區塊鏈技術框架下的隱私計算發展脈絡及項目分析

目錄

1  區塊鏈框架下的隱私計算

1.1  隱私保護將是WEB3.0的底層邏輯

1.2  隱私和計算密不可分，相輔相成

1.3  隱私計算的不可能三角

1.4  發展帶來的跨鏈和互操作問題

1.5  隱私計算的機遇與挑战

2  隱私計算需求發展變化脈絡

2.1  區塊鏈1.0：數字貨幣的隱私保護

2.1  區塊鏈2.0：智能合約的隱私保護

2.3  區塊鏈3.0：Web3.0下的隱私計算雲

2.4  小結：隱私+計算+跨鏈融合發展

3  隱私計算主流技術對比分析

3.1  隱私計算技術體系

3.2  隱私計算主流技術比較分析

4  隱私計算公鏈項目比較分析

4.1  基本情況

4.2  技術方案

4.3  鏈上數據

4.4  生態合作

4.5  社區活躍度

4.6  項目熱度

5  格局未定，誰將拔得頭籌

參考文獻

區塊鏈框架下的隱私計算

1.1隱私保護將是Web3.0的底層邏輯

區塊鏈利用分布式账本技術實現了去中心化、公开透明、可驗證、防篡改、易追溯的特性，保證了數據的高安全性，但也帶來鏈上數據隱私保護的窘迫--似乎鏈上隱私保護與區塊鏈技術有着天然的衝突。對於隱私保護的需求，不僅體現在輸入、輸出數據的隱私保護，各種交易、傳輸、合約處理的過程狀態也同樣需要得到隱私保護。所以對於數據驅動的Web3.0應用來說，隱私保護應是一種標配，是融入全局的底層邏輯。

1.2隱私和計算密不可分，相輔相成

隱私計算作為“融入全局的底層邏輯”意味着什么？在區塊鏈世界已經擁有這樣的共識，正如Vitalik Buterin所說：“只有全局性的匿名集合才是真正可靠安全的。”這個共識意味着在每個系統中，隱私保護必須作為一個完整協議特性被默認啓用，這必將顯著增加計算成本，對系統的計算能力提出更高的要求。所以對於任何數據或應用來說，隱私和計算是兩個核心需求：隱私解決保密性問題，計算解決效率（擴展）問題。缺失計算性能的隱私保護難以規模化，沒有實用性；少了隱私保護的計算則猶如在信息高速路上裸奔，難以釋放和保護數據價值。所以將隱私和計算同時設計在區塊鏈系統中是一種必然的選擇，二者密不可分，相輔相成。

1.3隱私計算的不可能三角

然而，理想很豐滿，現實卻分外骨感。

當前主流公鏈比如比特幣和以太坊等的設計選擇了安全性和去中心化，一定程度上犧牲了可擴展性，使得區塊鏈難以支持密集、復雜的計算，最直觀的感受就是交易確認時間長，交易擁堵，交易手續費高，以至於可用性受到挑战。

但是，隱私保護作為WEB3.0系統中全局底層邏輯，只有在高計算性能、低計算成本的條件下，才可能具有實用性和實現規模化運用。很顯然，公鏈發展現狀和隱私保護的實用性需求之間存在嚴重的矛盾。

這些問題成為了區塊鏈技術框架下隱私計算的不可能三角：隱私性、擴展性以及可用性。如圖1-1所示：

圖1-1：區塊鏈技術框架下隱私計算的不可能三角

1.4發展帶來的跨鏈和互操作問題

另外，從區塊鏈技術演進來看，來不及高瞻遠矚的頂層設計，區塊鏈公鏈及各種應用已經迅猛發展，勢不可擋。但無論是公鏈還是某種區塊鏈應用，往往關注該鏈的性能和功能提升，原有的架構設計表現出局限性，難以實現不同鏈上數據和資產跨鏈、智能合約相互調用和互操作，更別說充分的數據交換和協同計算。但區塊鏈的發展方向必將是走向跨鏈和萬鏈互聯，這跟隱私計算作為全局底層邏輯的定位也是十分吻合的。

1.5隱私計算的機遇與挑战

綜上所述，區塊鏈的發展現狀、趨勢以及技術特性的優缺點，對於隱私計算的技術和應用提出了挑战，同時也指明了演進方向，提出了實用性的迫切需求，帶來了難得的發展機遇。

一種隱私計算解決方案要成為一種通用的、全局的、底層的區塊鏈應用，應關注三個基本功能：隱私、計算、跨鏈，並在不可能三角之間取得突破或者平衡。而每個基本功能還可以細分：比如有交易層面的隱私，如CryptoNote、Zcash和門羅；還有智能合約層面的隱私，如Enigma、Phala、 ARPA、PlatON等。不同的解決方案在隱私、計算、跨鏈方面各有側重，從而表現出不同的功能、性能，適用於不同的應用場景。

隱私計算需求發展變化脈絡

在區塊鏈領域，隱私計算解決方案的發展是緊隨着公鏈發展變化而呈現出不同的需求發展變化脈絡。

2.1區塊鏈1.0：數字貨幣的隱私保護

首先，在區塊鏈1.0時代，隨着比特幣網絡的問世和發展，出現針對數字貨幣的隱私保護方案-匿名幣。比特幣網絡在無需“可信任第三方”的情況下，能夠進行點對點的加密數字貨幣傳輸和交易，實現了去中心化、可編程加密貨幣的創新。比特幣網絡雖然具備去中心化、防篡改、防丟失等安全特性，但鏈上數據公开透明、可驗證、可追溯，不能保護用戶的隱私，由此引發了人們對匿名幣的需求。所以匿名幣是隱私計算在區塊鏈領域的最早應用。舉例來說：最早的數字貨幣隱私協議CryptoNote，其採用隱私地址和環籤名保護交易雙方的地址匿名；後來又出現增加追蹤難度的“混幣”技術，如Coinjoin、Coinsshuffle等；再後來出現採用零知識證明和環籤等匿名技術保護原生幣的加密隱私方案，如Zcash、Dash、門羅幣等。這些方案都是集中在交易層面上的匿名而無法擴展到圖靈完備的智能合約上。這個階段的隱私計算更准確的說是數字貨幣的隱私保護，計算的部分很輕。

2.2區塊鏈2.0：智能合約的隱私保護

其次，在區塊鏈2.0時代，以太坊的出現，定位在通用智能合約和去中心化應用平臺，隱私計算方案也开始聚焦智能合約的隱私保護。這種變化主要表現在兩個方面：一是對於智能合約的隱私保護，貫穿智能合約執行的整個過程，包括輸入、輸出數據以及智能合約內的中間狀態，使其對用戶本人以外的所有方（包括執行智能合約的節點）隱蔽；二是通過隱私智能合約，敏感數據和應用程序可以安全地在开放的公鏈環境中運行，但運行的效率嚴重依賴於公鏈的性能，比如衆所周知的，以太坊的運行方式是所有節點做同一個計算，各種智能合約都在搶奪鏈上的計算資源，造成處理速度慢、嚴重堵塞、費用居高不下的諸多問題。針對這些問題隨之出現了側鏈、layer2、ETH2.0等各種提高容量和計算性能的解決方案。因此這個階段是隱私和計算並重，但計算帶來的問題更加凸顯。或者說因為缺乏高性能計算，智能合約的隱私保護也難以規模化。

2.3區塊鏈3.0：Web3.0下的隱私計算雲

接下來，在區塊鏈3.0時代，Polkadot提出新的架構體系，實現“鏈的擴展”；跨鏈、萬鏈互聯，以至於萬物互聯成為趨勢，隨之Web3.0概念噴湧而出，成為萬鏈歸一的發展方向。在這種形勢下，隱私計算解決方案的內涵再度擴展，在隱私智能合約的基礎上，呈現三個重要變化：

• 一是跨鏈中數據及資產的隱私保護；

• 二是不同鏈上智能合約互操作中的隱私保護；

• 三是計算關注的焦點由計算處理能力轉移到計算資源的整合和可持續的、規模化的可擴展性，最終演繹為面向Web3.0的計算雲服務平臺。

2.4小結：隱私+計算+跨鏈融合發展

綜上，我們可以判斷：隨着隱私計算內涵發展變化，可擴展、高性能計算必將成為隱私保護規模化應用的基礎且必備的條件；這為我們分析、比較隱私計算項目提供了重要的依據；另外，致力於隱私計算的公鏈項目，其解決方案中也應該包含三個重要部分：

1. 如何進行隱私保護；

2. 如何實現可擴展、高性能計算；

3. 如何實現跨鏈及互操作。

隱私計算主流技術對比分析

3.1隱私計算技術體系

目前，主流的隱私計算技術分為三大方向：

• 第一類是以多方安全計算（MPC）為代表的基於密碼學的隱私計算技術；

• 第二類是以聯邦學習(FL)為代表的人工智能與隱私保護技術融合衍生的技術；

• 第三類是以可信執行環境(TEE)為代表的基於可信硬件的隱私計算技術。

這些主流技術涉及到的底層密碼學技術包括混淆電路、祕密分享、不經意傳輸等；同時，同態加密、零知識證明、差分隱私等作為輔助技術也常應用或輔助隱私計算。以上主流技術、基礎密碼學、輔助技術三者構成了隱私計算相對成熟的技術體系，如圖3-1【1】所示：

圖3-1 隱私計算技術體系

3.2隱私計算主流技術比較分析

多方安全計算技術是一個偏軟件算法的技術方案，基於通用硬件作為底層架構，可靈活與各種加密技術進行組合構成高安全性的解決方案。聯邦學習以通用硬件為基礎設施結合各種加密技術構建算法方案，主要應用在人工智能模型訓練，具有多方聯合建模、數據分布式陳列的特點。可信計算環境強調專用硬件，提供隔離執行環境，可以提供高性能的通用計算。以下對各類技術進行具體比較分析，如圖3-2：

圖3-2 隱私計算主流技術對比

可見，不同隱私計算技術在性能、通用性、安全性、成熟度等方面表現各異，在保證原始數據安全和隱私的同時，完成對數據的計算和分析任務。同時，作為一種基礎設施，區塊鏈因其獨有的技術特性，正好與各種隱私計算技術形成互補；針對不同應用場景，進行不同組合，從而構建出在安全性、隱私保護、計算性能、跨鏈能力等表現各異的隱私解決方案。

隱私計算公鏈項目比較分析

4.1基本情況

如圖4-1所示：

圖4-1：隱私計算公鏈基本情況比較分析

從以上項目基本情況來看，Oasis Network、PlatON Network在創始團隊影響力、融資規模方面具有明顯優勢；在項目定位方面，Oasis Network、PlatON Network、Secret Network的解決方案都有一定的行業傾向，比如聚焦在AI、金融方面，而Phala Network則定位為提供通用的WEB3.0隱私雲計算。

4.2技術方案

如圖4-2所示：

圖4-2：隱私計算公鏈技術方案比較分析

從技術方案來看，可信執行環境是一種比較通用的隱私計算技術方案，這跟其執行效率高，滿足復雜的、大規模隱私計算的特性密切相關；其存在的問題就是依賴於第三方的可信度。

在共識與計算的處理上，為了具備可擴展性，一般採用了共識與計算的分離，在鏈上產生共識，鏈下進行計算。不同點在於達成共識和提升計算能力的方案，比如Oasis Network採用了共識主網與計算平行鏈的方式，這種結構允許計算平行鏈ParaTime處理多個並行處理事務；同時解決了安全性與水平擴容兩個問題；並且採用差分檢測的方式，降低了達成共識的復雜度。而Phala採用PSWM機制，賦予每個Worker以進行可信執行的能力，基本無需重復驗證。因此，其算力可隨Worker的數量一起實現线性增長，從而構建可持續擴展的超強算力網絡；同時採用Fat Contract實現低延遲、實時密集型計算、高可用性等功能。

在跨鏈互操作方面，各個隱私計算公鏈都在積極探索和實踐：

• Oasis Network利用蟲洞網絡（Wormhole ）與Emerald ParaTime 進行整合實現跨鏈；並且Oasis網絡選擇接入Darwinia的跨鏈橋梁系統，實現在Oasis網絡上構建與Ethereum兼容的DeFi DApp。

• PlatON與ChainX達成战略合作，共同推進Platdot項目；Platdot通過多籤跨鏈技術搭建跨鏈橋，實現PlatON與Polkadot區塊鏈生態需求的有效契合，從而實現數據、資產的跨鏈；同時PlatON與跨鏈領域廠商Cdot Network合作為Alaya資產跨鏈系統提供技術支持。

• Secret Ethereum Bridge 允許用戶在以太坊上鎖定數據代幣，同時在 Secret Network 鑄造另一種代幣並進行交易，實現跨鏈資產轉移。同時Secret 使用了 Cosmos SDK，很容易與IBC進行互操作交互。Secret 已經建立了與以下公鏈的跨鏈橋：門羅 (主網)、以太坊（主網）、幣安智能鏈（主網）、Terra/Luna (測試網)波卡 (測試網)、比特幣 (測試網)。

• 而Phala因為利用了Polkadot的Substrate开發工具進行構建，所以一方面可以自己作為獨立的隱私計算公鏈存在而提供雲計算服務，也可以作為波卡網絡的平行鏈利用波卡生態中的跨鏈協議實現數據、資產和應用的跨鏈和互操作。

4.3鏈上數據

如圖4-3所示：

圖4-3：隱私計算公鏈鏈上數據比較分析

從鏈上數據來看，Phala Network總交易次數為7,945,751，遙遙領先其他隱私計算公鏈。我們知道目前波卡主網第一批插槽已經上线運行，而第二批插槽拍賣12月23日即將進行；Phala Network根據自己的拍賣策略並未參加第一次插槽拍賣，那么其總交易次數應該是在先行網Kusama上的運行數據。

另外，根據如下圖4-4的Phala官網數據：

圖4-4 Phala Network的算力及節點分布【2】

Phala先行網 Khala 網絡目前有超過 2 萬個計算節點在 Khala 注冊，分布在全球50多個城市，其中超過 1.5 萬臺服務器長期、穩定地在 Khala 運行，所提供的12萬+ vCPU計算資源規模在Crypto領域首屈一指，可為 Web3.0 世界提供大規模、去中心化的計算服務。從這些鏈上數據可以看出，Phala Network團隊已經為項目在波卡主網的運營和實際的算力服務做了充足的准備。

其次，Oasis Network產生了4,739,068交易，也是遠遠超越其他隱私計算公鏈，說明其得到更為普遍的實際應用；而Secret Network擁有最多的地址數1,320,717，產生了1,829,493筆交易，或許表明其擁有不錯的用戶基礎。

4.4生態合作

如圖4-5所示：

圖4-5：隱私計算公鏈生態合作比較分析

從生態合作來看，Oasis Network最有優勢，基本建立了相對完整的產業生態，如下圖4-6所示：

圖4-6：Oasis Network的生態合作【3】

其次是PlatON Network，通過社區共建及基金孵化的方式構建完善生態；而基於波卡生態的Phala Network一方面隨着波卡生態的成熟而得以借勢，另一方面則隨着在元宇宙方向上的發力，借助當下風口迅速搭建生態合作。

4.5社區活躍度

如圖4-7所示：

圖4-7：隱私計算公鏈社區活躍度比較分析

其次是PlatON Network，通過社區共建及基金孵化的方式構建完善生態；而基於波卡生態的Phala Network一方面隨着波卡生態的成熟而得以借勢，另一方面則隨着在元宇宙方向上的發力，借助當下風口迅速搭建生態合作。

4.6項目熱度

項目熱度是指：以項目名稱為關鍵字進行搜索，輸出的信息條數，以此反映項目熱度。

如圖4-8所示：

圖4-8：隱私計算公鏈項目熱度比較分析

從項目熱度來看，Secret Network的搜索信息量遠超其他幾個項目，但經過分析，這個數據估計跟該項目創立的時間有關，2015年創建，比其他項目早了3年，並借助MIT的影響力產生了比較積極的影響。另外3個項目都是在2018年建立，PlatON Network信息量最多，其次是Oasis Network，Phala Network最少，這個數據比較准確反映當下項目的熱度和影響力。

格局未定，誰將拔得頭籌

根據Gartner提供的數據，全球由隱私驅動的數據保護與合規技術的支出在2024年將突破150億美元，即達到近千億人民幣的水平。而KPMG則預測，隱私計算中國市場規模將快速發展，3年後技術服務營收有望觸達100至200億人民幣，並有望撬動千億級的數據平臺運營收入空間。可以預料的是，區塊鏈技術帶來的產業變革和經濟形態創新前景廣闊，為隱私計算的提供了無限的發展機遇。

隨着區塊鏈技術和應用發展，隱私安全技術在區塊鏈領域已經獲得了極大的關注和發展，衆多項目根據自身特點和技術能力選擇了不同的技術方向和路徑。因為需要考慮實際運行效率和實現成本，這種技術選擇需要考慮理論完備性和實踐的平衡。所以我們發現，雖然HE、FL和MPC等都可以實現很好的隱私保護，但大都選擇高計算性能、高通用性的可信執行環境TEE作為的隱私保護基礎架構。

通過對以上隱私計算公鏈項目的分析，總體來說，各項目都還處於持續研發和工程化實現的早期階段，距離真正的落地還有很長的路和很多的工作要做。隱私賽道當下格局未定，各個項目在這個賽道裏完全有機會“八仙過海，各顯神通”。目前來看，Oasis Network、PlatON Network在創始團隊、融資規模、生態建設方面具有一定的優勢，但我們也看到Phala Network在技術實力、項目定位、社區支持以及趨勢熱點把握方面具有很強敏銳度和掌控能力，隨着當前波卡主網平行鏈上线運行，Phala Network將獲得整個波卡繁榮生態的持續加持，從而異軍突起，實現全球Web3.0雲計算服務。

隱私計算賽道，未來很精彩，我們拭目以待。

參考文獻

【1】隱私計算聯盟等，《隱私計算白皮書（2021年）》，2021年7月

【2】https://phala.network/zh/

【3】https://docs.oasis.dev/oasis-network-primer

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