微软coco区块链平台如何利用tee技术解决3大问题？-全讯国际

2017年8月10日微软在纽约发布了企业级开源区块链基础平台coco blockchain framework (confidential consortium blockchain framework )，旨在解决企业区块链的三大挑战：性能、隐私和组织管理。该项目由微软亚洲研究院的区块链团队、microsoft azure 区块链产品组以及微软剑桥研究院一起设计和开发而成。

coco framework集成了最先进的软件架构、密码学、一致性算法以及可信计算的技术(如intel的sgx、hypervisor的vsm)。有了coco framework的技术集成，企业可以放心地开发更多样、更复杂的区块链应用，进而让区块链技术可以真正地在这场数字化革命中得以施展和绽放。

coco framework：兼顾解决三大“顽疾”

近年来，区块链技术备受关注。特别是2017年，几乎每个行业都在积极地探索区块链技术，渴望从中挖掘出新的运营模式和商机。然而，在推进区块链技术应用的过程中，企业级用户意识到现有的公链的区块链协议并不能满足他们的业务需求，最直接面临的就是性能、隐私和组织管理这三大“顽固问题”。

为什么这三个问题很难从系统角度解决呢?这是因为在公链区块链系统的设计中，主要考虑的是如何让不同节点达成共识，而不同节点所处的环境通常是匿名的、不可信任的、潜在敌对的环境。因此，为防止恶意行为，交易一般都用“明文”(非加密)对所有人可见以监督验证，并应用拜占庭容错类算法来达成共识。然而，这就使得公链中的“保障”技术、性能和隐私保护形成了一个“顾此失彼”的关系，运用“保障”技术就意味着无法兼顾性能优化和隐私保护，但这些恰恰是企业业务的需求。至于隐私问题，我们曾在之前的文章“一文读懂区块链上的隐私与监管问题”中剖析过，相关全讯担保网的解决方案一般仅适用于特定的系统中，很有局限性，并且通常会带来性能的损失。

因此，如何设计全讯担保网的解决方案来兼顾公链中的“保障”技术和性能、隐私保护等成为技术研究领域的一大挑战。coco framework的出现则一举击中行业痛点，让我们看到了可行性。

隐私烦恼“去无踪”：tee环境和区块链高度集成

用coco framework部署的区块链网络具有高度可扩展和隐私保护的特性。它可以满足所有企业联盟链的关键需求，从而加快区块链技术在企业中的广泛应用。coco framework不是独立的块链协议，它提供了一个信任的基础，可以整合现有的块链协议(如ethereum，quorum或corda等)提供完整的企业级区块链全讯担保网的解决方案。

coco framework充分利用可信计算环境tee (trusted execution environment)，如 intel sgx 和windows 虚拟安全模式(vsm) ，创建了可信的网络。tee环境既可以证明放入代码的正确性，又能保证运行时内部数据对外界不可见以及不被篡改，进而可以确保保障区块链协议关键代码和数据的机密性、完整性，使得区块链的应用可以在完全受信任的成员节点上高效运行。

tee环境从技术上实现了隐私性能的大幅提升：第一，网络中物理节点之间信任的建立无须节点拥有者之间的相互信任;第二，能够在保证区块链状态保密的情况下处理各种用户请求。事实上，已经有不少的区块链项目采用tee来达到隐私或者性能方面的要求，例如hawk[1] 中就用tee来完成智能合约中对私密信息的处理，而非代码本身以及用户查询请求的隐私性;hybster[2] 则用tee实现了高效的bft协议等等。与它们不同的是，coco framework将区块链和tee高度集成，达到了更高的隐私性以及灵活性。

coco framework的运行原理

coco framework搭建的网络中的节点，通过证书的验证(如intel背书)而成为可信节点vn(trusted validating nodes)。每个节点运行coco framework和某个区块链的协议(比如以太坊)，并根据所选取的一致性协议系统选取lead来处理应用中的交易事务。

类比来说，成为lead的vn就像以太坊里面的矿工，但不同的是coco framework里面的每个vn都可以通过tee attestation 验证其他节点执行时候所用的代码哈希值(恶意行为将直接被发现)，而不需要像以太坊一样通过重新计算交易来验证。vn之间通过tee可以互相验证身份和代码从而建立可信的连接。更为重要的是，coco framework包含了一套密钥及权限管理机制，可保证只有在tee中才能处理加密后的交易，并且只有拥有相应权限的用户才能查看相关状态。

正是由于可信网络的建立，让coco framework 搭建企业级区块链网络的优点十分突出：

吞吐量和交易响应时间接近数据库的速度。通过使用tee，coco framework可以简化一致性协议，从而提高了交易的速度和延迟但不会影响安全性。

支持更丰富、更灵活的隐私保护模型。有了tee的加成，coco framework通过使用数据访问控制方案来实现复杂的隐私保护模型。交易的执行，智能合约代码和状态都只能通过应用定义的接口返回给有权限的人。

提供可编程的管理模型来支持任意的分布式管理策略。

支持非确定性(non-deterministic)的交易和运算。在绝大多数的区块链系统里，交易的运行结果必须是确定的，任何纯随机的运算都会导致无法有效重现和验证。然而在coco framework里因为有了tee，节点间的运算结果无需验证，所以可以支持非确定性的计算。更加灵活的是，交易可以根据应用的需要和外界系统进行交互。这极大的丰富了应用的语义和场景。

已有的区块链协议通过与coco framework的整合能够直接解决隐私、性能和管理三大问题。例如，一个企业正在使用以太坊开发应用，那么与coco framework整合之后，关键问题一并解决，且不需要对已经开发的应用做修改。

同时，coco framework并非必须要和云服务绑定，它可以被部署到云上(如microsoft azure)，也可以部署在企业自己的服务器上。正因为此，coco framework在短时间内就迎来了广泛企业和区块链团队的欢迎和拥抱，如j.p. morgan (quorum)、r3 (corda)以及 intel (hyperledger sawtooth)。更多技术细节，请查看 coco framework白皮书。

“3-3-8”号技术探险小分队

微软亚洲研究院区块链团队是coco framework设计与开发的区块链专家团队，负责coco framework中的区块链层，探索和解决将区块链系统整合进coco framework的技术路径。以对以太坊的整合为例，直接把以太坊放进tee的enclave中是无法取得较高的性能和隐私保护的。如何让以太坊利用coco framework的优势发挥最大性能也是一个挑战。为了解决这些问题，我们设计和开发了与公链以太坊兼容的企业级以太坊版本来与coco framework进行整合。整合后我们又对整体性能进行了全方面的优化，使得coco framework相对以太坊本身，吞吐量达到接近两个数量级的提升。

与我们一起并肩战斗的兄弟团队还有位于美国雷德蒙(redmond)的microsoft azure区块链团队和微软剑桥研究院系统安全组的研究员们。三方团队间特长互补，合作中紧张又刺激。有意思的是，三个团队均匀分布在三个时区，每天一个团队下班前，都会迎来另一个团队来上班，任务交接高效、自然。在这样一个国际化的团队里做研究开发8个月，相当于一个普通团队24个月的开发进度。这也是coco framework能够迅速设计、开发，并顺利发布的关键。

附录：

[1] ahmed e. kosba, andrew miller, elaine shi,zikai wen, charalampos papamanthou:

hawk: the blockchain model of cryptography and privacy-preserving smart contracts. ieee symposium on security and privacy 2016: 839-858

[2] johannes behl, tobias distler, rüdiger kapitza hybrids on steroids: sgx-based high performance bft.eurosys 2017

白皮书链接：

https://github.com/azure/coco-framework/blob/master/docs/coco framework whitepaper.pdf

(文章转自微软亚洲研究院)