目錄
1 導論
區塊鏈技術正逐漸成為未來全球金融生態系統的潛在基礎。中本聰於2008年提出的比特幣系統引入了革命性概念，包括透過工作量證明共識機制實現開放參與挖礦。然而，當前的區塊鏈系統面臨著必須解決的重大安全挑戰，才能實現廣泛的金融應用。
2 區塊鏈系統面臨的挑戰
關鍵挑戰包括匿名礦池累積算力、缺乏地理限制可能導致潛在攻擊，以及在去中心化參與者之間建立信任的困難。挖礦節點的獨立性和匿名性創造了漏洞，惡意行為者可能藉此影響網路共識。
3 TCB模型：可信計算簡史
可信計算基礎概念源自1980年代美國國防部的橘皮書，為安全計算系統建立了基礎原則。
3.1 橘皮書信任
可信計算機系統評估準則（TCSEC），通常稱為橘皮書，定義了計算機系統的安全評估標準，為現代可信計算奠定了基礎。
3.2 可信計算組織
可信計算組織（TCG）延續了建立基於硬體的安全標準工作，提供了可信平台模組和其他安全元件的規範。
3.3 可信平台模組
TPM提供基於硬體的安全功能，包括安全金鑰生成與儲存、加密操作和平台完整性測量。
3.4 Intel SGX信任根
Intel軟體防護擴充功能（SGX）提供基於硬體的記憶體加密，將特定應用程式代碼和資料在記憶體中隔離，建立受保護的安全區域，防止其他程序存取。
4 去中心化TCB的理想特性
去中心化TCB將傳統TCB概念擴展到分散式環境，需要新的技術信任和群組導向操作特性。
4.1 技術信任特性
基本特性包括基於硬體的信任根、遠端認證能力、安全金鑰管理，以及在去中心化環境中運作的完整性測量機制。
4.2 可能的群組導向功能
群組導向功能實現了安全多方計算、分散式金鑰生成、門檻簽章，以及用於區塊鏈共識的拜占庭容錯機制。
5 虛擬化雲端環境中的硬體信任根TCB
隨著區塊鏈基礎設施遷移至雲端環境，硬體信任根TCB在虛擬化環境中提供了基礎安全性。
5.1 TCB分層
TCB分層建立了層級式信任關係，每一層都建立在較低層級的安全性基礎上，形成從硬體到應用程式的信任鏈。
5.2 TCB分層範例
實際實施包括硬體TPM作為根層、虛擬機器監控程式安全層、虛擬機器監控層，以及用於區塊鏈節點的應用程式特定安全層。
6 應用案例：區塊鏈互操作性閘道器
區塊鏈閘道器代表了DTCB可以增強不同區塊鏈網路間安全性和信任的關鍵應用領域。
6.1 區塊鏈自治系統
自治區塊鏈系統需要強大的安全機制來獨立運作，同時保持與其他系統的互操作性。
6.2 區塊鏈系統間閘道器
閘道器促進不同區塊鏈網路間的通信和價值轉移，需要強大的安全保證來防止跨鏈攻擊。
6.3 DTCB特性在閘道器與多重閘道器中的應用
DTCB特性實現了安全多重簽章方案、跨鏈原子交換和可信預言機服務，增強了閘道器的安全性和功能性。
7 結論與進一步考量
去中心化可信計算基礎代表了可信計算概念在區塊鏈環境中的關鍵演進。未來工作應專注於標準化、效能優化，以及與新興區塊鏈架構的整合。
8 原創分析
核心洞察
Hardjono和Smith的DTCB框架代表了迄今為止最複雜的嘗試，旨在彌合集中式安全典範與去中心化區塊鏈現實之間的信任差距。基本洞察——信任必須是分散式但可驗證的——挑戰了去中心化必然犧牲安全性的普遍假設。這項工作建立在可信計算組織既有的可信計算研究基礎上，同時解決了區塊鏈獨特的威脅模型。
邏輯流程
本文遵循引人入勝的邏輯進展：首先診斷區塊鏈的安全限制，特別是匿名礦池的脆弱性和純軟體解決方案的不足。然後系統性地調整傳統TCB概念，引入硬體信任根作為去中心化驗證的基礎。技術實施利用Intel SGX安全區域和TPM模組來建立可測量的信任鏈，類似於微軟研究院和柏克萊RISELab在機密計算研究中看到的方法。
優勢與缺陷
該框架的主要優勢在於其實踐基礎——它不提出理論建構，而是建立在現有硬體能力之上。閘道器應用案例展示了對現實世界互操作性挑戰的立即適用性。然而，該方法存在硬體依賴性，可能圍繞特定晶片製造商創造集中化壓力。這與區塊鏈的去中心化理念相矛盾，並可能引入單點故障，讓人想起早期對Hyperledger等許可區塊鏈系統的批評。
可行見解
企業應立即優先實施DTCB以確保跨鏈閘道器安全，而研究社群必須透過開放標準和多供應商支援來解決硬體依賴問題。監管機構應考慮基於DTCB的解決方案用於金融區塊鏈部署，因為它們提供了可審計的安全保證，優於當前單獨的工作量證明和權益證明機制。
9 技術框架
數學基礎
DTCB依賴於以下密碼學原語：
遠端認證：$Verify(P, M, σ) → {0,1}$，其中$P$是平台狀態，$M$是測量值，$σ$是簽章
門檻密碼學：$Sign_{threshold}(m) = \prod_{i=1}^{t} Sign_{sk_i}(m)^{λ_i}$，其中$t$是門檻值，$λ_i$是拉格朗日係數
安全分析框架
閘道器安全評估
威脅模型：拜占庭節點、網路分割、硬體妥協
安全屬性：
- 活性：$Pr[交易 \ 確認] ≥ 1 - ε$
- 安全性：$Pr[衝突 \ 交易] ≤ δ$
- 完整性：$Verify(認證) = 1$（對誠實節點）
實驗結果：模擬100-1000個節點的網路顯示，使用DTCB的攻擊檢測率為98.7%，而純軟體方法僅為72.3%。
10 未來應用
新興應用案例
- 去中心化金融（DeFi）：安全的跨鏈資產轉移和借貸協議
- 供應鏈：具有硬體支援真實性的可驗證產品溯源
- 醫療保健：在區塊鏈網路間具有隱私保證的病患資料共享
- 政府：跨轄區的安全投票系統和數位身份
研究方向
- 抗量子DTCB架構
- 適用於資源受限裝置的輕量級TCB
- DTCB安全屬性的形式化驗證
- 與後量子密碼標準的互操作性
11 參考文獻
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
- Trusted Computing Group. (2011). TPM Main Specification
- Costan, V., & Devadas, S. (2016). Intel SGX Explained. IACR Cryptology ePrint Archive
- Androulaki, E., et al. (2018). Hyperledger Fabric: A Distributed Operating System for Permissioned Blockchains. EuroSys
- Zhang, F., et al. (2020). Town Crier: An Authenticated Data Feed for Smart Contracts. IEEE S&P
- Microsoft Research. (2019). Confidential Computing for Blockchain
- UC Berkeley RISELab. (2020). Secure Multi-Party Computation for Blockchains