COVA 協(xié)議擁有可以信任的 TEE 節(jié)點(diǎn)，并將通過設(shè)計(jì)社區(qū)激勵(lì)結(jié)構(gòu)、多方秘密共享和計(jì)算方案，以激勵(lì)各方誠實(shí)行事。

新的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

過去的幾年，以下幾個(gè)技術(shù)都取得了新的進(jìn)展：運(yùn)用字節(jié)運(yùn)行監(jiān)控（Bytecode Runtime Monitoring）、可驗(yàn)證的秘密共享、可信執(zhí)行環(huán)境（Trusted ExecuTIon Environment）以及基于博弈論的市場激勵(lì)方案。通過利用上述技術(shù)創(chuàng)新，COVA 創(chuàng)建了一個(gè)新的 Web 3.0 分布式數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的帕累托最優(yōu)狀態(tài)。

COVA協(xié)議由七層實(shí)現(xiàn)。在本文中，我們將為這七個(gè)層中的每一層提供簡要說明：

第一層：數(shù)據(jù)所有者：dApp和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

COVA 用戶可以很容易地構(gòu)建自己的 dApp，在測試階段，我們構(gòu)建了一個(gè)基于 electronjs 的多平臺(tái)分散式應(yīng)用程序（dApp）。這使得數(shù)據(jù)所有者能夠在自己的個(gè)人計(jì)算機(jī)中安全地離線處理、編碼和加密數(shù)據(jù)，具體如下：

1. 在數(shù)據(jù)處理階段，敏感的數(shù)據(jù)集被用一個(gè)矢量 v 進(jìn)行縮放。這樣做的原因是為 TEE 節(jié)點(diǎn)增加安全防護(hù)——雖然TEE節(jié)點(diǎn)本身已經(jīng)非常安全，極不可能被攻破。

2. 然后，數(shù)據(jù)將被編碼為 COVA 的智能數(shù)據(jù)格式，其中包含數(shù)據(jù)所有者指定的數(shù)據(jù)使用權(quán)限條款（例如不能在下周日之前讀取數(shù)據(jù)），再用 nacl 加密庫進(jìn)行加密。

3. 在完成處理、編碼和加密步驟之后，這個(gè) dApp 將加密密鑰 K 和其他敏感信息（例如矢量 v）分割成 N（在我們的設(shè)計(jì)中，N=100）塊：

在這里，我們使用受 Adi Shamir 秘密共享方案啟發(fā)的閾值加密算法來生成這些秘密。然后，dApp將元數(shù)據(jù)記錄到我們的數(shù)據(jù)目錄區(qū)塊鏈（第二層），并通過加密通道將 100 個(gè)秘密部分發(fā)送到 100 個(gè)路由節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)所有者還可以通過此界面與數(shù)據(jù)用戶創(chuàng)建智能合約（或者在稍后階段，數(shù)據(jù)使用者可以從目錄中查找數(shù)據(jù)集并與數(shù)據(jù)所有者創(chuàng)建智能合約）。

在后續(xù)的文章更新中，我們將公布上述方案的各種細(xì)節(jié)，包括多方秘密共享方案，如何在保持結(jié)構(gòu)的情況下進(jìn)行矢量 v 縮放等。

此外，對(duì)于測試階段的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，我們不限制任何數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案，大家可以選擇許多現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供者（ipfs、s3、Dropbox 等）。數(shù)據(jù)所有者可以將加密數(shù)據(jù)上傳到他們選擇的任何存儲(chǔ)解決方案中，并將數(shù)據(jù)集鏈接到我們的 dApp 接口中。這些行為都是安全的，因?yàn)闄z索實(shí)際數(shù)據(jù)集的唯一方法是讓某人同時(shí)訪問密鑰 K 和矢量 v，而這兩者都是通過閾值加密方案保護(hù)的。如果沒有大多數(shù)路由節(jié)點(diǎn)的共識(shí)，即使對(duì)手能夠攻擊大量的路由節(jié)點(diǎn)，他們也不能檢索密鑰。

第二層：數(shù)據(jù)目錄區(qū)塊鏈

數(shù)據(jù)目錄區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际降姆诸悗け?，用于保存?shù)據(jù)集的元數(shù)據(jù)。獲得許可的各方（通常是數(shù)據(jù)所有者或 TEE）可以更新分類賬的元數(shù)據(jù)，但不能刪除條目。我們在測試網(wǎng)絡(luò)中使用了 tendermind 和 bigchaindb 來實(shí)現(xiàn)這個(gè)分類。

元數(shù)據(jù)字段是完全可定制的。dApp builder 可以讓數(shù)據(jù)所有者設(shè)計(jì)所需的規(guī)范，根據(jù)數(shù)據(jù)用戶平臺(tái)的規(guī)范更改元數(shù)據(jù)（或格式），比如根據(jù)醫(yī)療數(shù)據(jù)集的分散式市場要求更改。

第三層：路由節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)池

COVA 的 TEE 節(jié)點(diǎn)分為兩種：

路由節(jié)點(diǎn)：主要用于路由、驗(yàn)證和傳輸計(jì)算狀態(tài)。每個(gè)池100個(gè)節(jié)點(diǎn)，高可用性、更高的安全押金和更高的獎(jiǎng)勵(lì)。

計(jì)算節(jié)點(diǎn)：主要用于計(jì)算，對(duì)退出中間計(jì)算有一個(gè)懲罰。其可以是 TEE 節(jié)點(diǎn)，也可以是 TEE 控制的云計(jì)算節(jié)點(diǎn)（CS2）。

為了保證高可用性，我們擁有多個(gè)由 100 個(gè)路由節(jié)點(diǎn)組成的池。正如我們將在第四層討論的，我們需要多數(shù)人的共識(shí)和可用性來檢索加密密鑰，我們希望激勵(lì)節(jié)點(diǎn)高度可用，同時(shí)將冗余計(jì)算的數(shù)量保持在最低限度。

我們有各種激勵(lì)和懲罰，以盡量減少惡意行為和最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)。例如，如果某一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)不滿足我們的可用性標(biāo)準(zhǔn)（比如確保 99% 以上正常運(yùn)行時(shí)間），其他路由節(jié)點(diǎn)可以集體投票將此路由節(jié)點(diǎn)降級(jí)到計(jì)算節(jié)點(diǎn)，其他一些激勵(lì)和懲罰措施，我們將在介紹第六層時(shí)補(bǔ)充。

最后，路由節(jié)點(diǎn)和計(jì)算節(jié)點(diǎn)都具有極高的安全性，它們都是運(yùn)行 Intel SGX 軍事級(jí)別隱私保護(hù)技術(shù)的 TEE 節(jié)點(diǎn)，唯一的區(qū)別是路由節(jié)點(diǎn)是根據(jù)可用性和較高的押金投入而選擇的社區(qū)。而且，包括多方秘密共享、擴(kuò)展或激勵(lì)結(jié)構(gòu)在內(nèi)的機(jī)制都已到位，足以防止節(jié)點(diǎn)主機(jī)在出現(xiàn)某些 zero-day 漏洞攻擊下?lián)p害 TEE 節(jié)點(diǎn)——雖然這種情況出現(xiàn)的可能性極小。

第四層：路由節(jié)點(diǎn)上的閾值加密密鑰存儲(chǔ)

COVA 使用可驗(yàn)證的多方秘密共享方案，而不是完全信任一個(gè) TEE 路由節(jié)點(diǎn)（比如數(shù)據(jù)加密密鑰）。我們使用了 Shamir 秘密共享方案的一個(gè)延伸方案。當(dāng)我們擁有大多數(shù)誠實(shí)路由節(jié)點(diǎn)時(shí)，它可以生成秘密。此外，它還可以檢測一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)是否誠實(shí)，這樣我們就可以禁止某些不誠實(shí)的路由節(jié)點(diǎn)。這個(gè)方案背后的數(shù)學(xué)概念如下：

1. 數(shù)據(jù)所有者生成一個(gè) 100m 個(gè)隨機(jī)多項(xiàng)式，其中 m 是誠實(shí)路由節(jié)點(diǎn)的最小分?jǐn)?shù)，常數(shù)多項(xiàng)式是加密密鑰。

2. 然后，數(shù)據(jù)所有者在 100 個(gè)不同的點(diǎn)上計(jì)算該多項(xiàng)式，并將這些秘密共享發(fā)送到路由節(jié)點(diǎn)。路由節(jié)點(diǎn)不能重新創(chuàng)建密鑰，除非至少有 m 個(gè)節(jié)點(diǎn)提供了它們的秘密共享。

3. 此外，在至少有 m 個(gè)誠實(shí)的情況下，如果其他節(jié)點(diǎn)不誠實(shí)，我們可以檢測到惡意用戶。

在我們的設(shè)計(jì)中，秘密共享方案被用于共享加密密鑰和縮放矢量 v。

第五層：智能條款執(zhí)行器

智能條款執(zhí)行器指的是在 TEE 節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的 Centrifuge 語言和 CovaVM 虛擬機(jī)。舉個(gè)例子，假定我們需要運(yùn)行一個(gè)來自數(shù)據(jù)使用者的不可信代碼，就需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)沙盒，CovaVM，并啟用一個(gè)運(yùn)行時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)，以確保代碼遵循數(shù)據(jù)所有者設(shè)置的數(shù)據(jù)使用條款。目前為止，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了開放源代碼的安全模型，確保數(shù)據(jù)用戶只能運(yùn)行 python sklearn 或者 Tensorflow 庫中 28 個(gè)已批準(zhǔn)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，我們會(huì)使用 Centrifuge 來驗(yàn)證。

第六層：社區(qū)經(jīng)濟(jì)：支付和激勵(lì)

社區(qū)經(jīng)濟(jì)是一個(gè)抽象的層次。它幫助我們實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，即通過 COVA 基金會(huì)的最小干預(yù)，創(chuàng)建一個(gè)自我維持的、分散的網(wǎng)絡(luò)。要做到這一點(diǎn)，我們需要精心設(shè)計(jì)支付和獎(jiǎng)勵(lì)措施。我們需要支付各種步驟，包括計(jì)算獎(jiǎng)勵(lì)的 TEE 計(jì)算節(jié)點(diǎn)、路由獎(jiǎng)勵(lì)的 TEE 路由節(jié)點(diǎn)和獎(jiǎng)勵(lì)數(shù)據(jù)所有者的貢獻(xiàn)。在我們的測試網(wǎng)中，COVA Token由以太坊智能合約提供支持，以最大限度適應(yīng)和易于開發(fā)。

理論上講，TEE 是完全安全的，不過為了防止安全漏洞和攻擊載體（比如 spectre、meltdown 和 foreshadowing）的影響，我們將最敏感信息的檢索移動(dòng)到路由節(jié)點(diǎn)共識(shí)上。我們的基本假設(shè)是，大多數(shù)節(jié)點(diǎn)是誠實(shí)的。此外，如果任何節(jié)點(diǎn)是不誠實(shí)的，我們可以使用多數(shù)共識(shí)中找到的信息立即檢測到這類節(jié)點(diǎn)。在這種情況下，該路由節(jié)點(diǎn)將完全喪失其大量押金，并且特定 CPU（由唯一的 CPUID 標(biāo)識(shí)）和該路由節(jié)點(diǎn)所有者將被禁止進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。

在計(jì)算節(jié)點(diǎn)這一側(cè)，雖然很難在不重新運(yùn)行整個(gè)計(jì)算的情況下計(jì)算整個(gè)輸出，但我們在路由節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)使用者中都有一個(gè)驗(yàn)證階段。為了簡單起見，如果我們假設(shè)一個(gè)參與者是惡意的（手段：破壞 TEE enclave）的獨(dú)立概率是 ε，那么對(duì)于 k 方驗(yàn)證，所有這些都是惡意的概率是 ε?，ε 本身就是一個(gè)很小的數(shù)，ε? 值就更小了。

雖然用戶冒著押金（或法律行動(dòng)）風(fēng)險(xiǎn)以獲得一些縮放數(shù)據(jù)集或不正確的計(jì)算以獲得小額計(jì)算獎(jiǎng)勵(lì)的動(dòng)機(jī)相當(dāng)小，但我們還是嚴(yán)陣以待，并且使用各種隨機(jī)驗(yàn)證器來確保安全。

第七層：數(shù)據(jù)使用界面

數(shù)據(jù)使用界面是一個(gè)簡單的界面，允許數(shù)據(jù)使用者在啟動(dòng)與數(shù)據(jù)所有者的智能合約時(shí)運(yùn)行一些自定義代碼（策略允許）。此部分的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)將留給協(xié)議用戶或 dApp builder。目前，數(shù)據(jù)使用者可以編寫 python 代碼，這些代碼將由 Centrifuge 和 CovaVM 驗(yàn)證。

代碼在 TEE 中運(yùn)行完畢后，TEE 將縮放的計(jì)算值返回給數(shù)據(jù)使用者，路由節(jié)點(diǎn)提供最多 100 個(gè)由矢量 v 構(gòu)成的秘密位，數(shù)據(jù)使用者可以運(yùn)用 Shamir 的秘密共享方案組合生成矢量 v。為了完成數(shù)據(jù)分析和聚合計(jì)算，數(shù)據(jù)使用者可以通過導(dǎo)出的縮放矢量來找到在未縮放數(shù)據(jù)上訓(xùn)練的等效模型。例如：如果我們使用矢量 v 任何監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型（Supervised Machine Learning Model）來縮放訓(xùn)練數(shù)據(jù)，則相當(dāng)于在使用 Centrifuge 模型之前使用 v 縮放測試數(shù)據(jù)和預(yù)測。

最后

雖然這七層可能看起來令人很復(fù)雜，但與任何協(xié)議（如 HTTP 或 FTP）類似，最終用戶只需要熟悉這個(gè)胖協(xié)議的第一層或第七層就可以。在接下來的深度文章中，我們將繼續(xù)為大家解釋各個(gè)層以及每層設(shè)置的各種激勵(lì)。