区块链学术前沿:深圳网心科技与克莱姆森大学研究人员提出 WaterCarver 隐私保护协议,同时考虑了隐私保护和监管;康涅狄格大学与艾默生公司研究者对区块链分片技术进行系统而全面的回顾,讨论了区块链分片的关键设计挑战与潜在研究方向。

节选自《洒脱喜一周评丨区块链隐私保护与监管不可兼得吗?其实可以 !》
整理:洒脱喜

WaterCarver:一种基于账户模型的区块链隐私保护系统

基于帐户(Account)模型的区块链系统(例如以太坊),以其易用性及对智能合约的原生支持而获得广泛应用,然而,很多用户并不愿意在链上留下永久性的公共记录,因此,用户的隐私问题成为区块链进一步采用的一大瓶颈。

一般而言,用户隐私包括了交易保密性和匿名性,虽然使用保密交易(CT)技术可以很容易地保护交易的保密性,但在基于账户模型的区块链系统中,匿名性会面临较大的挑战,因为系统中的每笔交易都不可避免地会更新交易发送方和接收方的帐户余额。

因此关于帐户模型的隐私方案,也是当前区块链行业的热点研究方向之一,例如 Zether 就是用于解决以太坊隐私问题的一种解决方案,其不仅可以去中心化的方式为基于账户的交易提供保密性,且还能提供匿名性,这种解决方案可通过以太坊的智能合约进行部署,这使得它是易于实现的,但它存在的缺点是使交易变得相对较贵。

而来自深圳网心科技、克莱姆森大学电气与计算机工程系的研究人员(Jiajun Xin 等人),近期也提出了一种基于账户模型的隐私保护协议,并称其为 WaterCarver (名字来源于「刻舟求剑」这一成语)。

论文地址:https://eprint.iacr.org/2019/1265.pdf

这一方案利用了最新的可验证洗牌(shuffle)方案来构造保密交易,此外论文中还提到了 2 种监管子系统,(A) Bulletproof (防弹证明)监管子系统,(2)可验证 Shuffle 监管子系统。

而在这两种子系统中,除了证明者(prover)和验证者(verifier)这两种角色之外,还存在着监管者(regulator)这一特殊角色,从而为前向安全监管留下了空间。

区块链学术前沿:兼顾隐私与监管的 WaterCarver 协议,区块链分片挑战与方向

实验结果显示,这种系统的 TPS 是可观的,而要对其进行改善,有几种方案可供选择:(1)使用 MPC 批处理 Bulletproof,(2)使用 multi-exponentiation 技术用于进一步优化 NIZK,(3)使用聚合签名技术实现更快的签名验证,(4)一些常见的优化方法,如使用 GPU 计算更快的椭圆曲线,或者简单地使用更强的硬件来进行提升。

简评: WaterCarver 方案同时考虑了隐私保护和监管,这样的方案显然非常适合国内的区块链企业,该研究无疑是具有参考价值的。

SoK:区块链分片方案综述

除了隐私保护问题之外,「区块链们」还普遍面临着可扩展性的问题,为了解决这一问题,人们提出了很多方法,如链外(Off-chain)扩容和有向无环图(DAG)解决方案,然而,它们也有固有的缺点,比方说会形成寄生链。

另外,性能(如吞吐量和延迟)对区块链系统而言也是很重要的,而分片(Sharding)就是一个当前非常具有潜力的备选方案,它可以克服区块链中的可扩展性问题和性能问题。截至目前,研究者们已提出了很多种分片协议,然而,我们却缺乏相关的综述类文献,而来自康涅狄格大学以及艾默生公司的研究者就对区块链分片技术进行了系统而全面的回顾,他们首先给出了分片协议的一般设计流程,并讨论了关键设计挑战,最后他们还讨论了区块链分片的几个潜在研究方向。

论文地址:https://eprint.iacr.org/2019/1178.pdf

最初,分片是一种数据库分区技术,它将非常大的数据库分成更小的数据库,而更快、更容易管理的部分被称为数据分片。

shard (分片)一词代表了整个集合的一小部分,从技术上来讲,分片是水平分区的同义词,它使得大型数据库更易于管理。

而区块链分片的核心思想,是将网络划分成更小的委员会(committee),每个委员会处理一个不相交的一组交易(或「分片」)。

这篇研究文献,提到了区块链分片中的关键组件及面临的挑战:公开可验证的随机性,对于将参与节点均匀地放置到分片中是至关重要的。

而下图,是研究者给出的关于区块链生成可公开验证随机性的比较:

区块链学术前沿:兼顾隐私与监管的 WaterCarver 协议,区块链分片挑战与方向

下图展示了研究者对不同分片区块链协议进行的比较结果:

区块链学术前沿:兼顾隐私与监管的 WaterCarver 协议,区块链分片挑战与方向

而除了以上这些分片方案,研究者们还简单提到了 Monoxide 异步共识分片方案以及 SSChain 分片方案。

略带遗憾的是,备受关注的以太坊 2.0 分片方案,并没有被列入其中。

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