FHE如何解决a16z提出的合规可编程隐私问题?

23-11-25 16:00
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原文标题:《Programmable Privacy and Onchain Compliance using Homomorphic Encryption》
原文作者:Rand Hindi
原文编译:Luccy,BlockBeats

编者按:
9 月 19 日,a16z 的加密团队在 Nakamoto Challenge 中提出了七个问题,分别是:原子可组合性和共享测序的局限性、DePIN 验证、JOLT + Lasso 问题、合规可编程隐私、最佳 LVR 缓解、设计 MEV 交易供应链以及利用区块链进行 Deepfake 保护。

对于合规可编程隐私问题,开源加密工具 Zama 提出了一种解决方案,完全同态加密 (FHE) 或说 fhEVM 机密智能合约协议。fhEVM 以其在加密状态上进行计算的能力,为开发者提供了在链上构建合规可编程隐私应用的新途径。

去中心化标识(DID)作为数字身份的颁发者,存储在加密状态中,实现了用户身份的隐私和可编程合规的双赢。通过监管合约定义个体之间的代币转移规则,实现了对转账条件的动态监管。此设计在智能合约级别执行监管规定,无需硬编码,用户通过几行 Solidity 代码即可确保应用程序的合规性。

Zama 首席执行官 Rand Hindi 在文章中展示了如何使用 fhEVM 构建一个合规的 ERC20 代币,通过链上 DIDs 进行身份抽象。他指出,相对于其他隐私解决方案,fhEVM 的所有数据和计算均发生在链上,确保了可组合性和数据可用性。



几个月前,a16z 的加密团队发布了 Nakamoto Challenge(中本挑战),这是一份在区块链中解决的最重要问题清单。其中,第四个问题特别引起了我们的注意:「合规可编程隐私」,因为我们一直在积极思考这个问题,今天,我们提出了使用同态加密和 fhEVM 机密智能合约协议的第一个解决方案。


fhEVM 是一个常规的 EVM,其中包含一些 precompiles,可以使用我们的 TFHE-rs 同态加密库在加密状态上进行计算。从开发者的角度来看,没有涉及到密码学,他们只需使用我们提供的加密数据类型(euint32,ebool 等)编写 Solidity 代码。fhEVM 相对于其他隐私解决方案的一个重大优势是,所有的数据和计算都发生在链上。这意味着您可以获得与常规明文合同相同的可组合性和数据可用性。


这个特性对于构建可编程隐私至关重要,因为所有的访问控制逻辑都可以在合同本身中定义。在协议中没有需要硬编码的内容,用户无需在链外执行任何操作以确保合规性。应用程序可以直接强制执行合规性,只需几行 Solidity 代码。


在这篇文章中,我们将展示如何使用链上 DIDs 构建一个合规的 ERC20 代币。本教程的源代码可以在 fhEVM 存储库的 examples 文件夹中找到。


通过链上、保密的 DID 进行身份抽象


去中心化标识(DID)是由政府、注册机构、公司或用户自身等实体颁发的独特数字身份。这个 DID 可以与证明用户拥有 DID 的加密密钥绑定,例如 EVM 钱包。但它还可以存储一系列属性,比如用户的年龄、国籍、社会安全号等。这些属性反过来可以用来证明你满足某些条件(称为「证明」),比如年满 18 岁或不是纳尼亚公民。由政府、注册机构、公司或用户自身等实体颁发的,比如政府、注册机构、公司或用户本身。


大多数 DID 实际上是在用户端实现的,它们利用零知识证明生成证明。虽然在许多情况下这是可行的,但当涉及多个用户参与交易、需要对 DID 应用复杂规则,或者需要所有人遵循一套通用规则时,情况就会变得复杂。这本质上与边缘应用与云应用的权衡相似。


然而,拥有一个集中式的 DID 注册表可以解决这些问题,因为您可以简单地要求注册表检查每个人是否符合规定。这还将使得法规跟踪变得更简便,因为您只需在一个地方进行实施。区块链将是这个理想的基础设施,因为它将允许 DID 和需要遵循规定的应用之间的可组合性,以及规定之间的可组合性。这本质上与边缘应用与云应用的权衡相似。


问题:每个人都会看到所有人的身份!


幸运的是,我们有一个解决方案:同态加密,更具体地说是 fhEVM!由于在加密状态上具有可组合性的能力,我们可以直接在链上以加密形式托管用户的 DID,并通过简单的合同调用让合规的应用程序验证属性。通过智能合约管理身份的能力,我们称之为「身份抽象」,类似于通过具有账户抽象的智能合约管理资金的方式。


本教程分为 3 个部分:


身份抽象是通过一个注册合约实现的,该合约负责管理身份和证明。在这里,我们假设 DIDs 是官方政府身份证。注册表本身由中央机构(例如 AFNIC)管理,该机构可以创建注册机构(例如 KYC 公司,如 Onfido,Jumio 等),然后注册机构可以创建用户 DIDs。然后,用户通过其注册机构来管理和更新其 DID。


监管在一个合约中定义,该合约对基于用户 DID 中包含的信息的个体之间的代币转移规则进行编码。它基本上在合约级别而不是用户级别执行监管。


合规的机密转账是在一个合规的 ERC20 合约中实现的,该合约使用法规合约来强制执行代币转移的合规性,而不对 ERC20 API 本身进行任何更改。在这个例子中,我们使用了一个机密的 ERC20 合约,其中余额和金额是隐藏的,但对于一个常规的、明文的 ERC20 代币同样有效。



身份注册合约


身份注册合约是一个由注册机构发放用户 DID 的注册表,其中包含一组加密标识,如国籍、年龄、社会安全号等。这些标识以加密的 32 位值(euint32)的形式存储。


该合约还处理权限,包括:


允许合约所有者(例如 AFNIC)添加、删除或更新注册机构。

允许注册机构添加、删除或更新他们创建的用户 DID。

允许用户授予智能合约访问其 DID 特定属性的权限。这里需要注意,用户有责任不向恶意合约授予访问权限,就像他们有责任不让恶意合约花费他们的代币一样。


第一步,实现创建和管理 DID 的逻辑:


注:图片为部分截图,可在原文查看完整代码


下一步是实现标识和访问控制的逻辑。


标识符简单来说是一个字符串(例如「出生日期」)和一个加密的 32 位值。它只能由注册机构创建或更新。用户不能创建自己的标识符,因为我们希望它们经过注册机构的认证。


然而,由于标识符是加密的,用户需要授予合约访问特定值的权限,我们将通过一个简单的访问控制机制来处理,类似于您可以允许合约花费您的 ERC20 代币的简单访问控制机制。


注:图片为部分截图,可在原文查看完整代码


现在我们可以通过添加必要的获取器,加入一些条件和错误处理,来完成我们的身份注册合约。


注:图片为部分截图,可在原文查看完整代码


监管合约


下一步是创建监管合约。


在实施两个个体之间的转账规则时,重要的是要认识到这些规则可能会随时间演变。有一个单一的智能合约来定义给定上下文(如资金转移)的所有监管规定,这意味着 ERC20 合约无需自己跟踪监管规定。政府只需更新此合约,它将自动传播到实施了它的所有代币。


在核心部分,监管合约只是一组与加密身份属性匹配的条件。为了防止滥用,用户不会直接授予监管合约访问权限,而是授予 ERC20 代币合约访问权限,然后由 ERC20 代币合约执行对监管合约的委托调用。这种方法确保只有用户信任的 ERC20 合约才能访问他们的信息。请记住,在发件人和接收人在它们之间发生转账之前,它们都必须已经授予 ERC20 合约许可。


在这个例子中,我们将实施一些基本规则:


国内的转账是无限制的,但向外国的转账上限为 1 万代币。

黑名单用户无法转账或接收代币。

用户不能将代币转账到黑名单国家。


与其使交易失败,可能会泄露敏感信息,如果其中一个条件不满足,我们将简单地将转账金额设置为 0。这使用了一个称为 cmux 的同态三元运算符:value = TFHE.cmux(encryptedCondition, valueIfTrue, valueIfFalse);


注:图片为部分截图,可在原文查看完整代码


合规的隐私 ERC20 合约


现在我们有了身份注册和监管合约,我们终于可以创建符合要求的、保护隐私的代币合约了。这个合约将被称为 CompliantERC20,具有以下关键特点:


用户余额和转账金额都是加密的。

合规性通过调用监管合约来执行转账。

可以向白名单地址(例如监管机构)授予对某些余额的可见性。


注:图片为部分截图,可在原文查看完整代码


可简单的调用监管合约。这意味着用户在发起任何转账之前必须提供对 ERC20 合约的访问权限;否则,转账将被回滚。


最后,我们现在可以创建我们的 ERC20 合约:



类似于用户授予 DeFi 协议花费他们的代币的权限,他们需要授予合约访问监管合约所需的标识的权限。这是通过调用 Identity.grantAccess(contractAddress, identifiers) 来实现的,可以通过调用 ERC20.identifiers() 视图方法来检索。此列表直接来自 ERC20Rules 合约,以允许属性的更新。


合规和隐私可以共存


如果有合适的工具,建立合规并不难。虽然我们最初构建 fhEVM 以在区块链中实现隐私,但我们很快意识到这项技术可以用于身份管理,从而实现可编程合规。


此设计还远非完美,但我们相信它可以继续改进,并作为一个真实的用例推出,使合规不再等同于监管。


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