ODYSSEY: Reestablishing Confidentiality in Confidential Blockchain via Delegated Execution

想象一下，一群商业伙伴正在进行一场高风险的扑克游戏。他们希望对彼此的底牌和投注策略保密，但同时又需要确保游戏公平，没有人通过窥视卡牌或“倒流时间”来改变注码来作弊。

这就是 ODYSSEY 为“机密区块链”（Confidential Blockchains）解决的问题。

以下是该论文故事的简单拆解，使用了日常类比。

问题所在：玻璃房与时光机

论文首先解释了目前的“机密区块链”（即数据被隐藏的区块链）是构建在被称为 TEE（可信执行环境）的特殊安全计算机芯片之内的。你可以把 TEE 想象成一座玻璃房。

1. 玻璃房泄密（执行-推断攻击 / Execution-Inference Attack）：
   尽管玻璃房保护了内部的内容，但外部的间谍仍然可以透过窗户窥视。他们虽然看不见卡牌本身，但可以观察玩家的动作。

   • 类比： 如果一名玩家每当拿到好牌时就会突然站起来来回踱步，间谍即使没看到牌，也能通过这种方式推断出玩家的策略。在论文中，黑客通过观察计算机的“踱步”（内存使用情况和 CPU 发热量）来猜测正在处理的秘密数据。
   • 结果： 游戏变得不公平，因为间谍掌握了比玩家更多的信息。

2. 时光机泄密（执行-重放攻击 / Execution-Replay Attack）：
   玻璃房没有一个防止“存档并重玩”的“保存游戏”按钮。

   • 类比： 一个作弊者玩了一手牌，看到了结果，如果他不满意，就按下“倒流”键回到开始，尝试不同的动作，然后再次查看结果。他不断地倒流时间，直到找到那个能保证获胜的最佳动作。
   • 结果： 游戏被操纵了，因为作弊者可以尝试所有可能的结局，直到找到对自己最有利的结果。

解决方案：ODYSSEY

作者构建了一个名为 ODYSSEY 的新系统来修复这两个漏洞。他们并没有试图把玻璃房变成不透明的（这很难且很慢），而是改变了谁在参与游戏。

1. “受信任委托人”策略（修复玻璃房问题）

与其让每个玩家都盯着其他玩家的动作，该系统采用了委托执行（Delegated Execution）。

• 类比： 想象你有一个值得信赖的朋友（“委托人”）。你把牌交给你的朋友，只有你的朋友会看牌并做出动作。桌上的其他玩家既看不到牌，也看不到你朋友的手部动作，他们只能看到最终的结果（例如：“投注 100 美元”）。
• 原理： 你选择一个特定的节点（计算机）来处理你的秘密交易。该节点在其安全芯片内进行工作。其他节点只需等待结果即可。由于其他节点既看不见秘密数据，也看不见处理过程，因此“间谍”无法通过观察过程来获取任何信息。

2. “顺序优先”规则（修复时光机问题）

为了阻止倒流，ODYSSEY 采用了**“先定序，后执行”**（Order-Then-Execute）的架构。

• 类比： 在普通游戏中，你可能会尝试一个动作，看看发生什么，然后再决定是否保留它。但在 ODYSSEY 中，裁判会先写下动作的顺序，并将其锁进一本书里。一旦顺序锁定，玩家必须严格按照书上的内容执行动作。你不能更改顺序，也不能尝试不同的动作。
• 原理： 系统在任何人开始处理之前，就先对交易列表达成一致。一旦列表锁定，没有人可以“倒流”计算机来尝试不同的结果。结果是最终确定的。

障碍与 ODYSSEY 如何跨越它们

作者承认，拥有一个“受信任的委托人”会产生一个新的问题：交通拥堵。如果每个人都把牌交给同一个朋友，那个朋友会被压垮，导致游戏变慢。此外，如果这位朋友拒绝参与游戏（“拒绝委托”攻击 / Denial of Delegation attack）怎么办？

ODYSSEY 添加了两个聪明的特性来保持游戏的高速运行：

1. 位置感知并发执行（交通警察）：

   • 类比： 与其让一个人做所有的活，系统会将一副牌分成更小的堆。它根据谁离得近或需要什么牌，将不同的牌堆分配给不同的受信任朋友。这就像一个厨房，厨师不会独自切完所有的蔬菜；他们把切洋葱的任务交给一个人，把切胡萝卜的任务交给另一个人，但他们会确保如果食谱要求，洋葱必须在做汤之前切好。
   • 结果： 许多事情可以在同一时间并行发生而不会打乱顺序，从而保持系统的高速运转。

2. 委托失败处理器（备份计划）：

   • 类比： 如果你的受信任朋友突然睡着了或者拒绝玩了，游戏不应该永远停滞。ODYSSEY 有一个计时器。如果你的朋友没有及时做出动作，系统会自动说：“好吧，我们暂时跳过这一步，进入下一步”，这样游戏就能继续进行。
   • 结果： 即使某些参与者偷懒或心怀恶意，系统仍能维持运转。

结果：奏效了吗？

团队使用一个真实的区块链平台 FISCO BCOS 构建了一个可运行的 ODYSSEY 原型。他们在两种环境下进行了测试：一个是快速的局域网（LAN），另一个是较慢的广域网（WAN），即互联网。

• 结论： ODYSSEY 比标准的非加密区块链稍微慢一点（因为安全性总是以牺牲速度为代价），但对于一个机密系统来说，它非常快。
• 数据： 在一个拥有 3 个节点的广域网中，ODYSSEY 每秒可以处理约 4,000 笔交易，延迟仅为 0.4 到 0.5 秒。

总结

ODYSSEY 是一种运行机密区块链的新方法。它并没有试图让“玻璃房”变得不可见（这很难），而是通过使用受信任的委托人来限制谁能看进去。它还锁定了事件的顺序，使得任何人无法通过倒流时间来作弊。它解决了现有系统的安全漏洞，同时保持了足够高的速度，能够满足现实世界的商业用途。