万向区块链技术研究报告 | 隐私链相关调研-Oasis

区块链技术迅猛发展，新想法、新概念、新名词层出不穷。万向区块链因此推出“技术研究报告”专栏，定期与大家分享在区块链行业创新及热门技术方面的研究成果，带领大家第一时间研究学习新技术，紧跟技术发展趋势，探索发掘技术的应用价值。

本期技术研究将带大家了解Oasis网络。

本文作者：万向区块链通用架构技术部 宋广洋

1.概要

隐私始终是保护用户和扩大加密货币使用的基本要求，并被认为是Web3.0的重要方向之一。

隐私赛道的角逐日益激烈，协议与应用层都诞生了诸多主打隐私的项目，其中一些项目尝试利用可信执行环境（TEE）、多方安全计算等方式保护数据隐私 (区块链混合架构) ，例如身份信息、医疗信息，一些项目则专注于使用 ZKP (零知识证明数据) 等解决方案来保护资产隐私，例如币种数量、类型等。

1. 隐私交易网络

主要针对链上交易数据（持有或交易的币种类型与数量）进行隐私化处理，通过零知识证明等技术原生支持用户进行隐私交易，无需使用Tornado Cash等协议，就可以保证自己的隐私数据不会被外界查看，同时支持在该协议开发更多类型的隐私应用。

包括Aleo、Nym、Secret Network、HOPR等，目前，隐私交易网络大多数处于测试与开发阶段

2. 隐私计算网络

隐私计算协议是一种更底层的基础设施，具体的交易信息（币种类型与数量等）往往可以通过区块浏览器公开查看，但更强调用户使用数据的隐私。目前主要的隐私技术包括零知识证明、安全多方计算、基于现代密码学的联邦学习、可信执行环节（TEE）等。

目前比较知名的区块链隐私计算网络包括Oasis Network、PlatON、Phala Network、ARPA、Aleph Zero、Findora和Deeper Network等。

由于仍然很少被产业型项目所采用，以及部分技术尚不成熟，所以隐私计算网络目前的实际应用场景亦比较有限。

3. 隐私应用

隐私应用是指建立在Layer1或Layer2协议之上，为用户或DApp提供不同应用场景隐私保护功能的应用，例如交易、支付、邮件等。

隐私应用包括Tornado Cash、Railgun、Ruby Protocol等。

其中，Tornado Cash是目前最为常用的隐私应用，如今许多加密用户都会使用该应用对资产信息进行隐私化处理。

4. 隐私币

隐私币是指原生支持隐私性的加密货币，外界无法查看交易双方的具体交易类型、金额等信息，通常不支持智能合约及相关应用，最早在2014年就有相关项目诞生。

较为知名的隐私币包括Zcash、DASH、Horizen 、MobileCoin、BEAM、Grin等。

总结：

目前，隐私币普遍发展状况一般，用户量、交易量都大幅小于智能合约平台、DeFi等赛道项目。主要是发展隐私计算网络，作为隐私计算平台与区块链结合，以及隐私应用的发展

Oasis network

1.简介

Oasis 网络是去中心化的区块链 Layer 1 网络，旨在设计拥有独特的可扩展性、隐私优先和多功能性，2020年11月19日正式上线。

该网络有两个主要的架构组件，共识层和计算（ParaTime）层。

• 共识层由一组去中心化的验证节点来运行具有可扩展、高吞吐量、安全、基于权益证明（Proof-of-Stake）的共识。

• 共识层是利用 Tendermint 的拜占庭容错共识算法的权益证明（PoS）

• ParaTime层托管许多并行运行态（ParaTimes），每个运行态代表一个计算环境的拷贝，各计算环境之间共享状态。

技术

• 将共识和执行分为两层 —— 共识层和ParaTime层 —— 以实现更好的可扩展性和多功能性。

• 共识和执行的分离允许多个 ParaTime 并行处理事务，这意味着在一个 ParaTime 上处理的复杂工作负载不会减慢另一个更快、更简单的事务的处理。

• ParaTime 层是完全去中心化的，允许任何人开发和构建自己的 ParaTime。每个 ParaTime 都可以单独开发，以满足特定应用程序的需求，例如隐私计算、开放或封闭委员会等。

• Oasis 网络高级的差异检测技术使得其比分片和平行链更有效

• 该网络广泛支持隐私计算技术。

官方现支持paraTime

• emerald-paratime (EVM 兼容的paratime)

• cipher-paratime (机密智能合约执行环境的Paratime，rust ，TEE可信执行环境)

• parcel-paratime (隐私存储相关，不对外开放，申请使用)

• sapphire-paratime (7.21上线测试网，首个EVM兼容的隐私ParaTime)

交易

交易API定义和用于创建和验证事务的辅助方法存在于go/consensus/ API /transaction中。共识后端Api文档

版本

• Oasis Core version:

• 22.1.7

• Emerald ParaTime

• Runtime binary version

• 9.0.1

• Runtime identifier

• 000000000000000000000000000000000000000000000000e2eaa99fc008f87f

• Cipher ParaTime

• Runtime binary version:

• 1.1.0

• Runtime identifier

• 000000000000000000000000000000000000000000000000e199119c992377cb

区块链浏览器

Oasis区块链浏览器：https://www.oasisscan.com/

Emerald 链上浏览器：https://explorer.emerald.oasis.dev/

代币

ROSE:

总量：100亿

Oasis主网分为共识层及计算层，原生代币ROSE存放于共识层，计算层（即ParaTime层）中用于部署各种应用，其中，Emerald（ParaTimes中的一个）提供EVM的兼容环境，因此可以实现跨链。

YuzuSwap是建立在Emerald上的去中心化交易所，可实现跨链的代币交易（如下图）

投资机构

团队

https://oasisprotocol.org/team

2.计算层

Cipher-paratime(TEE计算节点)

节点搭建

如果ParaTime被配置为在TEE中运行（目前只有Intel SGX），你必须确保你的系统支持运行SGX enclave。这要求你的硬件有SGX支持，SGX支持被启用，并且额外的驱动和软件组件被正确安装和运行。

确保时钟同步

由于运行时 enclave 中的额外健全性检查，您应该确保节点的本地时钟是同步的（例如使用 NTP）。否则，可能会遇到意外的运行时中止。

安装SGX Linux驱动程序

提示 如果您运行的是 Linux 内核版本 5.11 或更高版本，则已包含所需的 SGX 驱动程序，无需额外安装，可跳过本节。

如在较旧的发行版上安装，请参见下文 旧版驱动程序的安装说明。

https://docs.oasis.dev/general/run-a-node/prerequisites/set-up-trusted-execution-environment-tee

TEE

可信执行环境（Trusted Execution Environment，TEE），通过软硬件方法构建一个安全区域，保证其内部加载的程序和数据在机密性和完整性上得到保护。可信的中央处理器一般是指可信执行控制单元已被预置集成的商用CPU计算芯片，无法后置，因此，只有新研发的部分芯片支持TEE。目前主流的TEE技术以X86指令集架构的Inter SGX和ARM指令集架构的TrustZone为代表

TEE基础原理：将系统的硬件和软件资源划分为两个执行环境——可信执行环境和普通执行环境。两个环境是安全隔离的，有独立的内部数据通路和计算所需存储空间。普通执行环境的应用程序无法访问TEE，即使在TEE内部，多个应用的运行也是相互独立的，不能无授权而互访。

Intel sgx

• intel sgx 被设计保护应用程序的机密信息，防止恶意软件的攻击，即便在应用程序和操作系统都不可信的情况下，哪怕攻击者获得了整个平台的控制权，应用程序的机密信息仍然可以受到保护

• 机密信息：比如医疗数据，个人识别信息，密码，密钥

• Intel sgx 在内存中划分了安全区域，用来存放代码和数据，这些不可寻址的分页内存是从系统的物理内存中保留的，并且经过了加密

• 其本质是设计了一套cpu指令，利用硬件创建一个可信安全区，相关数据和指令在安全区内运行

• 通过E_CALL O_CALL和外部交互调用

发展趋势

• 2015年 Intel 发布具备SGX技术的商业CPU 创建应用级的可信执行环境

• 2017年 AMD 发布具有SEV技术的商业CPU 创建加密虚拟机

• 2022年 Intel shpphire Rapids CPU 支持TDX（Trust Domain Extensions） 技术 可创建加密虚拟机

Super.	Description	User	Description
EADD	Add a page	EENTER	Enter an enclave
EBLOCK	Block an EPC page	EEXIT	Exit an enclave
ECREATE	Create an enclave	EGETKEY	Create a cryptographic key
EDBGRD	Read data by debugger	EREPORT	Create a cryptographic report
EBDGWR	Write data by debugger	ERESUME	Re-enter an enclave
EINIT	Initialize en enclave
ELDB	Load an EPC page as blocked
ELDU	Load an EPC page as unblocked
EPA	Add a version array
EREMOVE	Remove a page from EPC
ETRACE	Activate EBLOCK checks
EWB	Write back/invalidate an EPC page

SGX

程序初始化

• 生成一组RSA3072公私钥对，公钥提交给Intel官方申请加入一个白名单

• 开发者用私钥对源代码hash,配置文件（包括产品ID，序列号等）进行签名

• 将签名，源码，配置，公钥打包就是一个enclave文件

• 加载：SGX判断hash,签名，授权书（intel）是否合法

注：SGX内部的代码本身还是可以通过静态分析获取（尽管很复杂），故代码本身不应包含任何隐私信息。

intel SGX为每一个enclave提供的两个度量值，分别为MRENCLAVE 和 MRSIGNER；

MRENCLAVE :Enclave Identity，值为sha256的hash结果，hash包括从enclave构建开始到初始化完成（EINIT指令执行后）之间的活动记录日志，日志包括代码，数据，堆栈，不同的enclave，该值不同

MRSIGNER：Sealing Identity，enclave构建时使用的RSA签名的公钥的hash结果。签名的rsa密钥对相同，该值即相同。

const (
        // MrEnclaveSize is the size of an MrEnclave in bytes.
        MrEnclaveSize = sha256.Size

        // MrSignerSize is the size of an MrSigner in bytes.
        MrSignerSize = sha256.Size

        // enclaveIdentitySize is the total size of EnclaveIdentity in bytes.
        enclaveIdentitySize = MrSignerSize + MrEnclaveSize
)
// EnclaveIdentity is a byte serialized MRSIGNER/MRENCLAVE pair.
type EnclaveIdentity struct {
        MrEnclave MrEnclave `json:"mr_enclave"`
        MrSigner  MrSigner  `json:"mr_signer"`
}

密钥

• Root Provisioning Key（RPK）：由iKGF(Intel Key Generation Facility)生成的key，intel和SGX共同保存。

• Root Sealing Key（RSK）：由iKGF生成的key，仅SGX保存。

RPK,RSK是刻录在硬件上

• Provisioning key：通过EGETKEY指令获取，通过RPK推导出，用于intel认证SGX（EPID协议）

通过Provisioning key，与intel配置服务认证完成后，enclave和IAS会通过the EPID scheme Join protocol生成一对非对称key，enclave保存着的私钥叫做Provisioning key，用Provisioning key 对report签名，然后转发到IAS做远程认证。

• Provisioning Seal key：通过EGETKEY指令获取，通过RSK推导出，对Provisioning key加密，然后可以封存在外部环境。

• Report key：通过EGETKEY指令获取，入参包含RPK，MRENCLAVE ，attributes，所以同一SGX平台上的enclave可以获取的和对端enclave一样的report key(需要提供自己MRENCLAVE ，attributes参数)；因此本地认证时候，一个enclave用MAC算法加密的report，可以被同一SGX上的另一个enclave 验证。

• Seal key：通过EGETKEY指令获取，入参包含MRENCLAVE 或者MRSIGNER，可以在enclave外部封存秘密

Architectural Enclave（AE）

包括了LauchEnclave、QuotingEnclave、ProvisioningEnclave

所有的AE都是特殊的Enclave，预先由Intel进行编译、签名。他们会在PSW安装的时候启动起来，叫做aemd，AE的一个守护进程。

• LaunchEnclave（LE）是专门用来管理普通Enclave启动的Enclave。

• ProvisioningEnclave (PvE）提供密钥配置服务。

• QuotingEnclave (QE）用于远程认证中，对本地Enclave报告签名发送，以及对远程Enclave报告进行验证（来自对端QE的可信签名）并转发给本地Enclave。

SGX attestation

local attestation(本地认证-同一个平台上多个enclave可以证明运行在enclave中)

简单来说：本端用对端的target info，双方DH公钥的hash值及一些系统信息，生成report，该report带有一个MAC值（用report key）。对端拿到这个report之后，通过EGETKEY指令获取Report Key，来验证MAC值是否和对端发送的一致。

typedef struct _report_body_t
{
    sgx_cpu_svn_t           cpu_svn;        /* (  0) Security Version of the CPU */
    sgx_misc_select_t       misc_select;    /* ( 16) Which fields defined in SSA.MISC */
    uint8_t                 reserved1[SGX_REPORT_BODY_RESERVED1_BYTES];  /* ( 20) */
    sgx_isvext_prod_id_t    isv_ext_prod_id;/* ( 32) ISV assigned Extended Product ID */
    sgx_attributes_t        attributes;     /* ( 48) Any special Capabilities the Enclave possess */
    sgx_measurement_t       mr_enclave;     /* ( 64) The value of the enclave's ENCLAVE measurement */
    uint8_t                 reserved2[SGX_REPORT_BODY_RESERVED2_BYTES];  /* ( 96) */
    sgx_measurement_t       mr_signer;      /* (128) The value of the enclave's SIGNER measurement */
    uint8_t                 reserved3[SGX_REPORT_BODY_RESERVED3_BYTES];  /* (160) */
    sgx_config_id_t         config_id;      /* (192) CONFIGID */
    sgx_prod_id_t           isv_prod_id;    /* (256) Product ID of the Enclave */
    sgx_isv_svn_t           isv_svn;        /* (258) Security Version of the Enclave */
    sgx_config_svn_t        config_svn;     /* (260) CONFIGSVN */
    uint8_t                 reserved4[SGX_REPORT_BODY_RESERVED4_BYTES];  /* (262) */
    sgx_isvfamily_id_t      isv_family_id;  /* (304) ISV assigned Family ID */
    sgx_report_data_t       report_data;    /* (320) Data provided by the user */
} sgx_report_body_t;

 

remote attestation(远程认证，不同平台之前多个enclave证明运行在enclave中)

• 远程验证者发出验证，验证该Enclave可信程度。

• Enclave使用EREPORT指令将验证与自身绑定。

• 然后不可信APP将本地认证EREPORT交给QE，QE推导报告密钥（report key）来验证报告完整性。然后用配置密封密钥（Provisioning Seal key）来解密不可信系统软件返回的SGX平台长期配置密钥。

• (Provisioning key),QE用SGX平台长期认证密钥(本质是EPID私钥)签名本地认证报告，形成一个Quote。

• 验证者收到认证响应Quote，将其交给Intel Quote服务，使用EPID组公钥（配置密钥使EPID私钥）来验证Quote。

SGX2远程认证协议 DCAP

参考

github：https://github.com/oasisprotocol Oasis文档中心：https://docs.oasis.dev/general/ Parcel使用文档：https://docs.oasislabs.com/parcel/latest/ 博客：https://medium.com/oasis-protocol-project 官网：https://oasisprotocol.org/ 白皮书：https://assets.website-files.com/5f59478e350b91447863f593/628ba74a9aee37587419cf65_20200623%20The%20Oasis%20Blockchain%20Platform.pdf Intel sgx https://github.com/intel/linux-sgx