ASI:金色深核｜如何用TEE搭建加密貨幣網絡？

本文是《區塊鏈技術手冊》系列的第二篇，目標是為了讓讀者可以懂得一條鏈是如何搭建起來的，也可以理解加密貨幣項目的網絡結構。

第二篇選題選擇有關TEE，原因是TEE是一個非區塊鏈領域的硬件，但卻是我們生活中可用不可知的硬件，例如英特爾2015年后的CPU都有TEE。這樣讀者可以清楚的感受到網絡每個部分的存在，了解到區塊鏈究竟是我們所謂的鏈、加密貨幣網絡里的哪個部分？

本文內容會相關于3個項目，3個項目都是使用TEE特性的項目，每個項目的網絡結構各不相同，但都有明顯的分層特征，TEE的性能被這三個網絡運用在了網絡中的重要部分。文中會對3個網絡結構進行解構和對比，希望對比之后，你會清晰的了解到一個加密貨幣網絡的搭建是如何進行的？

另外，《區塊鏈技術手冊》系列在后續的篇章中還會繼續介紹將其他特征的公鏈。話不多說，進入今天的正題。

一條公鏈，可以稱之為一個應用開發網絡，網絡聚集了IT資源，開發者利用資源開發應用，網絡最基礎的部分是通信。

公鏈在基礎通信層之上，會加入共識，因為網絡由節點組成，節點間是通過共識協同完成網絡任務的。其中會有很多承擔不同功能的節點，例如大分類上可以分為全節點、輕節點。

在不同網絡中，節點的功能可能會被細分成更多分類，例如共識節點、匯總節點、歸檔節點等。這些節點都有全節點的功能，但會被加入其他功能的開關。

每個節點都有不同的運行方，所以節點背后是人，這賦予了節點有一定角色意義，這也是加密貨幣網絡被稱為人類治理實踐的原因。加密貨幣網絡的創建，需要創始團隊先建立自己的節點運行網絡，然后吸引其他人建立節點加入網絡，使網絡逐漸健壯，繼而成為開發者開發dApp的土地。

無論加密貨幣網絡設計如何，網絡都需要節點參與，節點是it資源的來源。團隊需要保證節點運行穩定，所以節點參與大部分是由代幣激勵實現的。通過經濟收益方式引入節點、保證節點穩定。代幣激勵也要有“循環”，所以在網絡上層，使用者會消耗網絡資源，需要支付提供資源的費用，例如gas費。

金色財經挖礦數據播報 | ETH今日全網算力下降2.48%:金色財經報道，據蜘蛛礦池數據顯示：

ETH全網算力170.086TH/s，挖礦難度2190.07T，目前區塊高度9692387，理論收益0.00835709/100MH/天。

BTC全網算力104.401EH/s，挖礦難度16.55T，目前區塊高度622028，理論收益0.00001519/T/天。

BSV全網算力2.531EH/s，挖礦難度0.35T，目前區塊高度626683，理論收益0.00071125/T/天。[2020/3/18]

運行原則上最重要的是每個鏈要有一個總帳本，共識節點負責驗證交易形成總帳本，像比特幣一樣。但如果網絡既要保證安全還要高性能，就不能只有一個網絡，要把很多的處理任務分攤出去，否則就會和比特幣、PoW的以太坊一樣。

這里的原則是為了網絡擴容和可拓展性，在驗證交易組成總帳本的網絡之外還需要多個負責計算的網絡，也就是在主鏈外做很多處理網絡交易的節點，這些節點會組成新的網絡層，也就會形成分層。

為了擴容和可拓展性的工程實踐，目前很多項目都引入了模塊化的思維，模塊化和分層有同樣的意義，分層是縱向的分割，模塊化更加深入每一個細節，因為會包含在單獨分層內的模塊分割。

以上的邏輯是加密貨幣網絡發展的基礎思路。在這個思維邏輯之上，最難的莫過于網絡從0到1。本文會以Oasis、Phala、Crust三個網絡的結構和節點搭建解讀這件事。

讓我們先看一下三個加密貨幣項目的網絡結構。Oasis、Phala、Crust三個項目都有分層的思路，第一步是把共識層先分離出來。

Oasis有一個單獨的共識層，共識層由具有穩定信用的企業或組織建立，節點間通信依靠Tendermint算法，確認出塊。

Phala也擁有獨立的共識層，但設計較為特殊，因為Phala把共識的計算節點稱為GateKeeper，GateKeeper的節點設施是具備TEE的，節點間算法使用NPOS（可參照波卡的NPOS）。

分析 | 金色盤面：BTC/USDT 15分鐘走勢平穩:金色盤面綜合分析：BTC/USDT在過去10個小時震蕩走平，多頭依托6400構筑防線，而空頭也沒有趕盡殺絕的意思。但市場不會持續橫盤，相信這種平衡只是大戰前的暫時寧靜，今夜的戰斗不會輕松。[2018/8/9]

Crust則把共識層設計的更加復雜一些，因為用了混合共識，共識節點利用TEE硬件搭建，底層使用的是可證明有意義工作量的共識MPoW，目的是在把節點存儲文件的證明可信的計算出來。MPoW之上還有一層GPoS共識的共識層，MPoW層的計算結果（也就是節點的有意義工作量）會上傳到GPoS層出塊，所以GPoS層負責確認出塊，是總帳本的生成層。

三個項目的共識層是這樣做的，那接下來共識層之外選擇了怎樣的設計？

Oasis的架構是共識層加Paratime層，也就是除了共識層外，都是Paratime，理解上Paratime是一個單獨的計算節點群，每一個Paratime都可以有自己的特點，這一層負責計算和存儲，每個Paratime里會有委員會節點保證將Paratime的元數據上傳到共識層。

這里需要提的是，目前TEE的硬件是可以運用到Paratime里，但Paratime的特點不僅僅局限于TEE，還會包含其他類型的技術特性。

Phala的共識層外，是計算層，這一層由許多并行執行的保密合約（來自TEE）組成，也就是具備TEE的計算節點，每個TEE獨立與共識層通訊，每個計算節點運行一個pRuntime，這樣的設計是把計算下放到礦工，以實現擴容，而Gatekeeper（共識層）負責計算的安全性。從結構上看，每一個TEE計算節點的pRuntime，和Oasis的Paratime很類似。

金色財經現場報道 胡磊：IBM致力于開源項目的標準治理和維護:在IBM & Avazu區塊鏈技術賦能與場景應用沙龍上，IBM沃森與云平臺事業部、云計算區塊鏈解決方案專家胡磊分享目前IBM區塊鏈產品和服務框架。他指出IBM提供端到端的服務，具備從咨詢、設計、開發到實施和維護的服務能力。IBM已經在生態環境、解決方案、平臺建設和HYPERLEDGER等層面進行了布局。值得注意的是，胡磊指出IBM致力于開源項目的標準治理和維護，未來會在區塊鏈游戲和區塊鏈廣告等層面加強布局。[2018/6/6]

Phala的網絡結構（共識層+計算層）

Crust除了MPoW、GPoS共識層外，接下來就是計算層和存儲層，因為Crust將分布式存儲的概念做了主要實現，所以在計算和存儲層直接通過類似云服務的產品實現。單獨做服務層設計也是很合理的，與其余兩個項目相比，Crust是把計算層和存儲層直接產品化了，這個思路從項目背景來看，是想把存儲和計算資源市場化的表現，也就可以把這一層稱之為服務層。

理解了設計總結構，接下來的解構主要是節點類別，前文我們提到，節點都有角色屬性，節點背后是人，當節點組成網絡，網絡就會因為人的因素而存在一些表象，比特幣以太坊都是如此，因為PoW挖礦讓很多PoW網絡已經遠遠超過穩定閾值，表現穩定，此外，歷史上的PoS實驗雖不足以稱之為成功，但維持網絡穩定運作是綽綽有余的。先從0到1之后，才有其他可能。

對于公鏈團隊來說，搞定節點背后的人，就可以讓網絡穩定，慢慢從0到1。接下來就讓我們看看，這三個項目的網絡都由哪些節點？如何參與？

Oasis的節點會分為：共識節點、Paratime節點（Paratime里會包含委員會節點），其中共識節點需要運行Tendermint?Core以及Oasis Core。節點可以在本地部署，也可以部署在服務器。

金色財經現場報道，Elaine Shi：區塊鏈的吞吐量方面還需進行更新迭代:在2018年世界數字資產峰會（WDAS）暨FBG年會上，來自Thunder公司的Elaine Shi表示，當前的區塊鏈基礎設施吞吐效率較低，難以支持大量的分布式應用落地使用，當前區塊鏈在吞吐效率方面還需要進行更新迭代。[2018/5/2]

具體操作流程可參閱

https://docs.Oasis.dev/general/run-a-node/set-up-your-node/run-validator

Paratime層的節點是需要運行Runtime客戶端，節點聚集成網，互相協作，其中會有一個委員會節點負責將所有的元數據發送給共識層。而當這個Paratime是具備TEE的，會通過協議控制方式控制TEE，使用TEE做遠程認證和執行調用。

Oasis的網絡結構（共識層+Paratime層）

Phala的網絡則分為GateKeeper、全節點（歸檔節點可理解為包含在全節點內），網絡分為共識層和計算層就可以了，網絡的共識層是一個區塊鏈，是由GateKeeper節點組成完成，然后全節點進行匯總碎片和塊存儲。計算層來運行保密合約，由分散的TEE計算節點組成。

其中所有節點都需要運行三個軟件：Phala節點、pRuntime、橋。運行Phala客戶端，節點的運行硬件需要滿足TEE硬件需求，目前支持Intel SGX，未來會引入AMD SEV。此外，這些節點的配置相同，在運行時只是因為功能開關的不同，而成為不同的角色。例如GateKeeper是需要單獨報備一下TEE，才能成為GateKeeper。

金色財經現場報道 金色財經現場報道 Qtum量子鏈創始人帥初：公眾和從業者對區塊鏈還是很多的誤解:金色財經現場報道，在2018區塊鏈技術及應用峰會上，Qtum量子鏈創始人帥初認為，公眾和從業者對區塊鏈還是很多的誤解，大家都只看到了炒幣的火熱，而忽視了區塊鏈帶來的變革，特別是區塊鏈作為免信任平臺意義何在？未來會有哪些使用場景？區塊鏈技術為我們打開了新的思路，未來我們不需要在公司的架構下，就能進行生產創造。人們從事的角色也會發生變化，在Token Economy里面，每個人都會有多重身份。關于比特幣分叉，帥初表示站在軟件科學的角度，比特幣分叉未嘗不可；加密貨幣注定不平凡，會受到各種監管，這條道路能走多遠，取決于各方的努力。[2018/3/30]

關于節點運行操作流程，可參閱

https://wiki.Phala.network/en-us/docs/poc2/run-a-full-node/

Phala主網還未上線，現在是第三測試網，已經開放了計算節點（礦工）可以自由接入，如果成為GateKeeper節點，需要團隊授權。

Crust網絡結構相比兩者復雜，從節點功能上看分為MPoW節點（也是分布式存儲節點）、GPoS節點，但從節點的運營者角色去歸類，節點類別并沒有那么多，都在為去中心化存儲市場DSM服務。

所以，具有存儲資源的用戶可以運行兩種節點：驗證人和候選人。

驗證人是Crust網絡中負責打包并生成區塊的節點，維護著整個區塊鏈網絡的共識，這里的共識是GPoS共識。驗證人節點也是一個提供存儲資源的節點。MPoW共識統計的就是存儲工作量，所以驗證人也同時運行MPoW層的節點，運行客戶端為Crust（GPoS）、Crust sWorker（MPoW）。

Crust的網絡結構（MPoW+GPoS+DSM)

節點具體操作可參閱

https://github.com/crustio/crust/wiki，其中包含Crust測試網參與方式和節點安裝手冊。

另外的一個節點角色是候選人，是Crust?網絡中參與競爭成為驗證人，但沒有獲得驗證資格的節點，候選人和驗證人的區別是，候選人節點不參與生成區塊，不能獲得單獨給予生成區塊節點的獎勵，但是候選人可以獲得區塊鏈每個周期的獎勵分成。也就是需要安裝節點，等待候選。

當我們看完三個網絡的搭建過程，對網絡會有一個初步的結構認識了，那這些網絡設計的原則是什么？創新點又在哪里？

比特幣建立一個網絡，用共識對抗雙花，以太坊增加智能合約，網絡變成可以編程的，但以太坊并沒有擺脫PoW，Eth2.0還有待驗證，也是因為完全自由意義下，質押驗證者出塊的實踐仍有不確定性，歷來，那些承擔主要運營節點的，都會是網絡里大的利益相關方。

現在網絡設計趨向的目標是擴容和拓展，而原則上要還要包含經濟原則和工程原則，繼而會出現分層或模塊化的思路。例如Oasis的共識層里Oasis Core和Tendermint?Core在功能上是完全分離的，理論上可以更換其他共識，這就是模塊化。而Paretime層的多樣性意味著拓展性，Paratime沒有局限于使用TEE，或者要求所有節點都用TEE。

另外實現網絡規模發展，都是經濟原則驅動的，整個網絡有一個經濟運作的閉環，大部分是建節點，共享資源、出塊，然后獲得獎勵。網絡的實操創新可能會集中在讓參與者收益更均衡、公平。

例如Phala的思路是匯集散布在世界各地的閑置可信計算算力，更去中心化就意味著更加安全。無論是家用電腦還是服務器，只要可以為網絡貢獻計算資源，都可以加入網絡以獲取收益。工程化上，Phala在設計之初比較注重可組合性，因此在實現上融入了波卡的跨鏈協議XCMP，這也為未來Phala成為波卡平行鏈作準備。

Crust除了關于以上的網絡原則設計，創新上主要是做了針對分布式存儲的設計，也就是要共享存儲，以及形成類云服務，這是更加面向產品端的一個調整。Crust也是波卡生態內的項目，未來的產品端會集成到波卡生態標準的Apps里（Apps.Crust.network）。

未來看，三個項目從0到1的關鍵，可能還是會集中在激勵上，因為代幣是項目各部分自運行的動力。經濟原則最重要，其次是創始團隊的實力。

在文章最后，我們做一些技術文檔的解析以及聊一聊目前透漏出的關于在項目的鏈上開發的操作過程。

Oasis的技術文檔內容來自docs.Oasis.dev，其中運行驗證者節點界面的介紹很清晰，可以明顯看到，節點主要需要運行Oasis Core，而關于Oasis Core的詳細內容，可以在OasisCore文檔里查看，其中很詳細的標注了客戶端的功能模塊。

Oasis的Tendermint模塊和Oasis?Core模塊

因為整個Oasis的開發設計，完全是按照模塊化處理的，例如OasisCore里負責基礎通訊的Ttendermint模塊，和其他的設計隔離的很清晰，這意味著未來可以換共識。每一個單項的功能被模塊化后，技術上的組合性可以給網絡更多便利。

關于開發部分，因為Oasis的計算都是部署在Paratime里的，這就要看Paratime的開發入口，例如Second?State為Oasis做的Oasis Ethereum?Paratime，是在Second?State的BUDIL里做的合約開發。

Phala的技術文檔內容來自wiki.Phala.network，目前內容主要圍繞如何成為礦工，也就是GateKeeper以及全節點，還有一個本地開發的指引。

因為Phala未來是波卡的平行鏈，也就意味著，現在的測試網只要平穩運行即可，未來Phala的網絡還會通過插槽鏈接波卡中繼鏈，利用波卡主網的安全性。

現在的開發披露是需要執行Phala-node、pRuntime、Substrate-TEE中繼橋，還有一個web?UI（用于交互調用）可用。另外，開發披露的保密合約的開發指南，也為保密合約黑客馬拉松活動提供了樣例和模版。

Crust和Phala的進度相仿，其技術文檔來源于https://github.com/crustio/crust/wiki，目前主要是節點參與，有很詳細的節點參與設置指南（或查看github里的wiki）。Crust未來也是波卡的平行鏈，所以關于開發上，需要依照Substrate的開發方式，例如在Substrate的App里有開發者使用的RPC調用。

TEE在三個網絡中，其實是足夠發揮特性的，例如Phala為什么用TEE做GateKeeper的計算，因為要用TEE保存簽名和密鑰，其他TEE用來執行保密合約。Oasis也是如此，把合約扔進TEE執行，Crust則把TEE作為一個存儲工作監視器，這是一個很值得嘗試的部分。

此外，這些項目都采用了很融合的方案設計，這種思路是值得學習的，同時，這些項目也都和以太坊開發者一樣，在努力實現著一些讓人興奮的、未知的部分，例如Oasis、Phala著眼于隱私計算，Crust著眼于存儲市場。總體來看，目標是一致的，都是在用加密貨幣網絡改變著傳統互聯網產品，只是驅動進度不同罷了。加密貨幣行程漫漫，愿三個項目都可以如愿達到目標之地。

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