個人都有轉(zhuǎn)賬意愿的人拼在一起。但這種技術(shù)是找一些“無辜群眾”拼在一起。
這個技術(shù)具體就是，當(dāng)我想發(fā)起交易的時候，我就用我的私鑰和一群人的公鑰一起發(fā)起，這樣就不知道是誰發(fā)起的。但其中存在一個問題：如果他們知道你選擇的地址，你就暴露了。所以這不是完全的隱私保護(hù)，只能說是一部分隱私保護(hù)，至少你是在發(fā)起人里面的。
這個技術(shù)本身不是什么新技術(shù)，80年代已經(jīng)出現(xiàn)了，我們也看到這個技術(shù)的復(fù)雜度，還有它理論上的重要性。目的是讓驗證者不知道事實本身的時候，還能判斷事情的真假。
南北分支是連著的，有一個鑰匙可以連上。老王自稱有這扇門的鑰匙，但是不愿意直接展示出來。他不愿意把鑰匙交出來，我們怎么知道有這把鑰匙呢？我們找了一個測試者，同時要防止測試者和老王聯(lián)合作弊，具體怎么做呢？測試者把眼睛蒙上，然后老王隨意走到一個分支，測試者隨機(jī)要求老王從某一個分支出來，老王都能出來。那能不能說老王有鑰匙呢？不能。如果老王進(jìn)去的分支和測試者是一邊的話，也可以出來。所以這種測試要多做，如果老王每一次都能出來，我們就猜測老王是有鑰匙的。但是這個驗證效率很低。
還有一種是非交互性的，即做一次測試就能判斷真假。判錯的概率低，但也不能百分之百的保證。ZCash鑄幣過程，給出序列號，同時用zk-SNARK證明我是這個幣的擁有者。這樣就把詳細(xì)的信息隱掉了，同時可以驗證。
另外有一種側(cè)鏈的方式，如Quorum，它現(xiàn)在很受歡迎，原因是基于以太坊并且開源，Quorum目前架構(gòu)，基本上可以滿足所有的金融需求。它是怎么做的呢？它引入一個私有狀態(tài)，只有私有狀態(tài)允許的人可以看到。私有狀態(tài)的哈希值和公共狀態(tài)一起被鏈接到區(qū)塊鏈上，保證數(shù)據(jù)的完整性。
我們要做隱私保護(hù)，勢必會影響系統(tǒng)性能。一方面要注意隱私，一方面要兼顧性能。我們的研究就是如何兼顧兩方面，我在這里分享一下微軟研究院關(guān)于這方面的兩個工作：
一個是結(jié)合硬件技術(shù)，比如說SGX，聯(lián)盟鏈中有了它之后，我們就能很好解決隱私的問題，同時保障性能。這個項目還在開發(fā)測試中，計劃5月份有一個發(fā)布。
另外，我們在和客戶交流過程中，發(fā)現(xiàn)他們有一些需求是可以用區(qū)塊鏈來解決，但用傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈系統(tǒng)并不是唯一最好方法解決方案?？蛻舾枰氖且粋€大家共同擁有、可編程的，共同管理的云數(shù)據(jù)庫?，F(xiàn)在，基本上所有的云供應(yīng)商都有相應(yīng)的云數(shù)據(jù)庫。比如微軟Azure SQL Database 擁有每天上千萬客戶機(jī)時。目前的云數(shù)據(jù)庫確實有局限，就是它只有一個owner，擁有admin權(quán)限。在多機(jī)構(gòu)合作中問題來了，誰來做這個共有數(shù)據(jù)庫的owner？
區(qū)塊鏈應(yīng)用過程中，我們經(jīng)常說，解決了找不到可信找的第三方的問題。那這個可信的定義是什么呢？
如何定義可信任呢？
可信任包括兩個方面：
一、可驗證可追蹤。如果我的數(shù)據(jù)和更改都可以驗證和追蹤，等于說無需信任。
二、系統(tǒng)需要穩(wěn)定性、可靠性和可用性。
區(qū)塊鏈解決方案用它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決，一的問題可以用分布式存儲和一致性協(xié)議保障，在云數(shù)據(jù)庫中，二的問題自然被解決。那么，我們?nèi)绾谓o云數(shù)據(jù)庫加入可驗證追蹤的屬性呢？于是我們研發(fā)了聯(lián)盟數(shù)據(jù)庫（ConsortiumDB）系統(tǒng)。該系統(tǒng)以傳統(tǒng)云數(shù)據(jù)庫為存儲，有完善的機(jī)制管理membership和rule。
例如，用戶可以定義誰能訪問哪個表、誰能更改數(shù)據(jù)、誰可以加入等，都能得到較好的管理。所有規(guī)則的管理和執(zhí)行已經(jīng)日志的組織利用了區(qū)塊鏈的技術(shù)，進(jìn)而實現(xiàn)其他機(jī)構(gòu)對數(shù)據(jù)庫的操作可驗證可追蹤。
最后，想說的是，區(qū)塊鏈技術(shù)是基礎(chǔ)，是敲門磚，更重要的是思考實際中如何在應(yīng)用中利用這個技術(shù)的優(yōu)勢。隱私保護(hù)技術(shù)和系統(tǒng)的性能優(yōu)化只有在明確的應(yīng)用需求下才能更好的設(shè)計。
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