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宋晓冬:区块链与人工智能结合能显著解决两大痛点

 目前已经在运行的区块链平台,如以太坊这样的智能合约平台,受制于去中心化共识机制的限制,一直面临很难实现大规模交易吞吐的瓶颈;而 EOS 等新的关注性能表现的 DApp 平台,又往往被批评共识机制呈现中心化趋势,丧失了区块链的价值。

在这个赛道拥挤、但是成果寥寥的开发方向上,Oasis Labs提出的在区块链上实现诸如人工智能等计算密集型应用的目标,自然充满想象力。

Oasis Labs的创始人兼首席执行官是加州大学伯克利分校计算机科学系宋晓冬教授。这位被中国科技媒体冠以「计算机安全教母」之名的知名学者,其英文名字「Dawn Song」更广泛地在计算机安全及加密学领域被业内人士知晓。

宋晓冬教授于 1996 年毕业于清华大学,之后于 1999 年从卡内基·梅隆大学计算机系获得硕士学位,2002 年从加州大学伯克利分校获得博士学位。之后,她曾在卡内基·梅隆大学计算机系任教,后任教加州大学伯克利分校。

业内人士以「学霸」和「得奖大户」形容宋晓冬教授的学术成绩。她曾是是麦克阿瑟天才奖 MacArthur Fellow 的获得者,曾在 2009 年入选美国麻省理工学院 《MIT 技术评论》杂志评选的「35 位 35 岁以下创新者」榜单。她在卡内基·梅隆大学执教期间指导学生完成的一篇论文,提出了计算机安全领域的「污点分析法 Dynamic Taint Analysis」。该论文不仅成为计算机安全领域被引用数量最高的论文,更是引领了计算机安全领域商用趋势的发展。

她曾创立过一家名为 Ensighta Security 的计算机安全公司,后在 2013 年被另一家计算机安全公司 FireEye 收购。

近几年,宋晓冬教授的研究领域从计算机安全延伸至人工智能和分布式技术。她同时也是著名的区块链联盟 IC3 的发起人之一。IC3 是由美国国家科学基金会于 2015 年资助成立的一个区块链联盟,由康奈尔大学、加州大学伯克利分校、伊利诺伊州香槟分校和以色列理工学院等学术机构联合发起,不少企业巨头和金融机构也相继加入。

把智能合约的执行与共识拆开

一个明星教授带领的 Oasis Labs的团队如何实现其立下的「构建基于区块链的云计算平台,实现隐私保护、安全和性能兼顾」的愿景?

与很多只有一纸蓝图即开始融资的区块链项目不同, Oasis Labs已经开始邀请开发者申请参与测试网,进行非公开测试。

只是,Oasis Labs目前公布的技术细节等信息非常有限,并且由于无 ICO 计划,该项目也无白皮书可以提供。

不过,宋晓冬教授和该项目 CTO Raymond Cheng 等人在 5 月份发布了一篇论文,介绍了一种「集保护隐私、可信任和表现能力与一体的智能合约执行平台—— Ekiden」,从中可以看出 Oasis Labs的技术原理。

「Ekiden」一词源于日本,被称为「驿站长跑接力」,是一项在日本很受欢迎的接力跑运动,接力团队中,每人需要跑过半场马拉松的距离,进行接力。

在该论文中,宋晓冬和她的团队直接把 Ekiden 平台的主要功能与以太坊进行了对比,得出的结论是:「我们已经在一条自 Tendermint 延伸出的区块链上构建了一个端到端的 Ekiden-BT 系统,与以太坊主网相比,其实例性能提升了 600 倍,吞吐量减少了 400 倍,成本降低了 1000 倍。」

该论文详细阐述该平台的架构:

1.Ekiden 的架构分为 4 层,最上是应用层,往下依次是运算层、存储层和共识层。其中,将运算、存储和共识的功能分隔开,对于高性能和安全性至关重要。

2.Ekiden 网络由三个主要角色组成:客户端,计算节点和共识节点。其中,客户端是智能合约的最终用户,可以创建智能合约或执行现有合约。计算节点使用多个可信执行环境 TEE 来执行智能合约,处理来自客户端的请求。而共识节点通过共识层维护分布式账本。

「黑盒子中进行运算」

以上的内容听上去很抽象?

TechCrunch 发布的一篇文章提供了记者与宋晓冬教授的邮件沟通内容,宋晓冬教授用更简单的语言解释了该平台如何保护隐私并实现高性能。

「我们使用结合了可信硬件和密码学的技术,实现处理加密数据来执行智能合约,在过程中可以确保数据的隐私和保密,就如同在黑盒子中进行运算,最后只输出运算结果,但不需展示黑盒子里的情况。」她表示。

这其实是指,该系统中的计算节点通过利用可信执行环境 Trusted Execution Environments, TEE 来执行智能合约。

通常而言,这种「可信的硬件」可以提供「可信执行环境」,该环境可以保证不被常规操作系统干扰的计算。这在传统数据库领域比较常见,例如处理支付、认证或处理某些敏感信息。

在区块链领域,对 TEE 应用有一些案例。区块链安全公司 PeckShield 创始人蒋旭宪教授介绍,在区块链领域,有些项目尝试过用 TEE 来提供链上的预言机 Oracle 服务,也有项目用 TEE 来保护私钥。

不过在Oasis Labs区块链系统的设计中,用这样的方式来处理智能合约的执行,确保隐私保护。

而对于解决可扩展性的问题,宋晓冬则表示:「我们的解决方法是,把智能合约的执行与共识拆分。我们的观察发现,目前已有的智能合约系统中,共识运作过于昂贵。我们的网络协议的设计可以让运算节点和存储节点处理交易,不需依赖负荷很重的共识协议。」

她进一步解释:具体而言,当执行每个智能合约时,会随机从「运算委员会」中选择一个运算节点的子集,使用 PoS 的机制。该运算委员会执行智能合约交易,而共识委员会再核实计算委员会运算结果的正确性。「我们利用不同的数学和密码学措施,实现核实运算结果正确性的过程保持高效。」一旦成果核实运算正确,共识委员会向分布式账本传输结果状态。

「由于运算层和共识层分开,共识层只需核实运算曾的计算结果,实现了更高的可扩展性。」宋晓冬解释说,「在该平台中,使用 PoS 机制选择不同节点成员,来执行包括运算、存储和共识这些不同的功能。这个过程中,可以实现根据工作量和系统需求,让不同的功能独立扩容。」

可信硬件是否会成为瓶颈?

未来,Oasis Labs代币的使用模式与以太坊非常相似,用户向矿工支付燃料费来执行智能合约。在Oasis Labs的平台上,存储和运算拥有不同的定价模式,但是都通过同样的代币结算。

不过,Oasis Labs面临的挑战在于,由于目前公链项目的性能和敏感信息处理方面存在的问题有目共睹,有不少团队和项目在力图解决这些问题。

比如,核心团队来自 MIT 媒体实验室的区块链项目 Enigma 就一直强调自己是保护隐私的分布式计算平台。

今年 6 月,硅谷一个名为「Taxa」的团队宣称将开发一个可以被各种底层链和 DApps 通用的「逻辑层」,其架构中,将智能合约的执行与公有链的共识机制分离,同时,也通过应用可信硬件确保数据的隐私性。这听上去同Oasis Labs的架构相似。该项目宣布已经获得丰元创投、峰瑞资本、贝塔斯曼亚洲投资基金、FBG 资本、Nirvana Capital、连接资本等机构的投资。

此外,也有项目评测者提出,利用可信执行环境 TEE 进行敏感信息保护,在目前的情况下,最常用的是使用英特尔 SGX 技术,在 Ekiden 论文的测试中,也是使用的英特尔 SGX 可信硬件。但是,只有 2015 年之后生产的英特尔处理器才会有该项技术。如果该项目最终选择使用 Intel SGX 技术的话,会令项目受限。

对于此,Oasis Labs在宣布融资消息的官方介绍材料中专门强调,宋晓冬教授和她的团队在加州大学伯克利分校还在开发一个名为「Keystone」的开源项目,专门从事可信硬件相关领域的研发。由此可见,Oasis Labs的团队已经在为可信硬件相关的技术进行储备。

以太中文网Ethchinese独家整理


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