1.執(zhí)行概要

在過去的幾年里墅茉，企業(yè)已經(jīng)意識到區(qū)塊鏈技術(shù)(例如比特幣和以太這樣為公共網(wǎng)絡(luò)提供動力的技術(shù))是如何被用來簡化他們自己的業(yè)務(wù)流程的凡蜻。但是辣之，他們還發(fā)現(xiàn)觅玻，大多數(shù)現(xiàn)有的區(qū)塊鏈協(xié)議都不能滿足以下幾個關(guān)鍵的企業(yè)需求——包括可接受的交易吞吐量和延遲想际、機(jī)密性、有效治理和計算效率(例如挖礦/POW的消耗)溪厘。為了適應(yīng)現(xiàn)有的公鏈協(xié)議或創(chuàng)建新的協(xié)議以滿足這些需求胡本，通常會犧牲一個必需的企業(yè)需求與另一個進(jìn)行交換——比如以更高的復(fù)雜性或更低的性能為代價改進(jìn)機(jī)密性。

Coco Framework是一個開放源碼系統(tǒng)畸悬，它支持高規(guī)模侧甫、機(jī)密的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，滿足所有企業(yè)的關(guān)鍵性需求——提供一種方法來使企業(yè)更快采用區(qū)塊鏈技術(shù)蹋宦。Coco實現(xiàn)這一點是通過在一個保密聯(lián)盟的環(huán)境中重新評估公共區(qū)塊鏈協(xié)議的現(xiàn)有假設(shè)完成的披粟，在這個聯(lián)盟中，節(jié)點node和行動者actor(包括有投票權(quán)的成員和其他無投票權(quán)的參與者)被明確聲明和控制冷冗∈靥耄基于這一新的需求集，Coco將現(xiàn)有區(qū)塊鏈協(xié)議蒿辙、可信執(zhí)行環(huán)境拇泛、分布式系統(tǒng)和加密的功能集成在一起，以支持企業(yè)級的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)思灌，從而完成:

• 接近數(shù)據(jù)庫速度的吞吐量和延遲碰镜。

• 更豐富、更靈活习瑰、針對業(yè)務(wù)的保密模型。

• 通過分布式治理進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)策略管理秽荤。

• 支持不確定性交易甜奄。

• 減少能源消耗柠横。

值得注意的是，Coco不是一個獨(dú)立的區(qū)塊鏈協(xié)議课兄；相反牍氛，它提供了一個可信的基礎(chǔ)，現(xiàn)有的區(qū)塊鏈協(xié)議(如Ethereum烟阐、Quorum搬俊、Corda或Hyperledger Sawtooth)都可以集成到這個交付完整的、企業(yè)適用的分類解決方案中蜒茄。Coco設(shè)計開放唉擂，與任何區(qū)塊鏈協(xié)議兼容。

本文在機(jī)密聯(lián)盟的背景下重新檢查了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的需求檀葛。然后介紹了Coco Framework玩祟，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜拖到y(tǒng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建和治理屿聋、交易流和架構(gòu)變體空扎。它還研究如何實現(xiàn)可擴(kuò)展性、保密性和分布式治理润讥，以及如何降低安全性風(fēng)險转锈。最后，討論了Coco的當(dāng)前工作實現(xiàn)楚殿，包括初始性能的發(fā)現(xiàn)撮慨。

2.促進(jìn)企業(yè)應(yīng)用區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈技術(shù)即將成為下一個轉(zhuǎn)型計算范式。它打破了現(xiàn)有的業(yè)務(wù)流程勒魔，減少了業(yè)務(wù)操作的摩擦甫煞，并釋放了新的業(yè)務(wù)模型——特別是跨組織的共享流程。Gartner表示冠绢，“到2025年抚吠，區(qū)塊鏈的商業(yè)增加值將略高于1760億美元楷力，到2030年將超過3.1萬億美元孵户∠舫”考慮到這些好處检柬，在我們快速發(fā)展的數(shù)字經(jīng)濟(jì)中，區(qū)塊鏈技術(shù)將很快成為分布式企業(yè)和消費(fèi)者應(yīng)用程序的關(guān)鍵基礎(chǔ)竖配。

框架問題

幾乎所有行業(yè)都對區(qū)塊鏈產(chǎn)生了濃厚的興趣。然而原押，當(dāng)企業(yè)希望應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)來滿足其業(yè)務(wù)需求時诸衔，他們已經(jīng)認(rèn)識到笨农，在性能磁餐、機(jī)密性诊霹、治理和所需的處理能力等方面脾还，大多數(shù)現(xiàn)有的區(qū)塊鏈協(xié)議都不能滿足企業(yè)的關(guān)鍵需求鄙漏。這是因為它們是為功能而設(shè)計的怔蚌，并需要在一個潛在的充滿敵意的環(huán)境中實現(xiàn)共識桦踊，在這種環(huán)境中终畅，匿名的、不受信任的參與者可以執(zhí)行事務(wù)或提議塊的提交杖狼。因此蝶涩，為了防止惡意行為的發(fā)生暗挑，事務(wù)對所有人都是“一目了然”的，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都會執(zhí)行每一個事務(wù)鲜屏，并且必須使用拜占庭容錯協(xié)商算法洛史。所有這些“保障”也殖，雖然對于確保公共區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的完整性是必要的，但都需要在關(guān)鍵的企業(yè)需求(如可擴(kuò)展性和保密性)方面進(jìn)行權(quán)衡捆毫。

例如绩卤，以太坊網(wǎng)絡(luò)的處理速度平均為每秒20個交易濒憋，典型的交易延遲約為10-20秒。相比之下辐烂，Visa信用卡處理系統(tǒng)平均每秒處理2000筆交易纠修。此外扣草，所有的以太坊交易鹰祸、智能合約代碼和狀態(tài)都對連接網(wǎng)絡(luò)的任何人都清晰可見蛙婴。

公鏈網(wǎng)絡(luò)所需的處理能力以及相關(guān)的能源成本街图，對于企業(yè)場景也是不可行的餐济。Digiconomist的數(shù)據(jù)顯示，比特幣網(wǎng)絡(luò)的年能耗為14.96太瓦時(TWh)篙悯，估計年挖礦(交易處理)成本超過7.47億美元辕近。換句話說移宅，比特幣網(wǎng)絡(luò)消耗的能源足以為130多萬美國家庭供電。

為了滿足企業(yè)的需要浅乔，已經(jīng)有許多調(diào)整公鏈網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或創(chuàng)建新協(xié)議的努力靖苇。但是，到目前為止脾拆，這些方法還沒有滿足所有的企業(yè)需求名船，大多數(shù)都需要在復(fù)雜性或性能方面采取不合需要的權(quán)衡措施蜈块。例如疯趟，雖然存在利用零知識證明或其他高級密碼學(xué)來隱藏交易細(xì)節(jié)的方法，但它們十分復(fù)雜，計算空間和時間的權(quán)衡使它們不適合大容量應(yīng)用程序隘庄，或者它們需要依賴可信的源來引導(dǎo)加密材料丑掺。

其他方案引入了剛性，因為機(jī)密通道需要對代幣化的資源作出“承諾”唆缴，使它們在通道處于活動狀態(tài)時無法在通道外訪問面徽。

可信聯(lián)盟方案

使現(xiàn)有的公鏈技術(shù)適應(yīng)企業(yè)的需要(或者更準(zhǔn)確地說，適應(yīng)企業(yè)聯(lián)盟)首先要重新檢查區(qū)塊鏈運(yùn)行的環(huán)境霎匈。在一個公鏈網(wǎng)絡(luò)中唧躲，任何人都可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交易饭入，網(wǎng)絡(luò)上的參與者都是偽匿名和不受信任的谐丢，任何人都可以在網(wǎng)絡(luò)中添加節(jié)點——完全訪問該分類賬，并具有參與協(xié)商一致的能力窄瘟。

相比之下，在聯(lián)盟鏈中图云，成員身份和節(jié)點是已知的和受控制的竣况。角色通常是同樣成熟的，具有健壯和高度控制的IT環(huán)境嘀掸、安全策略和其他企業(yè)特性。

那么揩晴，我們?nèi)绾卫眠@些差異來滿足企業(yè)的需求呢?從根本上說硫兰，聯(lián)盟成員之間的信任關(guān)系不需要改變违孝。但是，如果我們可以創(chuàng)建一個可信的物理節(jié)點網(wǎng)絡(luò)校坑，而不需要控制這些節(jié)點的參與者相互信任耍目，那么我們就可以控制正在運(yùn)行的代碼并保證其輸出的正確性——從而簡化共識，減少重復(fù)驗證耕捞。這是微軟在開發(fā)Coco框架時采用的方法敞映，本文的其余部分將對此進(jìn)行描述振愿。

3.Coco Framework

Coco Framework是一個開放源碼系統(tǒng)萍歉，支持大規(guī)模、加密的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)蔑舞。它滿足了所有關(guān)鍵的企業(yè)需求，提供了一種方法加速生產(chǎn)區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用钧栖。Coco通過使用可信執(zhí)行環(huán)境TEEs(trusted execution environments)來實現(xiàn)這一點掏婶，例如Intel的SGX和Windows虛擬安全模式VSM气堕，從而創(chuàng)建一個可信任的物理節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行分布式分類帳梅桩。

有了Coco，企業(yè)可以獲得如下優(yōu)勢：

• 接近數(shù)據(jù)庫速度的吞吐量和延遲垦页。通過使用TEEs, Coco創(chuàng)建了一個可信節(jié)點網(wǎng)絡(luò)，減少了從拜占庭式容錯到崩潰容錯的問題薄啥。這簡化了共識，從而提高了交易速度和延遲——所有這些都不影響安全性或假定信任到逊。

• 更豐富、更靈活的保密模式掰曾。Coco使用授權(quán)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和身份驗證來保護(hù)數(shù)據(jù)訪問掏熬。交易、智能合約代碼和智能合約狀態(tài)可以以透明的方式處理疮丛，但只能向授權(quán)方披露，不需要復(fù)雜的保密方案呢蔫。

• 通過分布式治理進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)策略管理。Coco提供一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來表達(dá)和管理聯(lián)盟的政策×瑁可以對網(wǎng)絡(luò)策略的表達(dá)進(jìn)行編碼季眷，可以通過標(biāo)準(zhǔn)的類賬本的交易管理策略威酒。

• 不確定的交易。使用Coco尤仍，由于代碼執(zhí)行的結(jié)果是可信的苏遥，所以智能合約代碼只需由網(wǎng)絡(luò)中的單個節(jié)點執(zhí)行。當(dāng)以這種方式配置網(wǎng)絡(luò)時教硫，交易可以有不確定性的結(jié)果(例如通過在計算中加入隨機(jī)性)，甚至可以直接與受信任的外部系統(tǒng)交互。

• 減少能源使用丛肢。Coco通過消除計算密集型的共識算法(例如工作證明)來改善能源消耗。

概念概述

值得注意的是杠步，Coco不是一個獨(dú)立的區(qū)塊鏈協(xié)議；相反甸私，如圖1所示，它提供了一個可信的基礎(chǔ)，提供了高效的一致算法和靈活的機(jī)密性方案——一個可以集成現(xiàn)有區(qū)塊鏈協(xié)議(如Ethereum幢痘、Quorum唬格、Corda或Hyperledger Sawtooth)的框架，以交付完整的、企業(yè)級的賬本解決方案西轩。

圖1 Coco Framework概觀

Coco設(shè)計用于提供任何區(qū)塊鏈協(xié)議都可以使用的安全员舵、可靠的基礎(chǔ)組件藕畔。圖2展示了Coco和區(qū)塊鏈協(xié)議之間的分離和重疊情況马僻，其中Coco組件用綠色陰影表示。在它的核心部分注服，Coco:

• 通過TEEs的復(fù)制實現(xiàn)一致的韭邓、分布式的、持久的存儲(比如鍵值存儲)溶弟，包含應(yīng)用程序(業(yè)務(wù)交易)分類賬和用于網(wǎng)絡(luò)策略管理的Coco管理分類賬女淑。雖然邏輯上有兩個總賬，但它們都記錄在一個存儲中辜御，以便在網(wǎng)絡(luò)中的所有交易中保持相對的順序鸭你。

• 提供安全的節(jié)點到節(jié)點的通信和應(yīng)用程序到節(jié)點的通信碑韵。

• 使用易于使用的原語保證任意保密模型截粗。

• 提供一個編碼化的治理模型來支持任意的、分布式的策略管理昵观。

Coco對分布式賬本模型碳抄、核心中的交易以及智能合約代碼處理使用特定的區(qū)塊鏈協(xié)議愉老。

圖2 區(qū)塊鏈協(xié)議的邏輯組件（Coco組件用綠色表示）

高級體系結(jié)構(gòu)

Coco系統(tǒng)是可信驗證節(jié)點validating nodes(VNs)*的分布式網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點都運(yùn)行Coco Framework和集成的區(qū)塊鏈協(xié)議剖效。VNs接受交易并參與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)商一致算法嫉入。根據(jù)所選擇的協(xié)商一致算法，一個或幾個VNs處理交易并執(zhí)行智能合約代碼璧尸。

粗略地說咒林，Coco網(wǎng)絡(luò)中的VNs在功能上與公鏈網(wǎng)絡(luò)中的挖礦節(jié)點相似——盡管在Coco網(wǎng)絡(luò)中“挖礦”和通信的行為非常不同。與公共區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)不同爷光，Coco網(wǎng)絡(luò)中的每個VN都是完全可信的映九，因為VNs可以驗證所有其他VNs的身份，并驗證它們在運(yùn)行時通過TEE認(rèn)證的代碼瞎颗。

如圖3所示，VN可以分解為幾個邏輯子組件捌议。它們在host(潛在不受信任的管理程序和節(jié)點的操作系統(tǒng))和enclave (TEE中受保護(hù)的安全容器)之間進(jìn)行劃分哼拔。系統(tǒng)的所有敏感組件都在enclave內(nèi)部運(yùn)行，并負(fù)責(zé)維護(hù)分類帳的完整性瓣颅、機(jī)密性和安全性倦逐。

• Coco interface(host)——實現(xiàn)客戶端和其他VNs連接的傳輸層接口的主進(jìn)程。此主進(jìn)程還與操作系統(tǒng)和代表enclave的其他外部服務(wù)連接宫补。(雖然host本身被要求保持VN的可用性和存儲在帳本中的數(shù)據(jù)的持久性檬姥，但它沒有責(zé)任維護(hù)賬本的完整性曾我、機(jī)密性或安全性。)

• Coco core(enclave)——在enclave內(nèi)的host和所有其他功能之間的接口健民。

• 持久存儲(enclave)——應(yīng)用賬本和Coco管理賬本的單個抒巢、全局有序、磁盤上的表示秉犹。(有一個內(nèi)存中的副本蛉谜，用于快速訪問；持久性是通過持久性存儲實現(xiàn)的崇堵。）

• Coco配置狀態(tài)(enclave)——支持創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和所有后續(xù)更新的Coco狀態(tài)機(jī)實現(xiàn)型诚。

• 區(qū)塊鏈核心和適配器(enclave)——處理交易和執(zhí)行智能合約代碼的邏輯，以及將區(qū)塊鏈協(xié)議集成到其他Coco系統(tǒng)的粘合劑鸳劳。

圖3 Coco體系結(jié)構(gòu)

4.行動者和身份

在Coco網(wǎng)絡(luò)中有兩種類型的角色狰贯，成員Members和參與者Participants。在一個高級別上：

• 成員是一個聯(lián)盟的管理機(jī)構(gòu)赏廓，對誰可以在網(wǎng)絡(luò)上可以交易及其治理擁有集體控制權(quán)——治理包括網(wǎng)絡(luò)成員資格涵紊、在TEEs中運(yùn)行的代碼，以及網(wǎng)絡(luò)策略的定義楚昭。成員運(yùn)行VNs并可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交易栖袋。成員還定義Coco網(wǎng)絡(luò)的初始配置和設(shè)置，在網(wǎng)絡(luò)的整個生命周期中抚太，可以對其配置提出更改塘幅，并對其他成員提出的更改進(jìn)行投票。此外尿贫，每個成員都接收到一份網(wǎng)絡(luò)密鑰的共享(稍后將對此進(jìn)行描述)电媳，這允許成員的仲裁在發(fā)生災(zāi)難性故障時協(xié)同恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)。在銀行聯(lián)盟中庆亡，成員可以是大型匾乓、全球性、具有系統(tǒng)重要性的金融機(jī)構(gòu)(GSIFIs)又谋。

• 參與者與成員不同拼缝，不能投票，因此對誰可以直接訪問網(wǎng)絡(luò)或其治理沒有操作控制彰亥。參與者是由網(wǎng)絡(luò)成員決定的咧七，和成員一樣，參與者可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交易任斋。他們也可以继阻，而且很可能會運(yùn)行自己的VNs。在一個銀行聯(lián)盟中，參與者可能是一群國內(nèi)具有系統(tǒng)重要性的銀行(D-SIBs)瘟檩，它們在自己和GSIFIs之間進(jìn)行交易抹缕。

值得注意的是,根據(jù)該聯(lián)盟的目的和政策,Coco網(wǎng)絡(luò)并不一定需要兩種類型的行動者。例如墨辛，一個聯(lián)盟可以決定其內(nèi)部的所有各方都是成員卓研，具有同等的責(zé)任和權(quán)限。類似地背蟆，每個參與者都可以擁有成員和參與者標(biāo)識鉴分，作為分離業(yè)務(wù)和管理事務(wù)的手段。

每個成員和參與者都有一個私有/公共密鑰對(, 和,)带膀，并且在Coco網(wǎng)絡(luò)中使用組織范圍內(nèi)的X.509證書進(jìn)行標(biāo)識志珍。可以使用中間證書來惟一地標(biāo)識組織和組織內(nèi)的所有用戶垛叨，這是抽象的特定于代理的證書策略并可以從Coco系統(tǒng)中回購伦糯。在組織內(nèi)部，為了保持細(xì)粒度的控制嗽元，不同的部門(以及不同的Coco網(wǎng)絡(luò))可以使用不同的證書來最小化跨網(wǎng)絡(luò)訪問敛纲。這允許與現(xiàn)有的公司系統(tǒng)和公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKIs)輕松集成。

終端用戶剂癌，比如銀行的客戶淤翔，在Coco網(wǎng)絡(luò)中沒有身份，不能直接在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交易佩谷。相反旁壮，他們通過成員或參與者的前端系統(tǒng)與它交互。

在典型的場景中谐檀，如圖4所示抡谐，使用現(xiàn)有的企業(yè)標(biāo)識管理機(jī)制，如Active Directory (AD)或Azure Active Directory (AAD)對終端用戶進(jìn)行身份驗證和授權(quán)桐猬。終端用戶向前端系統(tǒng)提交交易麦撵，之后前端系統(tǒng)使用成員或參與者的Coco標(biāo)識(或)將事務(wù)提交給Coco網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)識存儲在本地或基于云的密鑰管理系統(tǒng)中溃肪，例如硬件安全模塊(HSM)免胃。

圖4 終端用戶交易流程

5.網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建和管理

Coco通過網(wǎng)絡(luò)章程(下面描述)和分布式投票過程來描述和管理網(wǎng)絡(luò)策略。這允許聯(lián)盟規(guī)則和協(xié)議在系統(tǒng)中進(jìn)行編碼惫撰，類似于智能合約代碼中編碼的方式羔沙。

任何成員都可以通過引導(dǎo)第一個VN啟動一個網(wǎng)絡(luò)。在此之后润绎，任何成員都可以提交修改Coco網(wǎng)絡(luò)章程(例如添加或刪除成員)的建議，進(jìn)行投票表決。與應(yīng)用程序交易一樣莉撇，此類Coco管理任務(wù)作為交易提交給Coco網(wǎng)絡(luò)呢蛤。

網(wǎng)絡(luò)章程

在Coco網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)章程是網(wǎng)絡(luò)政策的完整表達(dá)棍郎。這些至少包括成員列表其障、VN列表、代碼清單涂佃、TEE清單和投票策略励翼。

• 成員列表membership list是網(wǎng)絡(luò)中所有已批準(zhǔn)的行動者(成員和參與者)的列表。成員由其私鑰/公鑰對表示辜荠。如果到是聯(lián)盟的成員汽抚，那么成員列表將由公鑰集表示。只有每個成員的公鑰證書被上傳到Coco網(wǎng)絡(luò)伯病，私鑰都保留在原始密鑰管理系統(tǒng)中造烁，該系統(tǒng)可以在本地或上傳到云中。參與者的處理方式與成員相同午笛。

• 代碼清單Code manifest是所有可在Coco網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的已批準(zhǔn)代碼的規(guī)范——包括但不限于Coco框架版本惭蟋、區(qū)塊鏈協(xié)議和特定的區(qū)塊鏈協(xié)議版本。任何一個代碼標(biāo)識都表示為單個度量药磺。

• TEE清單TEE manifest是所有已批準(zhǔn)的可信執(zhí)行環(huán)境(硬件或軟件)的規(guī)范告组。Coco網(wǎng)絡(luò)中的VNs可以運(yùn)行不同的TEEs，前提是所有使用的TEEs都在清單中被接受癌佩。在這種混合的TEE環(huán)境中木缝，網(wǎng)絡(luò)安全性僅與所使用的最弱的TEE機(jī)制相同。

• VN列表VN list是網(wǎng)絡(luò)中所有已批準(zhǔn)的驗證節(jié)點的列表驼卖。在Coco網(wǎng)絡(luò)中氨肌，VN由一個簽名元組表示，該元組包含成員的ID酌畜、物理節(jié)點的地址(DNS名稱或IP地址)怎囚，以及與在enclave中生成的私鑰相對應(yīng)的公鑰，以惟一地標(biāo)識VN/secure enclave對桥胞。對于第一個成員的第一個VN,

• 對網(wǎng)絡(luò)章程的任何更改恳守，如對成員或VN列表的添加或刪除，都必須通過投票過程完成(稍后將介紹)贩虾〈吆妫可接受的投票標(biāo)準(zhǔn)稱為投票政策voting policy，也在網(wǎng)絡(luò)章程中表達(dá)缎罢。投票政策的選項可以包括一致投票伊群、考杉、等。同樣舰始，投票是否能夠提交的政策會根據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)自動進(jìn)行崇棠。例如，投票提交可以是自動的丸卷，這樣每個成員都可以添加指定數(shù)量的VNs枕稀，前提是VNs正在運(yùn)行多數(shù)支持的代碼。

這是Coco網(wǎng)絡(luò)實施的基本政策谜嫉；隨著時間的推移萎坷，我們計劃支持更多的政策。

啟動網(wǎng)絡(luò)

任何成員都可以通過引導(dǎo)第一個VN并上傳創(chuàng)世網(wǎng)絡(luò)章程來啟動網(wǎng)絡(luò)沐兰。啟動網(wǎng)絡(luò)的成員與加入網(wǎng)絡(luò)的后續(xù)成員相比沒有額外的特權(quán)哆档。

引導(dǎo)VN

成員或參與者執(zhí)行以下步驟來引導(dǎo)一個VN：

1. 使用TEE設(shè)置服務(wù)器或虛擬機(jī)，并安裝Coco Framework支持的操作系統(tǒng)僧鲁。

2. 安裝Coco Framework和所需的區(qū)塊鏈協(xié)議虐呻。該軟件安裝在服務(wù)器上，服務(wù)器在TEE中創(chuàng)建一個enclave寞秃，以運(yùn)行敏感的Coco和區(qū)塊鏈功能斟叼。TEE生成其硬件/軟件機(jī)制的認(rèn)證和運(yùn)行在enclave內(nèi)部的代碼，參與者使用這些代碼來驗證一切都符合預(yù)期春寿。私鑰/公鑰對在enclave內(nèi)生成朗涩，公鑰作為代表enclave身份的認(rèn)證的一部分包含在enclave中。

3. 將網(wǎng)絡(luò)章程上載到VN绑改。

4. 在每個前端應(yīng)用程序和VN之間建立一個安全的通信通道谢床。

5. 上傳它的私有/公鑰份額，用于數(shù)據(jù)完整性和機(jī)密性(稍后將介紹)厘线。

無論是網(wǎng)絡(luò)中的第一個VN识腿，還是后續(xù)的VN，引導(dǎo)VN的上述過程都是相同的造壮。后續(xù)的VNs將使用VN列表發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的其他VNs渡讼，并嘗試與它們建立安全的節(jié)點到節(jié)點的連接。只有在VN列表中的VN才可以與其他VNs建立安全連接耳璧，并且每個VN的TEE都可以提供有效的認(rèn)證成箫。

成員、參與者和節(jié)點管理

在網(wǎng)絡(luò)上線運(yùn)行后旨枯，任何現(xiàn)有成員都可以提議投票加入新成員或參與者蹬昌；添加一個屬于已有成員或參與者的VN；或刪除一個成員攀隔、參與者或VN皂贩。

添加新成員或參與者

可以在創(chuàng)世網(wǎng)絡(luò)章程中定義多個成員和/或參與者栖榨，在這種情況下，在網(wǎng)絡(luò)啟動并運(yùn)行之后不需要添加它們∶魉ⅲ現(xiàn)有成員可以在創(chuàng)世網(wǎng)絡(luò)章程中添加新成員或參與者治泥。

無論添加的是新成員還是參與者，過程都是相同的遮精。以下是新成員的工作流程：

1. 新成員使用上面描述的過程創(chuàng)建VN。要做到這一點败潦，新成員必須從現(xiàn)有成員接收當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)章程的副本本冲，以便在引導(dǎo)期間使用。這發(fā)生在今天的Coco系統(tǒng)之外劫扒，通過任何安全手段完成成員之間的通信檬洞。(雖然擁有網(wǎng)絡(luò)章程的副本并不意味著流氓實體可以加入網(wǎng)絡(luò)，但網(wǎng)絡(luò)章程確實包含敏感信息沟饥，這意味著在與他人共享時要小心添怔。

2. 在新成員的VN準(zhǔn)備加入網(wǎng)絡(luò)之后，現(xiàn)有的成員提議投票贤旷，提供的身份和的第一個VN加入網(wǎng)絡(luò)：广料。如果投票成功，則將成員添加到成員列表幼驶，并將其節(jié)點添加到VN列表艾杏。

3. 在成員進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后，將從另一個成員VN接收當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)章程和區(qū)塊鏈狀態(tài)盅藻，并確保網(wǎng)絡(luò)章程與自己的版本相匹配购桑。

為了簡化上述過程，在引導(dǎo)過程(上面的第1步)中氏淑，新成員的VN可以從網(wǎng)絡(luò)本身接收當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)章程勃蜘，以避免將其傳遞到系統(tǒng)之外。在這種情況下假残，在步驟3中缭贡，在VN下載數(shù)據(jù)或處理事務(wù)之前必須有機(jī)會在VN安裝之后批準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)章程，以避免在準(zhǔn)入時沒有批準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)章程的情況守问。

從技術(shù)上講匀归，如果新行動者(成員或參與者)想在第一個VN準(zhǔn)備好之前添加到成員列表中，那么添加行動者和第一個VN可以被解耦耗帕；然而穆端，在這種情況下，必須通過另一個成員基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行第二次投票仿便，以將新參與者的第一個VN添加到VN列表体啰。

類似地攒巍，如果新參與者過早地引導(dǎo)第一個VN，那么在啟動與網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有VNs的連接時荒勇，該VN將被拒絕柒莉，因為新參與者的VN還沒有出現(xiàn)在VN列表中。在投票完成并將新的參與者的VN添加到VN列表之后沽翔，將需要重新啟動查找和連接嘗試兢孝。

為現(xiàn)有的行動者添加新的VNs

類似于添加新成員，成員可以提議對添加一個新的VN進(jìn)行投票仅偎，該VN屬于現(xiàn)有的行動者跨蟹。提案可以由任何行動者提出，而不僅僅是VN的所有者橘沥。投票過程是相同的窗轩，新的VN在投票成功之前不能加入網(wǎng)絡(luò)。

移除參與者或VNs

刪除一個行動者或VN的過程也是類似的座咆。行動者或VN在投票完成并生效之前不會正式從成員列表或VN列表中刪除痢艺，這意味著行動者或VN在此期間仍然可以訪問網(wǎng)絡(luò)。

投票

任何成員都可以提議對網(wǎng)絡(luò)章程中指定的任何策略進(jìn)行修改介陶，以便進(jìn)行投票堤舒，其方式與通過投票添加或刪除成員和VNs的方式類似。成員還可以為創(chuàng)世網(wǎng)絡(luò)章程中未指定的策略提出建議哺呜，前提是該策略由Coco系統(tǒng)支持植酥。類似地，成員可以建議從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中刪除策略弦牡。還建議對Coco Framework代碼和區(qū)塊鏈協(xié)議代碼進(jìn)行更新并投票友驮。甚至連投票政策本身也可以通過這個過程來改變。(投票改變投票政策將使用舊的投票政策;如果投票成功驾锰，下次投票將采用新的投票政策卸留。）

當(dāng)提交修改網(wǎng)絡(luò)章程的建議時，將通知所有現(xiàn)有成員椭豫，并必須進(jìn)行投票耻瑟。每個成員都得到一票，不管它在網(wǎng)絡(luò)中有多少VNs赏酥。每個成員的投票都是一個Coco管理交易喳整，因此提交、處理并最終記錄在Coco管理賬本中裸扶。

在達(dá)到法定投票人數(shù)后框都，Coco系統(tǒng)根據(jù)指定的投票政策判定投票結(jié)果。成員可以隨時投票呵晨，這意味著投票結(jié)果的延遲完全取決于成員投票的速度以及網(wǎng)絡(luò)章程中規(guī)定的投票政策魏保。對任何網(wǎng)絡(luò)政策的變更熬尺，直到法定人數(shù)完成投票和批準(zhǔn)變更后才生效。

6.交易工作流

Coco網(wǎng)絡(luò)建立后谓罗，它可以接受成員或參與者的交易粱哼。交易有兩種類型：

• 應(yīng)用程序交易，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的業(yè)務(wù)交易的主要集合檩咱。
• Coco管理交易揭措，例如添加一個成員。

Coco Framework使用類似的工作流來接收和處理這兩種類型的交易刻蚯，包括如何達(dá)成一致蜂筹。(回想一下，雖然邏輯上有兩個總賬芦倒，但它們都記錄在一個存儲中，以便在網(wǎng)絡(luò)中的所有交易中保持相對的順序不翩。)

不管交易類型如何兵扬，Coco都對所有應(yīng)用程序到節(jié)點的通信通道和節(jié)點到節(jié)點的通信通道使用安全通信通道來保護(hù)機(jī)密性。Coco還支持應(yīng)用程序?qū)拥募用芎蜕矸蒡炞C口蝠，而不是傳輸層器钟。

應(yīng)用程序交易工作流

圖5展示了應(yīng)用程序交易的工作流：

1. 在發(fā)送交易之前，應(yīng)用程序(例如Ethereum DApp)在網(wǎng)絡(luò)中建立了一個經(jīng)過身份驗證的妙蔗、加密的VN連接傲霸。應(yīng)用程序可以直接與VN或通過一個中間前端系統(tǒng)建立連接，這取決于DApp和前端的安全性和關(guān)鍵管理設(shè)計目標(biāo)眉反。

2. 當(dāng)Coco Framework接收到一個交易時昙啄，它會解密它，然后將其路由到相應(yīng)的區(qū)塊鏈適配器寸五。(host接受連接梳凛，但在enclave內(nèi)部解密和處理。通過這種方法梳杏，VN在網(wǎng)絡(luò)和host操作系統(tǒng)層進(jìn)行交互時韧拒，對數(shù)據(jù)有效負(fù)載不可見，也無法進(jìn)行篡改十性。)

3. 適配器啟動交易集叛溢，并與區(qū)塊鏈協(xié)議子系統(tǒng)(如塊生成邏輯和以太坊虛擬機(jī)，或EVM)的組件進(jìn)行交互劲适，以處理交易楷掉。

4. 適配器通過分布式存儲提交交易集，該存儲保存并使用配置的協(xié)商一致算法在網(wǎng)絡(luò)上復(fù)制所有狀態(tài)更改霞势。對單個交易的處理可能導(dǎo)致多個狀態(tài)更改靖诗。

Coco框架支持對應(yīng)用程序交易進(jìn)行批處理郭怪，但這降低了更高的吞吐量以提高延遲。當(dāng)適配器處理一組批處理的交易時刊橘，它將收集交易集中的所有更新鄙才，然后將它們提交到分布式存儲中。

圖5 應(yīng)用程序交易工作流

Coco管理交易工作流

處理Coco管理交易的工作流程與上述類似促绵；唯一的區(qū)別是攒庵，交易是由Coco掌控管理的部分處理而不是由區(qū)塊鏈核心的Coco。

達(dá)成共識

在Coco網(wǎng)絡(luò)中败晴，需要對分布式存儲的所有更新達(dá)成一致浓冒，包括應(yīng)用程序交易、智能合約狀態(tài)和管理交易尖坤。盡管協(xié)商一致是任何分布式網(wǎng)絡(luò)的基本方面稳懒，但與公鏈網(wǎng)絡(luò)相比，Coco網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特之處在于每個VN都完全信任網(wǎng)絡(luò)中的其他VN慢味。

正因為如此场梆，不需要防范惡意消息，并且可以毫不含糊地接受不與VN維護(hù)的現(xiàn)有狀態(tài)沖突的區(qū)塊鏈更新纯路。最終的結(jié)果是：Coco不需要浪費(fèi)能源計算密集型的工作證明算法或油、可能有潛在不公平的權(quán)益證明算法或引起延遲的時間限制算法。本文檔后面將介紹深入防御的措施驰唬，以降低TEE故障或執(zhí)行中的硬件錯誤風(fēng)險顶岸。

Coco Framework的設(shè)計目的是支持可插拔式協(xié)商一致算法——計劃最初集成類似paxos的協(xié)商一致算法和Caesar協(xié)商一致算法(一種來自微軟研究院的算法)。Coco網(wǎng)絡(luò)可由其他協(xié)商一致的算法構(gòu)建叫编；為了實現(xiàn)高效的協(xié)議和最大吞吐量辖佣，理想的實現(xiàn)應(yīng)該利用通過受信任的VN的安全通道接收的消息本身是受信任的這一事實。

無論采用何種協(xié)商一致算法搓逾，只要算法的持久性和可串行性要求得到滿足凌简，協(xié)商一致都可以很快實現(xiàn)。在整個網(wǎng)絡(luò)中分布事務(wù)可以使用多播恃逻、廣播樹或任何其他被認(rèn)為對物理Coco網(wǎng)絡(luò)的大小和拓?fù)溆行У膮f(xié)議來執(zhí)行雏搂。

Paxos共識

在Paxos共識下，一個VN當(dāng)選為領(lǐng)導(dǎo)人寇损。所有其他VNs都是跟隨者凸郑，它們只是接受事務(wù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)給leader進(jìn)行處理。在leader處理事務(wù)之后矛市，由于Coco使用了TEEs芙沥，所以follower可以簡單地接受leader的事務(wù)結(jié)果。

Paxos共識(以及類似于Paxos的算法，如Raft)對于較少的節(jié)點來說是非常高效的而昨，并且受到傳統(tǒng)節(jié)點之間的中值延遲的限制救氯。因此，類似paxos的一致性算法對于Coco網(wǎng)絡(luò)的適用性取決于VNs的數(shù)量歌憨，而VNs的數(shù)量又取決于聯(lián)盟中的行動者數(shù)量和每個行動者的節(jié)點數(shù)量着憨。

在Coco的未來版本中，可以通過采用分布式系統(tǒng)研究(如靈活的paxos)來解決節(jié)點的可伸縮性問題务嫡，這是一個簡單的觀察甲抖，即不需要Paxos中的所有法定成員都進(jìn)行交叉。這足以要求領(lǐng)導(dǎo)人選舉階段使用的法定人數(shù)與以前復(fù)制階段使用的法定成員重疊心铃。這使Coco以更慢的速度進(jìn)行領(lǐng)導(dǎo)選舉(一個不常見的事件)准谚，以便更快的復(fù)制(一個常見的事件)。

還可以通過分布式事務(wù)支持來解決節(jié)點的可伸縮性去扣，使用諸如樂觀提交和依賴于follower的方法柱衔。這允許所有節(jié)點(不僅僅是領(lǐng)導(dǎo)者)處理事務(wù)，將計算負(fù)載分散到整個Coco網(wǎng)絡(luò)中愉棱。

更多關(guān)于Paxos的信息可以在這里找到唆铐，更多關(guān)于Raft的信息可以在這里找到。

Caesar共識

Caesar 共識是一種構(gòu)建安全羽氮、高效的區(qū)塊鏈聯(lián)盟網(wǎng)絡(luò)的新的協(xié)商一致算法。它利用區(qū)塊鏈的密碼屬性使區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點能夠在有效的賬本上達(dá)成一致惫恼。Caesar共識支持靈活的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點容錯模型——包括崩潰档押、拜占庭式、兩者的混合祈纯，或者近乎完全的妥協(xié)（除一個節(jié)點外全部崩潰的妥協(xié))令宿。

在Coco網(wǎng)絡(luò)中，Caesar 共識可以與傳統(tǒng)的容錯算法(如Paxos)一起使用腕窥，以幫助提供額外的安全性和故障檢測粒没，比如在TEE故障的情況下。在這種結(jié)合的方法下簇爆，follower節(jié)點不是明確地接受來自leader節(jié)點的事務(wù)癞松，而是在分布式帳本中存儲少量的加密信息(稱為心跳交易)，以啟用分布式協(xié)商一致入蛆，這也可以跟蹤進(jìn)展并使leader負(fù)責(zé)响蓉。如果檢測到不當(dāng)行為，那么follower節(jié)點就可以聚集在一起哨毁，從網(wǎng)絡(luò)中驅(qū)逐出領(lǐng)導(dǎo)者枫甲，而另一個領(lǐng)導(dǎo)者重新被選舉出來。(回想一下，在Coco網(wǎng)絡(luò)中想幻，領(lǐng)導(dǎo)者只有在TEE被破壞的情況下才能做出惡意的行為粱栖。Caesar共識檢測到這種危害并啟動故障轉(zhuǎn)移協(xié)議來啟動新的領(lǐng)導(dǎo)人，這反過來又解決了這種危害脏毯。）

更多關(guān)于Caesar共識的信息可以在文章第3.4節(jié)中找到闹究。

安全通信

Coco強(qiáng)制執(zhí)行安全的應(yīng)用程序到節(jié)點和節(jié)點到節(jié)點的通信通道，這兩個通道都使用相互驗證的TLS連接抄沮，這些連接終止于enclave跋核。(技術(shù)上，有兩個應(yīng)用程序到節(jié)點的通信通道——一個用于應(yīng)用程序交易叛买，另一個用于Coco管理交易砂代。)

這確保只有有效的成員和參與者可以提交、處理和查看網(wǎng)絡(luò)交易率挣，并且只有有效的VNs才能加入網(wǎng)絡(luò)刻伊。類似地，由于數(shù)據(jù)是跨所有連接加密的椒功，并且只在enclave內(nèi)部是透明的捶箱，所以主機(jī)級對VN的訪問不允許檢查網(wǎng)絡(luò)流量。

7.機(jī)密性和完整性

Coco網(wǎng)絡(luò)的持久狀態(tài)(即寫入持久存儲的狀態(tài))包括三種類型的數(shù)據(jù):應(yīng)用程序交易动漾、智能合約狀態(tài)和管理交易序攘。所有這些都受到保護(hù)，以確保網(wǎng)絡(luò)機(jī)密性和數(shù)據(jù)完整性蜜暑，也就是時確保只有Coco網(wǎng)絡(luò)上的有效參與者才能訪問數(shù)據(jù)画恰，并且數(shù)據(jù)不會被修改。Coco還支持細(xì)粒度的數(shù)據(jù)訪問控制删豺，這是為了適應(yīng)業(yè)務(wù)需求以實現(xiàn)更細(xì)粒度的機(jī)密性——比如2+ party機(jī)密性共虑。

網(wǎng)絡(luò)機(jī)密性和數(shù)據(jù)完整性

至少，Coco保護(hù)賬本條目呀页，以確保網(wǎng)絡(luò)之外的任何實體都不能查看或操縱持久狀態(tài)妈拌。通過使用門限加密(如下所述)，Coco可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)機(jī)密性和數(shù)據(jù)完整性蓬蝶，而無需授予任何單個參與者完全控制權(quán)尘分。

在VN上的一個enclave內(nèi)，數(shù)據(jù)可以明文處理丸氛，以簡化計算并提高性能音诫。但是，考慮到TEE具有有限的安全內(nèi)存雪位，寫入持久存儲的數(shù)據(jù)在最終寫入磁盤之前必須經(jīng)過不受信任的host竭钝。Coco通過使用經(jīng)過驗證的加密以加密和完整性保護(hù)的形式從enclave中編寫所有數(shù)據(jù)來解決這個問題梨撞。這確保數(shù)據(jù)只能通過Coco Framework訪問，從而確保正確的訪問控制香罐，防止對主機(jī)或磁盤的未經(jīng)授權(quán)的直接訪問卧波，并確保檢測篡改數(shù)據(jù)。

為了確保高可用性和防止惡意(或非故意)數(shù)據(jù)刪除庇茫，可以將磁盤上的加密數(shù)據(jù)備份到其他場所或云存儲中港粱。

加密持久狀態(tài)

為了加密持久狀態(tài)，Coco為在協(xié)商一致算法中指定為leader的VN的enclave內(nèi)生成一個對稱會話密鑰旦签。密鑰是在一個定義的紀(jì)元（網(wǎng)絡(luò)章程中成員設(shè)置的固定時間）上生成的查坪，紀(jì)元的具體持續(xù)時間由聯(lián)盟成員確定，需要權(quán)衡安全性的增加和更頻繁的密鑰生成操作開銷宁炫。其他對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的改變偿曙，如行動者添加或刪除，也將迫使一個紀(jì)元的轉(zhuǎn)變羔巢。

對稱會話密鑰本身是加密的望忆，并被寫入Coco管理帳本以實現(xiàn)持久性。對稱會話密鑰也在內(nèi)存中保持一段固定的時間（在網(wǎng)絡(luò)章程中可配置）竿秆；如果不在內(nèi)存中启摄，則根據(jù)需要檢索和解密密鑰。

Coco用于加密和持久化會話密鑰的過程利用了一個完全獨(dú)立的非對稱門限加密系統(tǒng)幽钢。在這種方法下歉备，N個參與者交換材料，建立的門限加密方案如下:

1. 每個參與者生成一個私鑰份額(或)匪燕，創(chuàng)建一個相應(yīng)的公鑰份額(或)蕾羊，并將兩者都上傳到其VN。如果需要谎懦，為了避免在系統(tǒng)之間移動私鑰/公鑰份額肚豺，這一步可以在VN上的Coco系統(tǒng)中完成溃斋。

2. VNs與其他VNs共享其行動者的公鑰份額(或)界拦。私有密鑰共享(或)僅保留在每個行動者的節(jié)點上。

3. 然后梗劫，每個VN使用共享的公鑰份額材料(或i)來形成一個單紀(jì)元公鑰——即公共共享網(wǎng)絡(luò)密鑰public shared network key——來加密對稱會話密鑰享甸。一個計劃可以簡單把所有公鑰份額相乘：。復(fù)雜方案可以使用可以使用梳侨，需要進(jìn)行更復(fù)雜的推導(dǎo)蛉威。

對稱會話密鑰的門限加密允許：

• 訪問控制：惡意的VN無法自己解密數(shù)據(jù)；相反走哺，它需要從網(wǎng)絡(luò)中的其他M-1角色的VNs中獲取部分解密蚯嫌，然后才能進(jìn)行這種嘗試。

• 業(yè)務(wù)連續(xù)性和災(zāi)難恢復(fù)：在發(fā)生災(zāi)難性故障的情況下，參與者可以通過合并對稱會話密鑰的解密份額來共同解密Coco之外的數(shù)據(jù)择示。(需要一個足夠大的M束凑，足夠的行動者不太可能會在其他非被擔(dān)保的情況下惡意串通解密數(shù)據(jù))。

• 審計：審計人員可以請求解密對稱會話密鑰的份額栅盲，而不需要完整的私有共享網(wǎng)絡(luò)密鑰或依賴一個行動者來提供數(shù)據(jù)汪诉。

解密持久狀態(tài)

對稱會話密鑰的解密需要N個行動者中的M個，其中M可以配置為1到N中的任意數(shù)谈秫。解密時扒寄，leader需要請求M個VN組合解密共享，形成對稱會話密鑰的完整解密拟烫。值得注意的是该编，私有密鑰共享(或)從未在Coco網(wǎng)絡(luò)中合并，因此永遠(yuǎn)不會顯示完整的私有共享網(wǎng)絡(luò)密鑰构灸。

值得注意的是,雖然M可以等于N上渴，或者甚至可以是1，一個典型的Coco實現(xiàn)M將需要至少喜颁，以確保機(jī)密性仍將保護(hù)提供了大多數(shù)行動者不勾結(jié)稠氮。這也確保了網(wǎng)絡(luò)可以繼續(xù)運(yùn)行，只要它能夠維護(hù)至少代表M+1個行動者的VNs的連接半开，使它能夠在一個或多個行動者的VNs從網(wǎng)絡(luò)中掉線或分區(qū)時繼續(xù)運(yùn)行隔披。

2+方保密

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的兩個或多個參與者需要私下進(jìn)行交易(例如出于監(jiān)管原因)時，將交易可見性限制在網(wǎng)絡(luò)上的有效行動者可能是不夠的寂拆。為了使行動者能夠?qū)⒆约汉鸵粋€或多個其他行動者之間的交易指定為機(jī)密奢米，應(yīng)該在集成的區(qū)塊鏈協(xié)議中提供(或添加)對此類表達(dá)式的支持。

通過使用TEEs纠永，這變成了一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問控制問題鬓长。同樣，交易可以在enclave內(nèi)部進(jìn)行明文處理尝江，然后以加密格式存儲在enclave外部涉波。然后VNs只允許交易中涉及的行動者看到它。同樣的模型可以應(yīng)用于智能合約代碼和智能合約狀態(tài)炭序，而不僅僅是交易數(shù)據(jù)啤覆。在本文后面的功能原型和演示中，我們將討論如何在以太坊中實現(xiàn)這一點惭聂。

對于某些類型的交易窗声，可能需要額外的安全措施。Coco中的任何內(nèi)容都不能阻止應(yīng)用程序在向網(wǎng)絡(luò)提交事務(wù)之前使用其他保密技術(shù)(如同態(tài)加密)對事務(wù)進(jìn)行加密辜纲；這僅僅是在特定于Coco的網(wǎng)絡(luò)和2+方機(jī)密性之上的另一層笨觅。

使用上面的2+方方法拦耐，數(shù)據(jù)駐留在所有VNs上，即使只對某些人可見见剩。然而揩魂，在某些管理場景中，交易數(shù)據(jù)不能駐留在網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點上炮温。為了解決這個問題火脉，除了上面描述的標(biāo)準(zhǔn)2+方機(jī)密性之外，Coco系統(tǒng)中還可以集成點對點模型柒啤。

8.減輕故障

Coco VNs信任它們的節(jié)點倦挂，支持高效、可伸縮和高性能的事務(wù)處理担巩。然而方援，這種方法存在潛在的脆弱性。如果VN上的TEE被破壞涛癌，攻擊者可能會訪問私有數(shù)據(jù)并發(fā)布虛假的事務(wù)犯戏。這與傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈實現(xiàn)不同，在傳統(tǒng)的實現(xiàn)中拳话，單個節(jié)點的故障是一個本地化失敗先匪，不會影響到更廣泛的網(wǎng)絡(luò)∑埽考慮到這一點呀非，可以采取一些措施，以大大減少與TEE故障有關(guān)的風(fēng)險：

編譯時的技巧

可以在編譯時使用技巧來消除可以用于破壞TEE的bug類镜盯，如VC3中的第7節(jié)所述：使用SGX在云中進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)分析岸裙。

最小化可信代碼庫

最小化潛在攻擊面，降低了故障的風(fēng)險速缆。這可以通過將在enclave內(nèi)部運(yùn)行的代碼分解為兩個部分來實現(xiàn)：

• 管理員enclave Manager enclave降允。管理員enclave負(fù)責(zé)敏感操作，包括私有密鑰管理艺糜、加密處理和治理邏輯剧董。這段代碼的大小是有限制的，并且不需要隨著每次區(qū)塊鏈集成而變化倦踢。此外送滞，它可以得到正式的驗證和大量的審計侠草。

• 工作enclave worker enclave辱挥。工作enclave托管區(qū)塊鏈協(xié)議代碼，并為敏感操作調(diào)用管理員enclave边涕。如果工作enclave被入侵晤碘，則攻擊者可以訪問駐留在工作enclave內(nèi)存中的任何明文數(shù)據(jù)褂微，但不能直接訪問密鑰、獨(dú)立地解密磁盤上的數(shù)據(jù)园爷，或者提議或批準(zhǔn)對網(wǎng)絡(luò)的更改宠蚂。

另外，軟件故障隔離技術(shù)可以在單個enclave中使用童社。這種方法不僅實用求厕、低開銷，而且可以防止單個enclave密鑰的泄露扰楼。微軟研究院的論文A Design and Verification Methodology for Secure Isolated Regions提供了關(guān)于這種方法的更多信息呀癣。

VN租賃

此外，網(wǎng)絡(luò)可以要求VNs獲得定期更新的租約弦赖。更新過程可能需要將VN的TEE重置為原始狀態(tài)项栏，從而消除攻擊者可能獲得的任何立足點。沒有更新租約的VNs被隔離在網(wǎng)絡(luò)上蹬竖，阻止他們訪問在隔離生效后被添加到區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)沼沈。

共識變化

最后，可以從其他VNs接收VNs示例事務(wù)币厕，并在承諾之前同步驗證它們列另。這將允許快速檢測惡意VN，而無需進(jìn)行重大性能權(quán)衡旦装。類似地访递，單獨(dú)的VN可以異步地驗證所有事務(wù)。

9.功能原型和演示

為了展示其可行性和v1.0設(shè)計同辣，微軟創(chuàng)建了Coco Framework的功能原型拷姿，并使用它創(chuàng)建展示可擴(kuò)展性和保密性的演示。

功能原型

Coco框架架構(gòu)在邏輯上分為幾個部分：具有一致算法的持久分布式存儲旱函、應(yīng)用程序到節(jié)點和節(jié)點的安全通信通道响巢、機(jī)密性加密方案和分布式治理。該功能原型具有以下實現(xiàn)特征：

• 基于RAFT協(xié)商一致算法的持久棒妨、分布式鍵值存儲踪古。

• 英特爾SGX的TEE硬件。

• 通過互TLS身份驗證保護(hù)應(yīng)用程序到節(jié)點的通信和節(jié)點到節(jié)點的通信券腔。(這是通過mbed TLS的修改版本實現(xiàn)的伏穆，一個開源的TLS實現(xiàn))

• 一個只支持成員和節(jié)點管理的簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

• 現(xiàn)有的以太坊協(xié)議對交易和智能合約實現(xiàn)的版本纷纫，并對與Coco的集成做了微小的修改枕扫。

微軟期望在Coco Framework內(nèi)的許多組件可以插拔，以支持特定于行業(yè)的需求——包括但不限于一致的算法和通信協(xié)議辱魁。

演示

使用這個原型烟瞧，微軟部署了一個多節(jié)點的Coco網(wǎng)絡(luò)來評估可伸縮性和展示機(jī)密性诗鸭。

可伸縮性測試

為了評估可擴(kuò)展性，微軟從公開的以太坊網(wǎng)絡(luò)中選擇了2000筆交易参滴，并通過原型進(jìn)行反饋强岸。一般來說，交易速率大約是Coco不可用協(xié)議的100倍砾赔。

可伸縮性測試的具體結(jié)果包括：

• 每秒大約1600個交易的吞吐量蝌箍。(吞吐量定義為每單位時間處理和提交的交易總數(shù)。演示中的速度計顯示每秒的交易總數(shù))

• 在幾百毫秒內(nèi)的延遲暴心，用100交易批處理大小來度量——表示區(qū)塊鏈塊的平均大小十绑。（延遲定義為從接收交易到網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點提交交易的總時間，而不是在leader上提交交易的本地時間酷勺。如果需要本橙，可以通過減少批處理大小來減少延遲，盡管是以交易吞吐量為代價的脆诉。）

應(yīng)該注意的是甚亭，吞吐量數(shù)字取決于Coco Framework及其優(yōu)化、選擇的一致和密碼原語击胜，以及可能的其他網(wǎng)絡(luò)治理策略亏狰。微軟希望通過對v1.0的框架優(yōu)化來進(jìn)一步提高吞吐量，但要注意偶摔，在啟用其他安全機(jī)制時暇唾，可能會出現(xiàn)一些性能上的折衷。

保密

微軟與合作伙伴Mojix合作辰斋，將其供應(yīng)鏈DApp移植到基于coco的以太坊協(xié)議中策州。一般來說，DApps可以“提升和轉(zhuǎn)移”宫仗，只需對與Coco集成的以太坊賬簿進(jìn)行最小的更改够挂；惟一需要的更改是支持對Coco網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證，并利用Coco的機(jī)密性特性藕夫。因此孽糖，可以通過訪問控制策略實現(xiàn)機(jī)密性，并通過特定賬本的構(gòu)造進(jìn)行公開毅贮，而不需要復(fù)雜的加密方案办悟。

因為以太坊沒有Solidity(一個以太坊智能合約語言)的保密模型，而且由于微軟不希望修改EVM滩褥，所以這個原型使用了TEE病蛉，通過在每個智能合約中編寫的訪問控制策略來實現(xiàn)機(jī)密性。為此，微軟在Coco以太坊適配器中禁用了對交易和區(qū)塊級信息的訪問铡恕。然后，Mojix開發(fā)人員可以通過驗證調(diào)用者的地址丢间，在智能合約中實施訪問控制規(guī)則探熔。所有智能合約成員都是私有的，所有的讀函數(shù)都需要有一個簽名烘挫，這個簽名是通過ecrecover()來檢查配置的诀艰、授權(quán)的地址列表的。

對于事件饮六，Microsoft添加了RPC方法其垄，要求在讀取事件之前使用簽名檢查訪問。Mojix開發(fā)人員隨后能夠?qū)崿F(xiàn)智能合約方法卤橄，Coco以太坊適配器調(diào)用智能合約函數(shù)來檢查最終用戶是否被授權(quán)绿满。如果沒有檢查訪問方法，則在Coco網(wǎng)絡(luò)中將智能合約視為公開窟扑。

對許多人來說喇颁，機(jī)密性演示程序似乎是一個標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)應(yīng)用程序。它的美麗之處就在于這個事實嚎货；看起來由集中式數(shù)據(jù)庫支持的標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)應(yīng)用程序?qū)嶋H上是由跨組織的分布式賬本支持的以太坊區(qū)塊鏈應(yīng)用程序橘霎。

觀看演示

可以在這里找到兩個演示的錄像。

10.結(jié)論

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N轉(zhuǎn)換技術(shù)殖属，能夠顯著減少業(yè)務(wù)操作的摩擦姐叁，特別是在跨組織的共享業(yè)務(wù)流程方面。越來越多的企業(yè)正在調(diào)查或嘗試將其作為一種安全洗显、透明的方式外潜，以數(shù)字跟蹤跨信任邊界的資產(chǎn)所有權(quán)，開放跨組織協(xié)作的新機(jī)遇挠唆，以及富有想象力的新商業(yè)模式橡卤。

微軟致力于將區(qū)塊鏈引入企業(yè)，并與客戶损搬、合作伙伴和區(qū)塊鏈社區(qū)合作碧库，繼續(xù)推進(jìn)其企業(yè)準(zhǔn)備工作。我們的使命是幫助企業(yè)在這個安全多方計算的新時代蓬勃發(fā)展巧勤，通過提供開放嵌灰、可擴(kuò)展的平臺和服務(wù)，從分類公司到政府颅悉、醫(yī)療機(jī)構(gòu)和全球銀行沽瞭，都可以用來創(chuàng)造新的價值。

Coco框架是我們這一旅程的最新一步剩瓶，它通過交付企業(yè)需要的關(guān)鍵元素驹溃，為區(qū)塊鏈在企業(yè)中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)城丧。當(dāng)區(qū)塊鏈賬本實現(xiàn)與Coco集成時，它將處理傳統(tǒng)的集中數(shù)據(jù)庫的性能和可擴(kuò)展性豌鹤。Coco還為賬本的內(nèi)容提供任意的數(shù)據(jù)保密規(guī)則亡哄，例如基于角色的事務(wù)數(shù)據(jù)訪問控制。最后布疙，Coco提供了一個全面的分布式治理系統(tǒng)蚊惯，而不需要外部管理機(jī)制。

正如本文中提到的灵临，Coco不是一個獨(dú)立的區(qū)塊鏈協(xié)議截型；相反，它提供了一個可信的基礎(chǔ)儒溉，可以將現(xiàn)有的區(qū)塊鏈協(xié)議(如Ethereum宦焦、Quorum、Corda和Hyperledger Sawtooth)集成在一起顿涣，以交付完整的赶诊、企業(yè)級的分類解決方案。根據(jù)設(shè)計园骆，Coco是開放的舔痪，并與任何區(qū)塊鏈協(xié)議兼容。它甚至可以在區(qū)塊鏈解決方案之外支持通用锌唾、安全和可解釋的多方計算锄码。

J. P. Morgan (Quorum)， R3 (Corda)晌涕， Intel (Hyperledger Sawtooth)已經(jīng)同意將其專有的區(qū)塊鏈分類平臺與Coco集成在一起滋捶，并同意在框架和Ethereum提供支持方面進(jìn)行合作。微軟計劃于2018年在GitHub上發(fā)布這個框架余黎，作為一個開源項目——可以在Linux和Windows上重窟，也可以在云上，也可以在本地惧财。與此同時巡扇，微軟將繼續(xù)與客戶、合作伙伴和區(qū)塊鏈技術(shù)和商業(yè)社區(qū)合作垮衷，繼續(xù)推進(jìn)產(chǎn)品的使用厅翔。