Вычисления для недоверчивых: что такое технология TEE в блокчейне

Что такое Trusted Execution Environment

Trusted Execution Environment (она же TEE) — это изолированная на аппаратном уровне область системы, которая защищает код и данные от внешнего доступа. Иначе говоря, это особая область в процессоре, защищающая обработку данных даже от скомпрометированной операционной системы. То есть что-то вроде особого «черного ящика» на чипе, когда вообще все, что происходит внутри, не может быть прочитано или изменено извне. При этом TEE не является чем-то уникальным для блокчейна — такие технологии уже продолжительное время используются в смартфонах и процессорах компьютеров.

Ключевая идея TEE-криптографии — сделать максимально безопасными удаленные вычисления. 

Допустим, пользователю нужно выполнить программу на чужом компьютере, которому он не доверяет, но при этом хочет гарантированно получить корректные результаты и — чтобы его исходные данные не оказались скомпрометированы. В блокчейн-средах эта проблема особо актуальна, ведь децентрализованные узлы принадлежат разным людям, и ни один из них не должен иметь возможность влиять на подобные вещи.

Как работает TEE

Trusted Execution Environment работает как отдельная, особая часть системы (анклав), недоступная для любых программ, за исключением нескольких заранее одобренных пользователем. Зашифровать и расшифровать данные в таком случае можно с помощью защитного модуля в процессоре, отвечающего за TEE.

На входе устройство получает шифротекст, потом проводит внутри необходимые вычисления и по итогу передает результат вовне. Сам анклав формирует криптографическое доказательство подлинности и выполняемого ожидаемого кода, что подтверждается подписью производителя. Эта процедура так же известна как Remote Attestation («удаленная аттестация»).

В качестве примера основы для TEE можно привести решение компании производителя процессоров Intel — расширение Intel SGX (Software Guard Extensions), отвечающее за набор инструкций по созданию программно-аппаратных анклавов приложениями. Еще один пример — технология ARM TrustZone, на базе которой на операционной системе Android может работать Trusted Execution Environment.

Зачем TEE нужен в блокчейне

Конкретное применение TEE в блокчейн-средах, по сути, ограничивается лишь идеями разрабочиков конкретных проектов. Можно выделить несколько примеров полезных способов применения доверенной среды исполнения:

• обрабатывать скрытую информацию, вроде закрытых смарт-контрактов, конфиденциальных параметров в DeFi, управления криптографическими ключами и так далее;

• оптимизировать работу — часть вычислений проводится оффчейн в закрытой доверенной среде, а результаты уже верифицируются ончейн;

• организовывать систему голосования — в перспективе это сбор голосов, например в рамках управления DAO с последующей обработкой, подсчетом и публичным оглашением результатов, с сохранением «тайны голосования» участниками;

• защищать от MEV-атак; поскольку обработка части чувствительных данных переносится в защищенную изолированную среду, это гипотетически может помочь от разного рода атак с максимальной извлекаемой ценностью, когда недобросовестный пользователь пользуется публичной доступностью данных;

• повышать производительность; криптографические альтернативы вроде доказательства с нулевым разглашением (ZKP) и полностью гомоморфного шифрования (FHE) обладают определенными ограничениями, ввиду чего повышение конфиденциальности вычислений за счет TEE в некоторых сценариях выглядит предпочтительнее. 

Сравнение с FHE и ZKP

Первая слабость Trusted Execution Environment: это далеко не единственный способ обеспечить конфиденциальность вычислений. В блокчейн-системах все чаще используют решения, которые опираются и на другие технологии, в частности на ZKP и FHE. Грубо говоря, они сами представляют собой приемы, в рамках которых исключается доверие пользователем к другой стороне.

TEE же переносит это доверие на конкретного производителя чипа, такого как компания Intel. Если его аппаратно-программное решение окажется скомпрометировано — вся конфиденциальность окажется под угрозой.

Второй нюанс — производительность. Казалось бы, FHE решает схожую задачу. Позволяет выполнять определенные математические операции непосредственно над зашифрованными данными, а уже после расшифровки результата пользователь получает итог вычислений, как если бы операции выполнялись над исходными открытыми данными.

Иначе говоря, вычисления происходят без раскрытия данных. Проблема состоит в том, что вычисления в FHE происходят значительно медленнее обычных вычислений — за счет сложной криптографии и, как следствие, роста шума по мере увеличения операций над шифротекстом. Напротив, в TEE не требуется такая избыточная криптография, поскольку защищена сама среда исполнения.

Третье отличие — цель, которую преследуют разработчики, имплементируя конкретный метод. Вышеупомянутый ZKP подтверждает знание информации, не раскрывая ее. То есть акцент смещается не столько в сторону вычислений, сколько в сторону подтверждения знания валидных данных. На практике все эти подходы не столько конкурируют, сколько дополняют друг друга.

Примеры проектов с TEE

• Secret Network — блокчейн с конфиденциальными смарт-контрактами на основе TEE. Сеть запущена в 2020 году. Разработчики позиционируют свой проект как «центр конфиденциальных вычислений для Web3» и блокчейн, где «конфиденциальность обеспечена по умолчанию благодаря технологии доверенной среды исполнения».

• Проект Phala Network изначально создавался как парачейн Polkadot, а сегодня это децентрализованная облачная платформа конфиденциальных вычислений, ориентированная в том числе на искусственный интеллект. Phala Network использует технологию TEE как для обработки данных, так и запуска ресурсоемких программ.

• Еще один проект, использующий доверенную среду исполнения, — блокчейн первого уровня Oasis Network. Разработчики позиционируют решение, как «ориентированное на конфиденциальность», где взаимодействие с TEE реализовано на особом архитектурном уровне ParaTime layer.

Вывод

Технология Trusted Execution Environments дает блокчейнам возможность выполнять конфиденциальные вычисления. Однако доверие к производителю чипа, уязвимость к физическим атакам и сложность разработки не позволяют назвать технологию панацеей. Доверенная среда исполнения не заменяет иные криптографические методы вроде полностью гомоморфного шифрования или доказательства с нулевым разглашением. Напротив, все эти решения все чаще дополняют друг друга.

Данный материал и информация в нем не являются индивидуальной или иной другой инвестиционной рекомендацией. Мнение редакции может не совпадать с мнениями аналитических порталов и экспертов.