从TEE-Boost到CRVA：浅析TEE在区块链中的应用场景

作者：Shew & Noah，DeepSafe Research

自比特币和以太坊诞生以来，Crypto业内就流传着“不可能三角”的说法，这一知名定律预言了免信任和高效率之间的冲突，虽然后来出现了如支付通道、Rollup及模块化区块链等层出不穷的方案，但它们都无法做到完全通用。如果要构建面向特定场景的用例，比如定制化的可编程签名，我们就不得不引入其他技术方案。

现在，随着行业的不断发展与成熟，TEE（可信执行环境）逐渐融入了Web3生态内。通过提供硬件环境级的数据隔离和完整性，TEE在保证安全的同时，也为Crypto中的应用场景带来了新的可能。

在本文中，DeepSafe Research将通过TEE-Boost、Rollup-Boost、CRVA等几个案例，探讨TEE在Web3当中的应用方式，向大家揭示其巨大潜力及未来可能出现的新场景。我们认为，TEE很有可能重塑整个区块链行业，在MEV、底层公链性能拓展及免信任签名发挥重大作用，在所有需要隐私保护的场景中占据一席之地。

什么是TEE？

通俗来讲，TEE是处理器或数据中心内隔离出的一片安全区域，我们可以把程序放在TEE中执行，而这段程序不会受到包括操作系统在内的其他程序干扰。

与软件层面的安全措施不同，TEE通过特殊硬件，确保外部实体无法观测或访问TEE内的数据，无论是运行TEE的主机操作系统，还是云服务提供商，都无法看到TEE内的敏感数据，这便是TEE两大特性之一的安全性，可以为敏感计算和数据构建一道屏障。

而所谓的完整性，是说在TEE中运行的代码完全按预先编好的逻辑执行，不存在外部操纵的可能性。TEE硬件会对外提供内部执行的代码的哈希值，以及对该哈希的签名，任何与TEE交互的人都可以核对这个哈希值，确定TEE内部运行的程序是否有误。

对于上面提到的签名，TEE内有一个由硬件制造商设置的根密钥，专门用来生成签名。这道密钥有多种生成方法，一种方法是 “密钥注入”，由TEE芯片生产商在外部生成密钥，然后将密钥存储在芯片中，Intel SGX芯片便使用这种方法，所以Intel作为芯片制造商，可能知道密钥的内容。

目前，更为新颖的生成TEE密钥的方法，是在TEE内部嵌入随机数模块，在TEE第一次被使用时，自动读取随机数并生成密钥。由于目前随机数生成器可以生成真随机数，这样的话即便是芯片制造商也不知道密钥的内容。这样一来包括运行TEE服务器的数据中心在内都无法窃取TEE内部的密钥。

大多数参考资料中都侧重提到TEE的安全性，但较少提到完整性，实际上完整性及其验证过程非常重要。我们可以验证TEE针对程序的哈希值生成的签名，这套流程一般称为远程认证(Remote Attestation)。下图就展示了用户如何确定TEE内执行的程序与Github上开源的代码一致。

所以对于任何TEE相关应用，我们都可以相信应用内的敏感数据不会被窃取，也可以验证该应用程序是按照其开源的代码执行的。但是，TEE并不是完全免信任的，对于使用TEE的程序而言，仍需要信任硬件供应商。

由于大多数支持TEE的处理器由英特尔、AMD和ARM等硬件制造商生产，用户必须信任这些供应商正确实施了完整的工艺流程，且硬件中不包含后门。同时，用户可以执行上文介绍的远程认证，避免TEE所在主机的运行方将程序置于非TEE环境中。

Web3中的典型TEE应用场景

TEE-Boost：让区块构建流程更去中心化

在以太坊生态中，TEE被用于解决MEV的中心化问题。以太坊网络大部分节点都接入了名为MEV-Boost的中间件，而后者高度依赖于集中化的Relay服务。为了更好的理解这一点，我们简单介绍下MEV-Boost的工作流程：

1. 首先，以太坊网络内存在很多Searcher，它们从公共交易池中读取未上链的交易指令，从中寻找MEV机会。Searcher会把一批交易排序成列表（其中插入他自己发起的交易），交给Builder

2. 不同的Searcher需要竞拍，Builder会选中几个不冲突的交易序列，将其聚合为一个区块。之后Builder会声明这个区块如果上链，会支付给出块者多少小费

3. Relay作为中介，收集多个Builder提交的区块。Validator/Proposer出块时，会向Relay请求区块，Relay会选中小费最多的区块，将区块头发送给Validator（注意是区块头而非完整区块，区块头内只包含一些摘要信息，以及Builder支付的小费数额）

4. Validator/Proposer对区块头签名，广播到网络中，表达自己对Realy提交的区块头的认可。Relay确认这一点后，才会把完整区块发给Proposer，后者拼装后进行第二次广播，把完整区块传递出去。

观察上述流程，不难发现Relay服务商的角色很重要，他必须保证以下几点：

隐私：Relay要保证不让出块者提前看到区块内的数据，否则出块者可以仿照Searcher的交易排序方式，自己构造一批MEV交易，获取所有收益。

区块有效性：Relay要保证Builder提交的区块有效，不包含垃圾数据。

数据可用性：Relay要保证在有限时间内出示区块的完整内容，让Validator顺利出块

小费最多：Relay要保证自己提交给Validator的区块是让后者获小费最多的

虽然Realy举足轻重，然而目前MEV-Boost却依赖于高度集中化的Relay服务商。在下图中可见，几大主要的Relay服务商几乎垄断了整个MEV市场。仅Ultra Sound一家就占有差不多40%的市场份额。而中心化带来的问题便是潜在的作恶可能。

一个最简单的场景是Relay服务商放弃隐私保护原则，直接将Builder构建的区块内容提前泄露给出块者。此时出块者可以仿照Builder和Searcher的交易排序方式，私自构造MEV交易给自己牟利。除此之外Relay的作恶场景还包括提交无效区块、扣留数据等。

为了解决上述问题，TEE-Boost提出了一种革命性的方法，它利用TEE消除对Realy的信任假设，同时保留目MEV-Boost架构内的所有安全保证。TEE-Boost取缔了Relay这个角色的存在，让Builder直接在TEE中运行代码，通过远程验证来证明自己生成的区块有效。

然后Proposer直接对接多个Builder，选出小费最多的那个区块头并签名，之后Builder再出示完整的区块内容。由于取缔了Realy这个中介，Builder不必担心区块内容的提前泄露。

Rollup-Boost：使用TEE扩展Layer2

除了TEE-Boost，以太坊生态中的Rollup-Boost也采用了TEE。Rollup-Boost是Flashbot和Uniswap Labs、OP Labs合作开发的Rollup构建方案，目前被用于Unichain，是一套模块化的方案，它实现了两个扩展模块:

1. 250ms确认的“Flashblocks” ：提供250毫秒的超高交易确认速度。对用户而言，交易可以被快速纳入区块并得到确认

2. 可验证的优先级排序：交易序列严格按照每笔交易支付的优先费用来排序，不会被区块构造者做手脚。此外还允许Defi等智能合约回收部分MEV收益

对于Flashblocks，核心是在TEE内将交易打包并生成一个区块碎片广播出去，而 Unichain的验证者会收集多个碎片打包为一个完整的区块。

这套方法的好处显而易见，它让验证者每时每刻都能收到部分区块数据，不像过去一样要等空窗期后才收到区块，这样一来其带宽利用率将有明显提升，可以提高TPS并加快交易确认速度。

此外，由于区块碎片的生成是在TEE内进行，只要TEE内的程序不包含错误，这些区块碎片就肯定有效不会包含垃圾数据，这样一来，Unichain的验证者也可以省去验证区块数据的工作量。

而可验证优先级排序利用TEE的特性提供可信的交易排序结果，任何第三方都可以信任运行在 TEE内的出块程序不包含恶意的逻辑。假如程序没有在TEE内执行，那么交易排序可能无法完全按优先级进行，出块者可能会出于利益诉求手动调整交易次序。

DeepSafe：新一代免信任门限签名方案

为了实现更去中心化、免信任的消息验证+门限签名方案，DeepSafe引入了TEE和ZK，原创了全流程保密的抽签+签名方案，名为CRVA（加密随机AI验证网络）。

为了提高消息验证和门限签名的速度，CRVA会通过抽签算法随机抽选节点，比如每隔半小时抽10个节点作为验证人，验证一条消息是否有效（比如一笔跨链交易是否有效），目标消息通过验证后，验证人们会生成门限签名并触发后续操作。

在CRVA中，DeepSafe利用了TEE和ZK的隐私保护功能来隐藏验证人身份，防止内部串谋或黑客攻击。其具体工作流程简化如下:

1. 每个CRVA节点的核心模块都运行在TEE内，还要在DeepSafe官方公链上留下一个永久公钥，用来注册身份

2. 节点会在TEE中生成一个临时公钥，并生成ZK Proof，证明临时公钥与链上的某个永久公钥彼此关联，但又不泄露是哪一个（这里要注意，因为有TEE，节点自己都不知道自己的临时公钥内容）

3. 之后，节点在TEE内对临时公钥加密，将密文与ZKP发送给外界，由Relayer统一接收。Relayer会在TEE内将密文解密，还原出临时公钥集合（由于有TEE，Relayer不知道每个临时公钥对应哪个节点提交的密文）

4. 解密出临时公钥集合后，Relayer节点会将其提交至链上，调用VRF函数随机选择几个节点做验证者，构成匿名委员会

5. 假设现在有一条消息（比如跨链请求）需要验证，CRVA网络内会广播待验证消息，节点会先用TEE内的临时公钥，验证自己是否属于委员会，然后再选择参与签名

6. 目前DeepSafe采用链上远程证明的方式，保证CRVA节点的计算流程在TEE内严格进行。DeepSafe官方自行搭建了一条公链，专门用来接收和验证CRVA节点生成的远程证明

这套CRVA方案的核心是，几乎所有重要活动都发生于TEE内部，外界不知道发生了什么，它们在TEE外部只能看到一堆加密后的密文。包括Relayer在内，没人知道哪些节点是验证人，甚至你自己都不知道自己的临时公钥是什么，从根本上防止了串谋和外部攻击。

理论上讲，攻击DeepSafe的CRVA委员会需要攻击整个CRVA网络内的数百个节点，难度非常大。这套靠TEE和隐私计算实现的免信任门限签名方案，可以应用于多签钱包、资产托管、跨链桥、预言机等许多场景中。

在此前的文章中，我们就曾提到，CRVA可以在常规智能合约钱包的验证流程之上，作为补充，构造2FA双因素验证流程，增加用户资产的安全性；此外，大多数跨链桥或资管平台采用多签/MPC的托管方式，而CRVA几乎天然适用于此类场景。

比特币生态内知名跨链桥Bool Network便是基于CRVA构建的，该跨链桥在2024年处理了累计超3.5亿美元的跨链交易，几乎接入了80%的比特币Layer2网络，取得了不错的成绩。

TEE的未来应用

TEE协处理器：连接Web2和Web3

TEE协处理器是目前TEE在未来最有前景的场景之一。所谓协处理器，指使用可证明的链下计算取代成本高昂的链上计算，类似于Rollup的思路。我们可以把复杂计算、数据处理和算法操作放到在TEE中执行，通过加密证明在链上验证其结果。

这套方法可以为 EVM 生态内的智能合约提供低成本且隐私的计算能力，比如AMM合约有一套复杂的算法，可以算出目前最好的AMM参数，但这套算法在链上执行需要消耗大量gas，此时我们可以将该算法放到TEE内执行，而AMM合约在更新参数时，只需要向TEE内的程序发起请求，便可直接收到结果。

除此之外，我们还可以创造出新的应用类型，比如Teleport，该项目通过TEE协处理让智能合约控制Twitter帐户，用户可以将其Twitter授权给TEE自动操作。比如，我们可以在链上触发交易，当TEE监控到交易指令后，会在TEE内生成一条推文，然后发布到推特。

更有趣的方法是在TEE内部调用LLM的API，实现复杂的条件判断。目前DeepSafe正在探索基于TEE的AI预言机，预言机核心部分在TEE内执行，可以调用LLM检索外部数据，输出关于某个事件是否发生的结论，并将该结论发送至链上，以此为预测市场提供更准确的事件结果。

加密内存池和隐私交易

由于TEE的机密性，我们可以基于TEE构建完全隐私的交易处理工作流。传统的内存池会将交易内容暴露给网络中所有人，从而为各种MEV攻击创造了机会，损害了用户利益，而前文提到的Rollup-Boost的开发商正在探索这一场景。

基于TEE的加密内存池，可以确保交易在整个生命周期内高度保密，比如。用户直接向基于 TEE排序器提交加密后的交易，交易解密、排序、执行的全过程都在TEE内进行，外部不可见。最后，我们只把交易执行过后的最新状态更改发布到区块链上。

TEE多证明器系统

除了前述场景，TEE还可以为Rollup充当证明器，作为ZK和OP之外的技术补充。诸如Scroll、Taiko等知名Rollup项目方都采用了TEE证明器，这种方法比ZK更高效快速，也便于迭代。

总结

TEE代表了区块链领域最重要的技术发展之一，它为解决性能、隐私和去中心化之间长期存在的矛盾提供了一条切实可行的途径。通过提供硬件保证的隔离性和完整性，TEE 能够支持新的应用类别，同时保持区块链系统所特有的信任最小化特性。

本文探讨的应用——从 MEV-Boost 的去中心化区块构建到 Rollup-Boost 的性能提升，再到 DeepSafe 的高级安全机制——展现了 TEE 技术的变革潜力。这些应用证明，TEE 能够带来立竿见影的实际效益，同时为未来更具雄心的应用奠定基础。

区块链基础设施的未来很可能不会局限于单一的技术方案，而是多种技术的复杂组合——每种技术都针对特定的用例和安全需求进行了优化。 TEE 将在这个多方面的生态系统中发挥关键作用，提供将区块链应用程序推向主流采用所需的性能和功能，同时保留其独特的去中心化、无需信任的属性。