我们此前发布的隐私系列首篇文章深入探讨了区块链网络中”隐私”的独特内涵,以及为何在分布式账本中实现隐私保护面临诸多技术挑战。随着研究的深入,我们发现多方计算(MPC)可能是构建灵活处理共享私密数据且避免单点故障的最佳解决方案。本文将系统梳理MPC的技术发展脉络和信任基础,同时对比分析其他替代方案的优劣势,为读者呈现区块链隐私保护技术的全景图。特别感谢Avishay(SodaLabs)、Lukas(Taceo)、Michael(Equilibrium)和Nico(Arcium)对本文的专业贡献。
突破传统思维框架
当前区块链隐私基础设施主要服务于特定场景,如匿名支付和投票系统。这种局限性反映了区块链现有应用场景的单一性,正如Tom Walpo的洞见所示,加密货币领域正面临”费米悖论”的困扰。
我们认为隐私技术不仅是保护个人自由的工具,更是推动区块链突破当前金融投机局限的关键。许多创新应用都需要不同程度的隐私保护机制:金融应用需要保护用户间的交易隐私,而多人游戏则需要隐藏部分状态信息(如扑克游戏的底牌)来维持游戏乐趣。此外,某些应用如链上交易策略和匹配引擎,还需要隐藏核心算法逻辑同时保持功能可用性。
来自Web2和Web3的实证研究表明,大多数用户不愿为额外隐私支付溢价或忍受复杂操作。虽然隐私本身难以成为卖点,但它能催生更具价值的区块链应用,帮助我们破解加密货币的”费米悖论”。隐私增强技术(PETs)和现代密码学解决方案(如可编程密码学)正成为实现这一愿景的基石。
三大核心假设
我们对区块链隐私基础设施的展望建立在三个基本假设之上:首先,密码学技术必须对开发者透明化。大多数开发者缺乏实现复杂隐私方案的专业知识,期望他们自行构建隐私应用(如Zcash或Namada)并不现实。理想的解决方案应该是通过”可编程隐私基础设施”或”保密性即服务”来隐藏技术复杂性。
其次,许多应用需要共享私有状态。虽然可以依赖中心化实体处理,但我们更倾向通过减少信任需求来规避单点故障。仅靠零知识证明(ZKPs)无法满足这一需求,还需要结合可信执行环境(TEE)、全同态加密(FHE)或MPC等技术。
第三,扩大隐私集合能增强保护效果。正如研究所示,多数隐私泄露发生在数据进出隐私集合时。通过在统一区块链上构建多个隐私应用,可以扩大隐私集合规模,从而提升整体保护水平。
终极目标与实现路径
区块链隐私基础设施的理想状态是什么?是否存在放之四海皆准的解决方案?我们的研究表明,现有技术各有优劣,目前已出现11种不同组合方式(详见附录)。
当前主流的零知识证明(ZKPs)和全同态加密(FHE)都存在固有缺陷:ZK协议虽能提供强隐私保障,但无法实现多方对同一私有数据的协同计算;FHE虽然支持加密数据运算,但面临密钥管理难题。如果目标是构建可编程的隐私基础设施,那么无论选择何种技术路径,最终都将指向多方计算(MPC)。
值得注意的是,MPC在不同场景中的应用各有侧重:在ZKP网络中用于增强系统表达能力,在FHE网络中则用于提升安全性。尽管这些方法日趋成熟,但其保障机制仍需深入研究。由于最终信任假设都建立在MPC基础上,我们需要重点考量三个关键问题:MPC协议能提供何种强度的隐私保障?技术成熟度如何?与其他方案相比是否具有合理性?
MPC的风险评估
在FHE解决方案中,”谁掌握解密密钥”是核心问题。如果答案是”网络”,那么网络组成就至关重要。MPC的主要风险在于合谋——当足够多参与者恶意合作时,可能导致数据泄露或计算资源滥用。合谋风险取决于多种因素:协议容错阈值、网络参与者可信度、节点数量与分布、许可机制类型以及对恶意行为的惩罚措施。
就保障强度而言,MPC虽不及理想状态,但显著优于单一中心化方案。解密阈值的选择需要在安全性和活跃性之间权衡:N/N方案安全性最高但容错性差,N/2或N/3方案更健壮但合谋风险更高。不同项目采取不同策略,如Zama采用N/3方案,而Arcium目前使用N/N方案。
混合方案可能是折中选择:高信任委员会负责密钥管理采用N/3阈值,计算委员会采用轮换机制。增强安全的另一途径是在可信执行环境(TEE)中运行MPC,这也是Zama和Arcium的研究方向。
技术成熟度与瓶颈
从性能角度看,MPC面临的主要挑战是通信开销。随着计算复杂度和参与节点增加,通信成本呈指数级增长。这导致两个实际问题:运营商规模受限(如Zama的解密网络目前仅支持4个节点)和许可机制的必要性。虽然无许可网络是终极目标,但现阶段许可方案更为可行。
替代方案比较
完整的隐私方案组合包括:FHE进行委托计算、ZKP验证计算正确性、MPC实现阈值解密,以及TEE增强安全性。这种复杂架构虽理论上完备,但存在实施难度大、边缘案例多、开销高等问题。正如Seismic的Lyron所言,我们应寻求在隐私需求和实际权衡间的最简方案。
直接使用MPC进行通用计算是另一思路,Arcium和SodaLabs等团队正探索通过预处理降低通信开销。SodaLabs提供的基准测试显示,虽然MPC计算效率已有提升,但距离大规模应用仍有距离。
可信执行环境(TEE)因其较低性能开销重新受到关注,但存在硬件依赖和单点故障风险。私有DAC等方案虽然隐私保障较弱,但在成本和性能敏感场景可能是唯一可行选择。Lens Protocol就采用此方案实现私有数据流。
隐匿地址(如Umbra和Fluidkey的方案)提供交易层面的隐私保护,但无法支持通用计算,且存在聚类分析等潜在漏洞。
潜在风险与挑战
我们关于MPC作为终极方案的论点面临多重挑战:共享私有状态的重要性可能被高估;性能与隐私的权衡可能不经济;专业化方案可能优于通用设计;监管障碍可能限制实验空间;以及MPC和FHE的开销问题。FHE硬件加速(如Optalysys和Niobium的开发)可能需时更长。
结论与展望
最终,可编程隐私基础设施的强度取决于其最薄弱环节。虽然MPC相比中心化方案是重大进步,但行业需要正视其局限性。不同问题需要不同解决方案——即使拥有最好的锤子,也不是所有问题都是钉子。
附录部分详细列出了区块链隐私保护的11种方法(包括ZKP、MPC、FHE、TEE等技术组合)以及行业现状概览,为读者提供全面参考。
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