Ankr一個基于計算能力的，帶有本地數(shù)據(jù)貴送系統(tǒng)的去中心化網(wǎng)絡(luò)。我們首先介紹一種新的挖礦方案，該方案使用的共識算法是在啟用SGX的可信執(zhí)行環(huán)境（TE）中對有用工作的證明（PoUW）。然后，我們詳細介紹了Ankr如何使用這個平臺在區(qū)塊鏈環(huán)境上啟用分布式云計算（DCC）。接下來，我們將描述一個本地認證的數(shù)據(jù)饋送服務(wù)（NOS） 該服務(wù)將被用于那些使用可信硬件的智能合約。

1.簡介

比特幣問世以來，世界見證了區(qū)塊鏈技術(shù)的快速發(fā)展和進步。然而，各種各樣的障礙仍然阻礙著區(qū)塊鏈技術(shù)在真實的商業(yè)事物中的廣泛應(yīng)用。最大的挑戰(zhàn)包括：

●資源效率低下 能源和計算能力的巨大浪費

●數(shù)據(jù)效率低下 缺乏可靠和有效的數(shù)據(jù)流服務(wù)

●可擴展性低 由于單鏈而導(dǎo)致的低吞吐量

●不平等 大部分資源掌握在少數(shù)人手中

●隱私性低 對其他私人信息缺乏機密性。

Ankr通過引入一個資源高效的區(qū)塊鏈框架來解決這些問題，該框架真正支持分布式云計算，并為業(yè)務(wù)應(yīng)用程序提供用戶友好的基礎(chǔ)設(shè)施。Ankr 的關(guān)鍵創(chuàng)新和改良包括：

●新型激勵方案 基于有用的計算工作量的

●去中心化計算力 由無服務(wù)器和無狀態(tài)的計算單元組成

●可靠的數(shù)據(jù)饋送服務(wù) 連接已有的商業(yè)模式

●安全與隱私 由可信的硬件和密碼原語加以保證

●速度與延展性 通過Plasma-chain來實現(xiàn)

2. 背景

2.1 共識協(xié)議

比特幣的基本共識，即工作證明（PoW），解決了去中心化加密貨幣設(shè)計中存在的兩個問題：如何選擇共識領(lǐng)袖，以及如何在參與者之間公平地分配報酬。然而，依賴PoW的比特幣和其他加密貨幣除了作為替代支付的方式之外，在現(xiàn)實世界中沒有實際應(yīng)用。盡管功能有限，但比特幣網(wǎng)絡(luò)目前的用電量比整個冰島還多，預(yù)計到2020年，比特幣的能源消耗將達到丹麥全國人口的消耗水平。

其他常見的共識機制，比如拜占庭式容錯（PBFT）或權(quán)益證明（PoS）基本上是沒有任何浪費的，但它們限制了參與度或者要求參與者鎖定區(qū)塊鏈上的股權(quán)。此外，PBFT和PoS常常是復(fù)雜而隨意的，因此很難更新和調(diào)整原始的設(shè)置，

2.2 可信硬件

Intel SGX（軟件保護擴展）是-套新的指令集，該指令集可以允許在硬件的一個獨立區(qū)域（飛地）內(nèi)執(zhí)行一個應(yīng)用程序。這種機制保護應(yīng)用程序的完整性和機密性，防止某些形式的硬件和軟件攻擊，包括惡意操作系統(tǒng)。通過在SGX中獨立地執(zhí)行程序，系統(tǒng)調(diào)用可以保證被正確和安全地執(zhí)行。

SGX允許生成身份驗證，以遠程證明操作的可靠性。當(dāng)創(chuàng)建飛地時，CPU會生成一個初始狀態(tài)的散列哈希，稱為測量。飛地內(nèi)的軟件可在稍后請求一份報告， 其中包括過程整個過程的測量和補充數(shù)據(jù)。使用硬件保護的密鑰對報告進行數(shù)字簽名，從而證明該軟件程序是在sgx保護的飛地上運行的。

這樣的證據(jù)可以在遠程系統(tǒng)中驗證，SGX 使用群組簽名來進行驗證。

SGX在2015年被第六代因特爾核心處理器所引進。Ankr 的技術(shù)使用SGX CPU挖掘平臺，大大降低了礦工們進入市場的門檻，最大限度減少了礦池形成挖礦壟斷的可能性。

其他公司包括ARM和Nvidia也投資了TEE這一解決方案。例如，ARM提供的TrustZone是專為移動設(shè)備或平板設(shè)備開發(fā)的TEE簡化版本。另一方面，Nvidia 將為TEGRA開發(fā)的可信小內(nèi)核（TLK）作為針對TEE的第一個基于gpu的方案。這些努力，連同英特爾SGX，代表了完整的TEE設(shè)備組合，他們將擴展Ankr技術(shù)的基礎(chǔ)。

2.3分布式計算

有幾個項目正在嘗試利用區(qū)塊鏈技術(shù)提供分布式計算服務(wù)。它們主要可以分類為：

● 分布式智能合約區(qū)塊鏈中的代碼執(zhí)行目前是去中心化的，但不是分布式的。因此，以太坊中的每個節(jié)點都冗余地執(zhí)行相同的代碼并保持相同的公共狀態(tài)?？朔@種性能缺陷的一個自然改進方法是分布地執(zhí)行智能合約。例如，Dfinity 將權(quán)益證明與可驗證的隨機函數(shù)結(jié)合在一起，它只指定鏈中的某個候選節(jié)點，并有權(quán)挖掘區(qū)塊，從而執(zhí)行智能合約。這種方法提高了執(zhí)行的吞吐量，但仍然受到智能合約的限制，特別是在沒有網(wǎng)絡(luò)連接的情況下。

●外接計算容器 另一個想法是將區(qū)塊鏈與外部計算容器相結(jié)合。Golem、 SONM 和iExec 等項目對這個基礎(chǔ)架構(gòu)有著相同的愿景。然而，他們各自的技術(shù)設(shè)計和進入市場的策略各不相同。Golem和SONM都與Docker整合在一起，并且都有自己的利益市場。Golem 的目標是吸引普通的3 d渲染用戶，和SONM則更接近霧和邊緣計算。另一方面，iExec 注重于使用桌面網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一個去中心化的網(wǎng)絡(luò)云。盡管這些項目都非常有新意，但他們并沒有Pow機制的問題。

●高效共識機制 第三種方法是在共識協(xié)議中使用計算能力。平臺可以借助Intel SGX或ARM TrustZone等可信的硬件，在可信執(zhí)行環(huán)境［TEE）提供商的認證機制上建立對正確度協(xié)議的信任。這將為有用的工作負載釋放很大一部分計算資源。 Ankr對有用工作的證明（PoUW）利用了實際的計算需求，而不是哈希計算作為在鏈中生成新塊的決定因素。這種方法允許礦工不僅可以從挖掘新的區(qū)塊和交易費用中獲得收入，而且還可以從完成計算對客戶有用的工作的子任務(wù)中獲得收入。

2.4 數(shù)據(jù)饋送

目前，數(shù)據(jù)饋送系統(tǒng)的解決方案并不理想：

● 中心化的數(shù)據(jù)饋送服務(wù)-個集中的數(shù)據(jù)饋送服務(wù)是許多塊鏈中最常用的方法。這種系統(tǒng)與去中心化是對立的，因為它不能提供干擾抵抗性和安全性。幾乎所有中心化的數(shù)據(jù)饋送服務(wù)都依賴于鏈下的數(shù)據(jù)公證服務(wù)，這可能造成潛在的問題數(shù)據(jù)結(jié)果。

● 人工手動輸入許多協(xié)議依賴于完完全全的人工輸入。盡管這種方法實現(xiàn)了去中心化而且靈活，但實際上不僅時間效率低，而且會造成資源擁堵。

● 操縱數(shù)據(jù)源盡管TLS-N提供了數(shù)字簽名的數(shù)據(jù)源，但這種方法將要求所有過時的系統(tǒng)和web站點相應(yīng)地更改其基礎(chǔ)設(shè)施。

3.有效工作證明

有效工作的證明（PoUW）共識機制能夠在不浪費能源的情況下達到高安全標準。在本方案中，具有CPU計算能力的參與者可以在可信硬件的監(jiān)督之下執(zhí)行有用的計算，并且在區(qū)塊鏈的經(jīng)濟體系中獲得獎勵。相比之下，PoW只允許在礦工解決了復(fù)雜的哈希問題后才能獲取報酬。這種設(shè)置是由于缺乏可信執(zhí)行環(huán)境（EE）。一個由SGX保護的硬件飛地可以作為CPU活動的可信監(jiān)控器，從而驗證礦工有用的計算過程并提供挖掘獎勵的證明。

3.1 有效工作證明組成部分

如圖1所示，Ankr的挖掘方案由三個部分組成： 礦工、有效工作的供應(yīng)程序和區(qū)塊鏈代理。

● 區(qū)塊鏈代理區(qū)塊鏈代理是PoUW挖礦方案與區(qū)塊鏈系統(tǒng)其余部分之間的紐帶。它們通過RPC請求直接與區(qū)塊鏈的P2P網(wǎng)絡(luò)交互。一個區(qū)塊鏈代理將收集交易事務(wù)并生成一個缺乏

● 有效工作證明的模板。一旦礦工提供了有效工作的證明并將其嵌入到模板中，區(qū)塊鏈代理將驗證所附的證明，將區(qū)塊發(fā)布到區(qū)塊鏈，然后收到相應(yīng)的獎勵。

● 有效工作供應(yīng)程序有效工作供應(yīng)程序的主要功能是為礦工提供有用的工作任務(wù)并接收任務(wù)結(jié)果。一個有用的工作任務(wù)包含兩個部分一個有效工作證明飛地和一些任務(wù)輸入。任何符合SGX的代碼都可以通過Ankr提供的工具轉(zhuǎn)換為有效工作證明”飛地。

●礦工礦工是整個共識協(xié)議的核心。一個礦工接受一個有效的工作任務(wù)和上面提到的模板作為輸入。然后，礦工可以啟動-一個Intel SGX飛地來裝載并運行這個有效的工作任務(wù)。在執(zhí)行結(jié)束時，任務(wù)的結(jié)果將返回給有效工作供應(yīng)程序。礦工將需要通過測量有效的工作任務(wù)來完成這個循環(huán)，并決定這項工作是否成功地贏得了共識。如果贏得共識，那么礦機將生成一個包含以下兩部分的PoUW，并將其附加到區(qū)塊模板中以進行發(fā)布。

1.一個有因特爾SGX產(chǎn)生的認證來證明PoUW飛地符合Ankr的挖礦規(guī)范。

2.另一個證明來顯示挖礦任務(wù)是在給定的難度級別完成的，這將作為新區(qū)塊下一次迭代的基線

算法1 PoUW挖掘算法如圖1所示

3.2 區(qū)塊的產(chǎn)生

Ankr的礦工在工作證明（POW）的系統(tǒng)中統(tǒng)計地模擬了區(qū)塊生成的過程。在比特幣中，哈希計算的每一次迭代都可以被建模為伯努利試驗，整個區(qū)塊生成過程可以被視為一個泊松隨機

過程。同樣，在PoUW， 一個礦工的飛地將每條指令當(dāng)作-個伯努利試驗，然后可以像在PoW中一樣處理和調(diào)整PoUW的采礦時間。

為了確定哪條指令值得獎勵，PoUW 飛地通過使用SGX的隨機數(shù)生成器（SRNG）生成一個隨機數(shù)，并檢查這個數(shù)字是否小于期望的難度。為了避免檢查每條指令所帶來的高昂開銷，Ankr將一個有效的工作任務(wù)劃分為短時間的小任務(wù)（例如，10 秒）。 每個子任務(wù)完成后，飛地都調(diào)用SRNG來檢查是否至少有一條指令獲得了共識。如果是的，飛地就會生成包括難度系數(shù)在內(nèi)的相應(yīng)的認證。

3.3 有效工作的計量

在Ankr中，有效工作任務(wù)的計量是在每條指令的基礎(chǔ)上這樣比任務(wù)運行時間，任務(wù)數(shù)量的多少，任務(wù)文件大小等等變量更加準確。雖然使用CPU周期的方法可能看起來似乎更準確，但是該方法容易受到操控。因為CPU周期數(shù)可以通過CPU的性能計數(shù)器來更改。此外，即使有問題的飛地被剔除出去，計數(shù)器也會增加。因此，-個多飛地環(huán)境將導(dǎo)致CPU周期計數(shù)測量的急劇膨脹。綜上所述，CPU 指令計數(shù)雖然不是很完美，但仍然是評估任務(wù)工作量的一個可靠代理。

3.4 證明驗證和區(qū)塊驗證

3.4.1因特爾SGX遠程驗證

認證是證明一個軟件已經(jīng)在平臺上正確實例化的過程。在因特爾SGX中，它是一種機制，通過這種機制，另一方可以獲得信任，認為正確的軟件在-個已啟用的平臺上的飛地內(nèi)安全運行。為此，因特爾SGX體系結(jié)構(gòu)生成一個可由遠程實例驗證的認證證明。當(dāng)一個飛地由SGX創(chuàng)建時，CPU 將生成一個初始狀態(tài)的散列，稱為測量。稍后，飛地內(nèi)部的代碼可以請求由該測量和代碼提供的其他補充數(shù)據(jù)組成的報告。此報告由硬件保護的密鑰進行數(shù)字簽名，以證明代碼已在SGX飛地上成功運行。這份被數(shù)字簽名的報告，稱為舉證（quote）。以及“測量”，和補充數(shù)據(jù)是認證的組成部分，可以實現(xiàn)遠程驗證。

3.4.2 兩層等級認證

PoUW認證遵循兩層等級認證。

● 有效工作認證有效工作認證由”飛地創(chuàng)建。該認證包含來自區(qū)塊鏈模板的前綴哈希和難度系數(shù)。這類證明可以證明：

1.一個有效的工作任務(wù)是在-一個礦工的飛地里適當(dāng)?shù)剡\行。

2.這個有效的工作任務(wù)是被具有相同前綴哈希和難度系數(shù)的區(qū)塊模板挖掘的。

●編譯器檢查認證PoUW礦工引入了一個叫做編譯器檢查器的工具，它檢測并確認有效工作任務(wù)是否符合PoUW的要求。編譯器檢查器在受信任的環(huán)境中運行，如果任務(wù)滿足所有下列要求，則生成包含測量有效工作塊的認證。

1.文本部分是不可寫的，這意味著出于安全考慮，它不允許在運行時重寫它。

2.專用寄存器用于指令計數(shù)，以便正確地計量工作量。

3.運行時是正確鏈接的。

4.唯一的切入點是PoUW運行時間。

3.4.3區(qū)塊認證

除了比特幣或以太坊上存在的塊驗證機制外，PoUW 還需要對每個區(qū)塊的認證機構(gòu)進行驗證。一般情況下，使用分層認證方法來獲取沒有人事先知道的代碼認證。編譯器檢查飛地的測量被硬編碼到需要驗征PoUW的任何組件中。因此，塊驗證按照指示工作，只有當(dāng)兩個檢查都通過時，才會成功地驗證所討論的新區(qū)塊。

1.對編譯器檢查飛地和編譯器檢查認證的測量證明飛地已經(jīng)成功地通過了編譯器檢查。

2.這個飛地的測量和有效的工作證明說明了這個飛地在礦工的“飛地上正常運行。

3.5 PoUW前景

PoUW為Ankr開創(chuàng)了新的機遇，因為礦工在網(wǎng)絡(luò)中的計算能力幾乎可以用于所有的鏈上計算。例如，如果客戶端通過我們的數(shù)據(jù)饋送服務(wù)提交一個私有數(shù)據(jù)報請求，那么礦工將使用它的資源來幫助對數(shù)據(jù)報請求中的參數(shù)進行加密和解密。過多的計算資源可以貨幣化，然后賣給內(nèi)部或外部應(yīng)用程序，以獲得有效的工作。這些有效的工作任務(wù)范圍從訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到托管網(wǎng)站服務(wù)。與比特幣不同的是，Ankr 會獎勵每個用戶對其計算資源的貢獻。另一方面，在計算周期中，只有一個用戶幸運地擁有生成區(qū)塊并獲得額外獎勵的權(quán)限。

隨著2015年后啟用sgx的CPU的廣泛使用，PoUW 協(xié)議有潛力為有用的工作計算釋放大量空閑的自帶SGX的CPU計算能力。我們設(shè)想有用的工作可以來自于區(qū)塊鏈鏈上和鏈下的計算任務(wù)。這將使分布式云計算成為可能，因為空閑的cpu現(xiàn)在可以用很少的成本為所有者創(chuàng)造價值。此外，在這種分布式計算框架下，任務(wù)請求者將能夠訪問比傳統(tǒng)的集中式云計算服務(wù)更便宜的云計算服務(wù)。目前，亞馬遜、微軟、谷歌、阿里巴巴等云服務(wù)巨頭由于壟斷市場，利潤空間巨大（30%）。

4. 去中心化云計算

4.1 區(qū)塊鏈技術(shù)與去中心化云計算

4.1.1背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了海量的文本、音頻、視頻等數(shù)據(jù)。然而，這些數(shù)據(jù)大多既非結(jié)構(gòu)化的，也不是相互關(guān)聯(lián)的。以串行方式處理數(shù)據(jù)變得越來越?jīng)]有效率，并且趕不上業(yè)務(wù)開發(fā)的快節(jié)奏。

● 分布式運算與并行運算分布式計算是一種解決方案，它通過多個地理上不同的主機（集群）完成巨大的計算任務(wù)，而不是通過單個超級計算機。并行計算是指多個cpu的并行處理。并行計算可以提高計算效率，前提是程序算法應(yīng)盡可能多地進行并行設(shè)計。

●虛擬化虛擬化是一種為云計算劃分資源的方法。它包括兩個方面物理資源池和資源池管理。還有兩種虛擬化類型。-種是將多個物理資源虛擬化為一個“大型”邏輯資源層。另一種方法是將一個物理資源劃分為多個“小”邏輯單元。

目前，云計算主要采用第一種虛擬化技術(shù)，其主要部署在分布式集群上處理大量數(shù)據(jù)，并提供按需的I服務(wù)，以獲得大量訪問。DCC 是一種快速處理大量數(shù)據(jù)的優(yōu)越方法。這個解決方案建議使用更多的硬件來交換處理時間，這需要在多臺計算機上分布數(shù)據(jù)并同時（并行地）處理它們。然而，大多數(shù)I公司無法構(gòu)建自己的分布式云系統(tǒng)。相反，他們使用來自現(xiàn)有云服務(wù)提供商的產(chǎn)品來專注于他們自己的產(chǎn)品和業(yè)務(wù)。

在靈活的開發(fā)I具的幫助下，DCC 可以幫助開發(fā)人員根據(jù)他們的規(guī)格快速地去發(fā)布他們的服務(wù)或產(chǎn)品。應(yīng)用程序構(gòu)建的新基礎(chǔ)將依賴于分布式微服務(wù)和執(zhí)行后小任務(wù)的同步交付。隨著

CPU價格的下降，通過云服務(wù)的形式人人都能訪問并負擔(dān)得起復(fù)雜的應(yīng)用程序（如CGI這染、科學(xué)計算、機器學(xué)習(xí)等）。

4.1.2 網(wǎng)格計算與志愿計算

網(wǎng)格計算是從多個地點收集計算機資源，以達到共同目標。一般來說，網(wǎng)格可以看作是一個分布式系統(tǒng)，其中每個節(jié)點集執(zhí)行不同的任務(wù)或應(yīng)用程序。因此，這可以被認為是解決上面提到的大量數(shù)據(jù)問題的辦法。

然而，網(wǎng)格的主要來源目前來自志愿者，個人或?qū)W術(shù)組織。例如，伯克利網(wǎng)絡(luò)計算開放設(shè)施（BOINC）是各種學(xué)術(shù)項目尋找公共志愿者的共同平臺。它的目標是將一個異構(gòu)的、高流動率的、不可信的消費者計算機池轉(zhuǎn)變成一一個對科學(xué)家或研究人員負責(zé)的、可預(yù)測的、可信任的工作處理系統(tǒng)。盡管該平臺在技術(shù)上很先進，但仍面臨以下問題。

● 可持續(xù)的計算資源有了志愿者計算，節(jié)點可能會時不時地“離線”， 因為它們的所有者可能將資源用于他們自己的主要目的。此外，由于缺乏競爭激勵機制，很難獲得穩(wěn)定的計算力供應(yīng)群。

● 資源分配例如BOINC 的分布向北美和西歐等富裕地區(qū)傾斜。然而，那些缺乏資金并且高度依賴志愿者計算來進行研究實驗的領(lǐng)域沒有多少計算力供應(yīng)者在參與。

4.1.3 DCC在區(qū)塊鏈上的優(yōu)勢

P2P網(wǎng)絡(luò)允許應(yīng)用程序所有者和個人用戶（都是請求者）從其他用戶（供應(yīng)商）那里租用計算能力。目前，比特幣或Ethereum等流行的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的計算資源已經(jīng)足以處理高吞吐量的計算任務(wù)，從而為超級計算機或大型企業(yè)云計算提供一種廉價的替代方案。然而，云計算資源是由集中的云服務(wù)提供商控制的，并且受制于嚴格的操作模型。一個去中心化的云計算平臺可以引導(dǎo)一個基于區(qū)塊鏈的支付系統(tǒng)（比如Ethereum），允許運營商（請求者）、賣家（供應(yīng)商）和軟件開發(fā)人員之間進行直接支付。

4.2 操作模型

4.2.1 代幣經(jīng)濟模型

下面是代幣經(jīng)濟模式的概括。

● 請求節(jié)點這個節(jié)點通常由一些需要計算的企業(yè)商家或科研機構(gòu)執(zhí)行。由于它們所擁有的計算機無法滿足它們目前的計算需求，因此就使用超級計算機或其他具有成本效益的計算資源，例如全球分布式計算。在將作業(yè)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)之前，可能需要請求節(jié)點根據(jù)某些規(guī)范對代碼或數(shù)據(jù)進行分類。或者，其他節(jié)點也可以來完成此任務(wù)。

● 分類或調(diào)度節(jié)點 該節(jié)點用于根據(jù)某些規(guī)范對任務(wù)和數(shù)據(jù)進行分類，然后將它們分派到合適的處理節(jié)點。此步驟的目的是預(yù)先處理作業(yè)的元數(shù)據(jù)、特征和優(yōu)先級，從而選擇最佳節(jié)點來處理它們。

● 處理節(jié)點此節(jié)點用于處理任務(wù)或數(shù)據(jù)。由于有數(shù)千種類型的任務(wù)或數(shù)據(jù)從前兩種類型的節(jié)點傳輸過來，因此處理特定數(shù)據(jù)或模型的方法也不同。對于一些復(fù)雜的項目，參與處理節(jié)點的要求也會更高。在這里舉兩個例子：

1.在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)的處理，如醫(yī)學(xué)圖像，通常需要有專業(yè)知識的人員。此外，并不是每個人都應(yīng)該擁有手動輸入的訪問權(quán)限。

2.在人工智能和機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，由于數(shù)據(jù)處理模型（如KNN或決策樹）的特殊性，數(shù)據(jù)訓(xùn)練和處理通常由經(jīng)驗豐富的開發(fā)人員進行編碼。此外，單個普通CPU或GPU已經(jīng)不足以滿足這種計算需求。

●驗證節(jié)點該節(jié)點判斷并過濾來自-個或多個處理節(jié)點的處理結(jié)果。這通常只需要一般類型的CPU或計算能力。基本上，相同的數(shù)據(jù)處理任務(wù)將被發(fā)送到多個數(shù)據(jù)處理節(jié)點，以便稍后進行投票以確定滿意的輸出結(jié)果。雖然這將導(dǎo)致數(shù)據(jù)或計算冗余，但最終結(jié)果的準確性性可以得到高度保護。此外，使用聲譽機制可以有效地降低故障節(jié)點的影響。

4.2.2 Ankr通證系統(tǒng)

Ankr通證是-種作為存儲和傳遞價值的手段。在任何時候，Ankr 通證都可以用來激勵參與Ankr網(wǎng)絡(luò)的合作，并且可以用于PoUW的計算費用。Ankr DCC的所有挖礦參與者都可以通過貢獻自己的計算能力獲得Ankr通證。這樣的生態(tài)系統(tǒng)是一個良性循環(huán)：參與有效工作計算的人越多，他們獲得的Ankr越多;它們擁有的通證越多，就能在生態(tài)系統(tǒng)中獲得越多的服務(wù)，從而引發(fā)進一步的計算需求。

可以通過為有效工作計算提供空閑計算能力來挖掘Ankr通證，并對在區(qū)塊鏈上發(fā)生的計算和事務(wù)付費。這將創(chuàng)造一個真正自我維持的生態(tài)系統(tǒng)，并創(chuàng)造-個“去中心化的世界計算機”。用戶需要花費Ankr通征去使用去中心化的計算機，但它將比集中式解決方案（如亞馬遜云或谷歌云）便宜得多，因為去中心化的云計算將利用那些即將被浪費的計算能力，并且不會像互聯(lián)網(wǎng)巨頭那樣收取高昂的費用。此外，去中心化計算機的人力資源成本將會大大降低，因為去中心化的解決方案不會花費大量的資金用于管理、營銷和高管薪酬。換句話說，” 去中心化的計算機”將以最低的成本提供最強大的計算能力。

4.2.3名譽系統(tǒng)

區(qū)塊鏈DCC不再由志愿者提供。需要建立-種新的機制來衡量每個節(jié)點的貢獻，分配更多的任務(wù)來給予更多的獎勵。

一種可能是測量完成任務(wù)的數(shù)量。然而，未來在分布式云計算上運行的項目可能會有很大的不同。例如，一個任務(wù)可能需要1小時來處理，而另一個任務(wù)可能需要20 小時。這將導(dǎo)致相同數(shù)量的任務(wù)得到相同的獎勵，但是工作量完全不同。這顯然不是一個可行的解決辦法。同樣，這種方法不能很好地測量CPU 運行時間，因為很難準確地記錄每個用戶實際執(zhí)行的計算量。為了實現(xiàn)公平、準確的報酬分配，需要建立多啟發(fā)式算法。

一個好的名譽系統(tǒng)應(yīng)該考慮以下幾個方面來計算節(jié)點的貢獻：

● 性能測試在網(wǎng)絡(luò)中，性能裝備的資源使用和成本差異很大。因此，對于不同設(shè)備應(yīng)采用標準化的性能測量，以獲得合理的性能判斷，以便進一步計算。

● 正確結(jié)果的數(shù)量DCC服務(wù)的關(guān)鍵問題是結(jié)果的質(zhì)量。如果結(jié)果不正確或由惡意用戶產(chǎn)生，則不可接受。正確結(jié)果的數(shù)量將是參與者聲譽的一個很好的直接指標。誠實的人將得到更多的獎勵，而惡意的用戶將受到懲罰?？赡艽嬖诘膯栴}：

● 不準確的性能測試 這一點在跨 平臺測量時比較明顯。 例如，一臺計算機在Windows系統(tǒng)上的測量值可能與Linux系統(tǒng)有極大的不同。

● 降低作弊障礙DCC需要向公眾開放源代碼。用戶可以下載源代碼，以便根據(jù)自己的需要修改和構(gòu)建邏輯。

4.3 體系結(jié)構(gòu)概述

Ankr致力于構(gòu)建一個資源高效的區(qū)塊鏈框架，該框架真正支持分布式云計算（DCC），并為業(yè)務(wù)應(yīng)用程序提供用戶友好的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)這一點，Ankr 徹底調(diào)查了DCC最流行的使用模式和底層技術(shù)及平臺。我們的目標是為云用戶提供一個平穩(wěn)的簡單的用戶體驗，并將轉(zhuǎn)換成本降至最低從而可以將Ankr的DCC集成到用戶的解決方案中。

工作證明（PoW） 是在缺乏可信執(zhí)行環(huán)境（EE）的情況下發(fā)明的。因此，比特幣要求每一個礦工，甚至是攻擊者，都要解決-個異常困難的任務(wù)（哈希計算），才能成為下一個共識領(lǐng)袖。但是，有效工作證明（PoUW） 在TEE的幫助下，釋放了每個礦工的計算能力，用于-般用途的任務(wù)。此外，這些礦工構(gòu)成了一個由獨立的無服務(wù)器計算單元組成的大型網(wǎng)絡(luò)，Ankr 能夠在此基礎(chǔ)上構(gòu)建去中心化云計算服務(wù)。

無服務(wù)器架構(gòu)是云端-個熱門設(shè)計范例。通過使用無服務(wù)器架構(gòu)，開發(fā)人員可以專注于業(yè)務(wù)需求的核心邏輯，而不必擔(dān)心管理和操作服務(wù)器。根據(jù)亞馬遜云服務(wù)（AWS）的說法，“無服務(wù)器架構(gòu)是一種無需管理基礎(chǔ)設(shè)施就可以構(gòu)建和運行應(yīng)用程序和服務(wù)的方法。你的應(yīng)用程序仍然在服務(wù)器上運行，但是所有的服務(wù)器管理都是由AWS完成的?！?/p>

在Ankr上，我們展示了Ankr分布式云計算的三層設(shè)計，以及這些層次是如何組織在一-起作為一個系統(tǒng)運作的。

4.3.1 區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施

區(qū)塊鏈基礎(chǔ)設(shè)施是Ankr分布式云計算設(shè)計的最低級別。這--層提供了除挖掘外的區(qū)塊鏈的常規(guī)功能，如服務(wù)RPC請求、維護塊或交易事務(wù)等。所有基于Ankr的區(qū)塊鏈構(gòu)建的Dapp都直接與這一層相關(guān)。

由于以太坊的低效率，我們還利用多鏈結(jié)構(gòu)來提高智能合約的吞吐量，這將在第6節(jié)詳細討論。

4.3.2 有效工作證明（PoUW） 的礦工

PoUW礦工是堆棧的執(zhí)行層。如第3節(jié)所述，分布式云計算中該層的具體功能為：

1.從區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)層獲取帶有事務(wù)的區(qū)塊模板。

2.從分布式計算引擎層獲取有用的工作，并在TEE中執(zhí)行這些工作。

3.如果礦工成功獲得發(fā)布下一個區(qū)塊的特權(quán)，這個礦工將把PoUW附加到這個塊，并將它添加到區(qū)塊鏈基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層，以便發(fā)布。

4.3.3 分布式計算引擎

分布式計算引擎是三者中最重要的一層。這一層的主要目的是接受來自云客戶的有用工作，并以Ankr獨特的方式在PoUW礦工中分派它們。

大多數(shù)分布式云計算客戶使用現(xiàn)有的開源引擎（如Spark）來開發(fā)大規(guī)模的解決方案，如機器學(xué)習(xí)、模型培訓(xùn)等。 Ankr希望提供類似的開發(fā)經(jīng)驗，以降低Ankr客戶的切換成本和學(xué)習(xí)曲線。

● 作業(yè)調(diào)度器和時間規(guī)劃 作業(yè)分發(fā)機制的最初思想是啟用公平調(diào)度程序。在公平分享之下，這一層的節(jié)點將在內(nèi)存中保持一個散列映射來跟蹤所有被管理的礦工并且以“循環(huán)”的方式給他們分配工作，以便所有礦工的工作得到一個大致相等的份額數(shù)量。一旦確定了這一點，還可以考慮進-步的啟發(fā)性因素，如作業(yè)大小存儲大小、投標價格、甚至IP地址，以調(diào)整作業(yè)的優(yōu)先級，獲得更好的用戶體驗，并防止PoW目前的集中化采礦力量。

● 無服務(wù)器 Spark為了消除客戶的操作復(fù)雜性，下一代Spark也將走向無服務(wù)器計算。Spark的發(fā)明者Databricks 已經(jīng)發(fā)布了其名為“serverless Pool“的無服務(wù)器產(chǎn)品的第一階段，該產(chǎn)品允許用戶在自己的AWS帳戶中為無服務(wù)器工作負載運行一個池。盡管仍處于早期階段，但通過引入適當(dāng)?shù)倪m配層，這一舉措帶來了一個實際的解決方案，將來自PoUW礦工的Ankr計算能力與流行的開源工具集成在一起。

● 隱私和安全如第5節(jié)所示，NOS提出了一種將鏈外數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到鏈上智能合約的安全可靠的方法。這里可以使用類似但不完全相同的機制，利用英特爾SGX，以確?？蛻籼峤坏挠杏霉ぷ鳎ㄗ鳛橐环N數(shù)據(jù)）可以安全地傳輸?shù)降V工中的飛地。在此期間，還應(yīng)使用TLS和證書來加強層間的溝通。

4.4 安全模型;

Ankr將擁有自己的區(qū)塊鏈，它可以從以太坊派生出來，盡管Ankr的共識協(xié)議可以很容易地轉(zhuǎn)換為比特幣或以太坊作為-個新的共識框架。從客戶的角度來看，以太坊是支持智能合約的首選。因此， Ankr的安全水平將保持在與以太坊相同的水平。

一般來說， 安全性是為Ankr的分布式云計算精心設(shè)計的。

4.4.1飛地安全性

SGX允許在完全獨立、無篡改的環(huán)境中執(zhí)行可靠的代碼。用戶還可以選擇遠程驗證執(zhí)行的輸出結(jié)果。此外，采用片上數(shù)字隨機數(shù)發(fā)生器（SRNG）來提高系統(tǒng)的安全性。

4.4.2數(shù)據(jù)源安全性

數(shù)據(jù)源提供者可以根據(jù)需求選擇不同的安全級別。Ankr 支持從非加密到高度機密的所有安全級別。為實現(xiàn)高級別安全，采取了以下措施：

●在傳輸中，提供者可以選擇TLS 1.2/1.3 和PFS（完美轉(zhuǎn)發(fā)保密）。提供者的證書將被驗證。提供者也可以選擇客戶端證書驗證，但是在這種情況下應(yīng)該配置它自己的提供者節(jié)點。

●在數(shù)據(jù)加密中，數(shù)據(jù)將使用參數(shù)進行加密。因此，即使TLS端點也無法看到數(shù)據(jù)的明文。數(shù)據(jù)對稱密鑰和MAC使用目標飛地的公鑰進行加密。只有那個飛地才能解密數(shù)據(jù)。當(dāng)一個飛地希望將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪粋€飛地時，第一個飛地將使用第二個飛地的公鑰加密明文，然后將其發(fā)送到第二個飛地。為了保證Ankr數(shù)據(jù)的機密性和完整性，我們設(shè)計了一個簡單的TLS記錄協(xié)議。

通過這種方式，即使是在攻擊的操作系統(tǒng)中也只有飛地本身才有機會閱讀清楚的數(shù)據(jù)文本。

5. 本地驗證數(shù)據(jù)饋送

我們介紹了本地數(shù)據(jù)饋送服務(wù)（NOS），這是一個構(gòu)建在可信硬件上的經(jīng)過身份驗證的數(shù)據(jù)饋送系統(tǒng)。

5.1組成部分

NOS由三個部分組成：NOS智能合約，飛地和中繼器。 飛地和中繼器運行在 NOS服務(wù)器上，NOS智能合約在區(qū)塊鏈上執(zhí)行。

● NOS智能合約 NOS智能合約是NOS系統(tǒng)的前端。它提供了一個API接口來與各種編程語言中的任何形式的智能合約交互。具體來說，NOS智能合約接受基于區(qū)塊鏈的智能合約的數(shù)據(jù)報請求，并使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)報進行響應(yīng)。Cnos 也提供了類似于以太坊的貨幣管理服務(wù)。此外，它還修復(fù)了以太坊存在的許多問題，這些問題將在后面討論。

● 硬件飛地 飛地負責(zé)接收來自區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)報請求。它查詢支持httpts的外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)源，并以數(shù)字簽名消息的形式返回數(shù)據(jù)報。飛地應(yīng)該被認為是安全的，因為它是離線的，并且完全與任何操作系統(tǒng)和軟件隔離。

●中繼器 中繼器負責(zé)代表飛地處理雙向網(wǎng)絡(luò)通信。

5.2 協(xié)議

●初始化 智能合約向NOS合約發(fā)送一個數(shù)據(jù)報請求。

●監(jiān)控和中繼器中繼器監(jiān)控NOS合約并將任何傳入的請求發(fā)送到飛地。

●提取飛地通過使用給定參數(shù)的HTTPS 與數(shù)據(jù)源通信。獲取數(shù)據(jù)報后，通過中繼器將數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)給NOS合約。

●響應(yīng)NOS合約將數(shù)據(jù)報返回給智能合約

5.3 數(shù)據(jù)流

數(shù)據(jù)報請求以m1 = （params，allback）的形式出現(xiàn)。該參數(shù)指定數(shù)據(jù)源網(wǎng)址、對于內(nèi)容的任何特定需求以及響應(yīng)的預(yù)期交付時間。接下來，NOS合約將m2 = （id， params）轉(zhuǎn)發(fā)到飛地，其中id是唯一自動生成數(shù)字。然后NOS合約從NOS服務(wù)器接收m3= （id、params、 數(shù)據(jù)）， 其中數(shù)據(jù)是被請求的數(shù)據(jù)報。在檢查和確認請求和響應(yīng)中參數(shù)的一致性后， NOS合約生成了m4 = （data）到用戶的智能合約中。系統(tǒng)中各層之間的消息傳遞需要使用數(shù)字簽名進行身份驗證。

5.4 改善安全性和保密性

● 私有數(shù)據(jù)報請求并非所有交易都必須公開可見。NOS通過加密數(shù)據(jù)報請求中的參數(shù)來支持基于許可權(quán)限的用戶機密性。只有有權(quán)限的用戶才能看到數(shù)據(jù)響應(yīng)。

● 礦工費用的可持續(xù)性以太坊需要交易發(fā)起者支付礦工費用。這種設(shè)計存在惡意用戶觸發(fā)竊取礦工費的調(diào)用、導(dǎo)致礦工費耗盡和應(yīng)用程序級別上潛在的“拒絕服務(wù)”攻擊的風(fēng)險。NOS協(xié)議確保一個誠實的系統(tǒng)不會耗盡礦工費，一個誠實的請求者不會支付過多的礦工費用。

● 硬件代碼最小化可信計算基礎(chǔ)（TCB）是鏈上和鏈外計算環(huán)境的混合。區(qū)塊鏈上智能合約的計算是緩慢、昂貴和透明的。為了在組件之間建立幾乎完全安全的通信，我們需要最小化TCB中的代碼。這背后的邏輯是，理論上較小的代碼基更難以攻擊。在TCB中，飛地中的代碼大小和TC合約都被最小化了，飛地只有大約 2000行C或c++代碼，而合約中只有大約100行solid代碼。

5.5使用案例

一個NOS主機每秒可以處理大約65個交易。此外，NOS 可以很容易地在多個主機之間并行化，因為獨立的NOS主機可以提供沒有相互依賴關(guān)系的請求。相比之下，以太坊每秒可以處理20到30筆交易，而比特幣每秒處理大約7筆交易。

● 網(wǎng)站API數(shù)據(jù)抓取NOS可以輕松地將JSON或XML格式的大量數(shù)據(jù)從啟用http的網(wǎng)站傳輸?shù)絽^(qū)塊鏈。舉個例子，MLS 是所有房地產(chǎn)數(shù)據(jù)的可信來源。該API支持近期銷售數(shù)據(jù)、公立和私立學(xué)校數(shù)據(jù)、人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)、房屋價值數(shù)據(jù)和市場趨勢數(shù)據(jù)。NOS 將支持從鏈外實體到鏈內(nèi)環(huán)境的實時數(shù)據(jù)傳遞。

● 遺留系統(tǒng)遷移 NOS能夠使用傳輸層安全協(xié)議從傳統(tǒng)SaaS數(shù)據(jù)潰送系統(tǒng)遷移數(shù)據(jù)。

● 現(xiàn)代應(yīng)用程序接口NOS 系統(tǒng)可以將區(qū)塊鏈與臉書messenger和微信等現(xiàn)代應(yīng)用程序連接起來。

6. 未來工作

6.1 延展性

以太坊在一-個鏈條上連續(xù)處理所有的智能合約，這會限制吞吐量并顯著降低可用性，特別是當(dāng)鏈條上有大量合約和復(fù)雜數(shù)據(jù)時。我們將密切關(guān)注我們計劃如何通過采用Plasma 和分片技術(shù)來擴大區(qū)塊鏈。

6.1.1 Plasma

Plasma是一種協(xié)議，其目的是通過構(gòu)建區(qū)塊鏈的樹結(jié)構(gòu)來解決可伸縮性問題。主鏈充當(dāng)整個系統(tǒng)的主干，而每個子鏈都根據(jù)特定應(yīng)用程序的需要進行定制。基本上，主鏈的每個塊都包含對子鏈邊界的引用。當(dāng)子鏈上生成新的塊時，主鏈將創(chuàng)建新的塊以反映新的子鏈邊界，跨鏈通信作為消息系統(tǒng)而存在，以保持鏈與鏈之間的隔離。

通過將一些事務(wù)從主鏈轉(zhuǎn)移到Plasma鏈，可以顯著提高主鏈的效率，特別是對Plasma操作人員給予適當(dāng)?shù)募?。?個優(yōu)點是Plasma 鏈實現(xiàn)的靈活性，只要它可以通過父鏈上的合約進行有效的交叉檢驗。使用新的加密方法，我們可以利用zkspuks的環(huán)簽名來幫助擴展Plasma 鏈的實現(xiàn)，這是一種零知識驗證機制，可以在不執(zhí)行代碼的情況下驗證計算的正確性，從而為終端用戶保密。

每個子鏈可以根據(jù)不同的技術(shù)需求來定制。應(yīng)用程序?qū)Ｓ玫闹悄芎霞s將存儲在子鏈上，主鏈將用于共識和分布式計算。由于主鏈可以利用全球分布式計算能力，子鏈上的事務(wù)的計算速度將比傳統(tǒng)單鏈結(jié)構(gòu)上的事務(wù)快得多。如果子區(qū)塊鏈中的參與者被證明有惡意行為，交易事務(wù)甚至可以被逆轉(zhuǎn)。

在Ankr 中，我們相信主鏈還將為非鏈數(shù)據(jù)提供-個本地的經(jīng)過身份驗證的數(shù)據(jù)饋送服務(wù)，以便將其傳遞給每個子鏈。目前，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)饋送解決方案獨立于區(qū)塊鏈框架運行，兼容性有限。我們提議為每個子鏈提供一個用戶友好的通用API， 以便連接到鏈外實體?，F(xiàn)有業(yè)務(wù)可以在子鏈上構(gòu)建分布式的自治應(yīng)用程序，具有強大的計算能力和主鏈提供的本地數(shù)據(jù)饋送服務(wù)。不同的定制需求可以分為以下幾類：

●交易量小但交易額大，如房地產(chǎn)

●交易量大但交易額小，如電子商務(wù)

●實時的需求和響應(yīng)，例如預(yù)測市場

6.1.2分片

分片是另-種延展性解決方案，它使用分片或微鏈在擁擠的區(qū)塊鏈上處理不同類型的事務(wù)。通過對鏈上的事務(wù)進行分類，只有-組節(jié)點需要驗證相關(guān)的事務(wù)。分片消除了整個網(wǎng)絡(luò)處理每個單獨事務(wù)的需要，從而增加了區(qū)塊鏈每秒處理事務(wù)的能力（TPS） 。

這兩種擴展解決方案結(jié)合在一起，可以疊加提高網(wǎng)絡(luò)的TPS，同時在一些流行的區(qū)塊鏈協(xié)議（如以太坊）上保持安全性，從而創(chuàng)建一個去中心化的生態(tài)系統(tǒng)，可能每秒支持大量事務(wù)。 因此，如果有一個100倍的分片和一個100倍的Plasma 鏈，這兩個理論上會給底層區(qū)塊鏈一個10000倍的可伸縮性的增益，這本質(zhì)上意味著這個區(qū)塊鏈將足夠強大，能夠處理人們在網(wǎng)絡(luò)上嘗試做的大多數(shù)應(yīng)用程序。

6.2 存儲

大數(shù)據(jù)分析是Ankr技術(shù)的一個應(yīng)用實例。盡管Ankr的分布式云計算對數(shù)據(jù)局部性分析很友好，但一些計算客戶也需要高吞吐量的數(shù)據(jù)密集型計算。IPFS 是解決方案之一，但是Ankr需要短時間存儲、元數(shù)據(jù)存儲、自毀和存儲獎勵等特性。因此，Ankr 已經(jīng)制定了一個計劃，在分布式文件系統(tǒng)IPFS上構(gòu)建自己的存儲系統(tǒng)。

6.3移動端與顯卡

正如第2節(jié)所討論的，TEE未來在移動端或顯卡環(huán)境中的進展將使Ankr能夠?qū)撛诘挠嬎阗Y源擴展到新的設(shè)備或硬件。

●移動端， 受到電池和個人計算能力的限制，但它可以為數(shù)據(jù)處理等高吞吐量工作提供大量的算力候選。

●顯卡 ，另一方面，它的計算能力比CPU大得多，可以很好地勝任需要超級計算機的任務(wù)，也可以勝任深度學(xué)習(xí)等高強度計算能力的任務(wù)。

簡而言之，與英特爾SGX一樣，TEE 能夠在各種平臺上用最合適的硬件為Ankr提供計算服務(wù)，這將非常有助于提高其產(chǎn)品的可用性。Ankr 將密切監(jiān)控芯片制造商的進展，并盡早將這些可能性納入分布式云計算。

6.4 智能身份證及信用系統(tǒng)

Ankr在區(qū)塊鏈上的嵌入式數(shù)據(jù)饋送服務(wù)可以使鏈外資產(chǎn)和數(shù)據(jù)數(shù)字化、通證化，并通過不可改變的日志寫入智能合約中。這允許區(qū)塊鏈上的用戶在生態(tài)系統(tǒng)中建立智能合約的身份（例如，房子、汽車、債券）。每個用戶都單獨存在于鏈上，平臺有潛力通過區(qū)塊鏈的智能合約記錄所有用戶事件。在未來，物聯(lián)網(wǎng)將使一個真正創(chuàng)新的信用體系得以實現(xiàn)，使交易雙方都能保持透明和不受干擾。

6.5可編程接口

設(shè)計良好的公共API對于業(yè)務(wù)采用和可用性至關(guān)重要。Ankr 的區(qū)塊鏈不會改變現(xiàn)有的PRC，因此與大多數(shù)現(xiàn)有的dapp兼容。以太坊DApp的開發(fā)者可以直接在Ankr的區(qū)塊鏈。上工作，無需修改代碼。除此之外，Ankr將為使用云計算的客戶提供額外的RPC和CL來支持分布式云計算。這些RPC和Cu將提供功能，包括但不限于提交、檢索和監(jiān)控有效的工作任務(wù)。