在市场对区块链扩展性和安全性务实方案日益关注的背景下，硬件层面的解决途径逐渐成为焦点。可信执行环境（TEE）在区块链系统中的角色，已从最初的隐私保护项目逐步拓展至提升可扩展性和实现安全链下计算的应用。目前，已有超过50个团队在推进基于TEE的区块链项目。本文中，Cointelegraph Research将探讨TEE在区块链系统中的技术基础，并梳理该技术的重要应用场景。
TEE在区块链中的工作机制
大多数区块链技术依赖加密学与分布式计算维持安全性。TEE引入了不同维度的方式，即硬件级信任。
可信执行环境是在设备处理器内部集成的独立区域，旨在于执行期间保持数据与代码的防篡改性与机密性。其构建形成的安全隔离区无法被操作系统其他部分访问，并可通过远程证明向第三方证明其当前所执行的指令。
具体实现中，CPU会测量可信计算基（TCB），包含启动固件、操作系统内核与应用二进制文件，并将其数据写入安全硬件寄存器。随后，CPU利用内置的私有证明密钥对该测量结果进行签名，生成加密证明报告，远程验证者可据此核验隔离区的真实性与完整性。
要将此类硬件级信任引入机密智能合约执行，区块链节点需采用具备TEE的芯片。该要求通常适用于负责交易和区块验证、链下计算的节点。在Layer 1（主链）架构中，共识节点继续同步每份合约状态的加密版本，共同维护全球账本。
每个节点内部包含TEE，可完成每笔交易的解密、明文执行与重新加密。这种对硬件的要求，在提升隐私性的同时，也意味着验证节点数量可能减少，只有具备特定硬件的人才能运行节点。然而，此类信任要求部分可由TEE的远程证明机制加以弥补。
另一种替代方案是在Layer 2层采用，以争议解决机制保障TEE计算安全，例如rollup体系。此类方案与L1类似采用加密管道，但有助于提升可扩展性。不过，大多数Layer 2系统丧失了合约互操作性，因各类合约被分布在不同机器上，无法相互调用。
TEEs通过标准非对称密码学对函数调用和智能合约代码进行混淆。调用函数时，首先用TEE的公钥加密，再提交至区块链，并在隔离区解密与执行。
Secret Network基于Cosmos SDK与Intel SGX构建，是首个通过TEE实现机密智能合约的区块链。Secret Contracts使开发者能够打造机密DeFi应用，合约逻辑、输入、结果与状态均可隐藏，但地址信息不予隐匿。平台还支持发行Secret Token，其余额与交易历史仅对持有人或被授权的智能合约可见。
可信执行环境的安全漏洞
机密智能合约的安全执行依赖于TEE硬件制造商的可靠性。虽然像英特尔这样的企业因针对区块链系统的定向攻击而损害其声誉的可能性较低，但其管理引擎（IME），自2008年以来被广泛集成进大多数英特尔CPU，也曾曝出多项严重漏洞。
TEE供应商有可能在政府压力下被迫植入后门、配合监管要求或在国家安全法规下开放加密数据访问。此外，偶发性漏洞亦能威胁TEE安全。例如Plundervolt攻击曾通过操纵英特尔动态电压接口，诱发SGX隔离区内计算故障，使攻击者可绕过完整性校验，从受保护内存中提取密钥及敏感信息。
基于TEE的机密智能合约执行
为实现隐私保护型DApp，智能合约执行需同时保障逻辑与数据机密。TEE可访问解密合约数据所需密钥，从而实现机密合约代码的读取与运行。
若密钥泄露，攻击者将可能解密历史合约数据。为应对此风险，可信执行环境采用分布式密钥管理，将密钥控制权分散至多个核心可信节点，并通过频繁轮换短期密钥，降低安全事件影响范围。
Ekiden率先设计了此类系统，其方案亦被其他区块链借鉴。最敏感的密钥由KMC（密钥管理委员会，即可信节点组成的小组）通过阈值密码学管控。委员会各成员对持有份额动态轮换，以降低集中风险。同时，执行节点各自持有有限权限、时效较短的工作密钥，仅用于特定任务。
这些密钥由KMC针对每个合约发放，并于每轮周期末失效。节点如需获取密钥，须通过安全渠道向KMC证明其合法身份。KMC成员再各自用伪随机函数生成密钥份额并分发给节点，节点收齐足够份额后重构完整密钥。
若KMC节点遭入侵，可通过治理机制撤销其权限，使其不再参与后续轮次。此举虽无法彻底杜绝风险，但能显著减轻影响。新部署机密合约时，隔离区会生成全新公钥，并与合约代码及加密初始状态一同上链。
后续调用合约的用户将提取该公钥，对输入数据加密后提交至计算节点。为保证合法性，节点在启动时还会提供绑定至隔离区的签名密钥，并通过证明方式验证。
TEE在区块链中的其他应用场景
除机密智能合约以外，TEE同样可显著提升区块链的可扩展性与效率。支持TEE的节点可安全地在链外执行高强度计算，并将结果提交链上。因此，应用可将计算负载从区块链主层转移至可信链下环境，有助于降低gas费用并提高整体吞吐量。
IExec是全球规模最大的去中心化云计算平台之一，通过可信执行环境实现链下计算。平台利用基于Intel SGX的隔离区，将计算任务从区块链主链剥离并进行隔离执行。
请求方（通常为智能合约或用户）可将保密计算任务在链上发起。区块链随后通知工作节点在安全隔离区执行该任务。在正式执行前，隔离区会生成一份包含代码和配置信息加密证明的证明报告。
该报告被送往Secret Management Service进行验证，确保隔离区的完整性与真实性。仅在验证通过后，实际计算任务才会启动执行。
可信执行环境同样可用于构建防MEV（最大可提取价值）基础设施。Unichain是由Uniswap团队开发、于2024年10月上线的以太坊乐观rollup方案，在其区块生成流程中亦应用了TEE。其区块构建由与Flashbots合作开发的模块完成，在受保护的隔离区内进行区块组装。
交易流经TEE构建器后，依优先级排序被打包进Flashblocks区块。借此，Unichain实现了1秒级区块周期，未来还规划引入250毫秒子区块以进一步优化交易排序。通过在TEE内构建区块，可减少MEV提取，因为mempool交易持续被加密。依托上述特性，Unichain旨在打造专为DeFi设计的区块链。
总结
随着开发者积极寻求更高效的隐私解决方案，区块链上的可信执行环境步入发展快车道。TEE具备塑造去中心化应用未来的潜力，能以低成本和高延迟实现安全计算。但受限于硬件门槛及信任假设，目前仍绝大多数区块链尚未原生支持TEE。
展望未来，TEE的应用将从隐私保护场景持续扩展，愈发聚焦于区块链扩展性与去中心化应用的链下计算。推动这一转变的，是对更高计算能力的DApp需求增长，如去中心化AI应用。TEE有望以低成本、高性能链下计算推动相关场景落地。
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