摘要

本文提议了一种建立在区块链共识协议上的点对点的安全认证系统。随机可验证地选择验证节点对其他参与节点的TPM提供的数据进行去中心化的安全认证。从而在节点之间形成信任。这种信任可以用于隐私计算和信息安全。

背景

5G的普及带来边缘计算可信的需求

5G已经开始在中国等国家快速部署。接踵而来等一个新挑战就是大量数据需要在网络边缘节点上进行计算而不是送到传统到数据中心去处理，这样会大大减少骨干网的带宽占用。但是在边缘节点计算产生了一个信任问题：数据中心的节点因为在比较严格的安全保护之下，基本上可以信任，但是边缘节点就比较难以获得广泛的信任。因此需要一种去中心化的通用手段为这些节点提供信任鉴定评级和监控。

隐私计算和可信计算

计算机系统越来越复杂，参与计算的节点数量和软件代码数量飞速增加。人类生活越来越严重依赖计算机给出的计算结果。如何让人们相信计算机系统给出的计算结果和数据是准确可信的？如何进行验证？

社交网络越来越普及，网络金融网络医疗深入方方面面。这些数据涉及到大量的用户隐私。虽然早有法律要求服务方保护用户隐私，但是由于缺乏有效的技术手段，用户隐私泄漏的事故仍然不断发生，愈演愈烈。

尽管有各种保护计算机系统安全的软硬件方案，但是真正做到完全的计算机安全是不可能的。所以计算机系统的攻击和反攻击是一对此消彼长的共同发展进步的矛盾。我们需要设计一套通用而且可以自主更新的不需要认为干预的安全网络平台。

去中心化的认证

基于TPM芯片进行的可信计算已经被广泛使用在Windows平台的PC上。主要被Windows用于检查宿主机是否足够可信来运行自己。一个更加广泛的应用在于让网络通讯参与方可以在提供自己的隐私数据之前确保对方也是可信的。这样可以用于保护隐私数据和信息安全。虽然TPM芯片是硬件，但是目前用于远程验证的逻辑仍然是软件。因此其他节点给出的远程验证的结果存在可信度的质疑。在大多数商业场景下，具有对其他节点进行安全认证这样的专业知识的节点很少。目前的主流方式都是采用中心化的认证方式，类似于现有的HTTPS的Ceritfication分发机制。在区块链这种去中心化的时代，显然不应该由一个中心机构来进行这样的认证。只有完全去中心化的基于区块链的认证方式才可以做到安全可信不可摧毁。

Https无法解决安全可信问题

除了中心化这个问题之外，https只能保证客户访问的那个服务器上有一个已知的key，所以肯定不是冒充的节点。从而可以和那个服务器建立安全的加密连接。但是https无法保证服务器的代码是不是已经被黑客篡改加入木马。所以需要另外的机制来对网络对端的更加底层的技术栈进行验证从而产生信任。这个信任需要很深的网络安全知识，而且会经常更新变动。这些能力不是一般网络浏览器和一般用户具备的。

解决思路

TPM提供Secure Boot信息留给其他节点进行验证

TPM作为电脑都已经具备都安全芯片已经实现从启动都时候就采集必要的数据并存储都不可篡改的区域等待验证方来进行验证。

验证方必须是其他节点，而且必须是随机可验证的

自己对自己的机器给出的安全验证结果往往存在可信度的问题。如果是某个固定的中心化的第三方提出的验证虽然可信度好一些，但是仍然存在贿赂串通或者技术上的单点故障的担心。最好的方式就是用区块链的思路，进行P2P，也就是点对点的验证。这些参与验证的节点都需要通过其他节点的资格验证从而避免串通作弊的可能。在验证节点之间还需要进行拜占庭容错共识从而避免真的有不超过1/3的腐败节点作恶造成结果不可信。

所有这些技术都已经在区块链上得到广泛成熟的应用。

技术实现

建立区块链共识算法

VRF选择验证节点算法

VRF是可验证随机函数的意思，已经在区块链上得到很广泛的应用。我们使用这个算法来随机选择验证节点，并且这个选择可以被其他节点进行简单验证从而避免串通。

抵押和奖惩

为了提高犯罪成本降低犯罪成功概率。所有愿意参与验证的节点都需要进行一定程度的抵押并接受智能合约的奖惩。简单的描述就是如果诚实验证即可获得奖励金钱和信用积分，如果恶意或者懒惰就得到处罚。从概率上可以证明一个好的奖惩机制可以让作恶的成本超过作恶的收益。

动态融入各种TPM和TEE的验证算法函数

从TPM存储的数据到作出是否可信的结论需要一个验证算法。这个算法不是已成固定不变的，而是随着时间的推进，矛与盾不断的较量和提升过程中不断升级变化的。所以这个算法的代码需要通过区块链分发存储和验证。好在区块链最擅长干这个了。

API接口，对外提供安全信用查询和TPM输入接口

可以使用目前已有的REST API，或者区块链领域广泛采纳的P2P网络。

部署Bootstrap节点开始传播壮大

和Bitcoin类似，先部署最初的Genesis Block和Genesis Nodes组成网络。通过这些初期节点逐步认证新加入的节点从而扩大网络规模。