محیط‌های اجرای بدون نیاز به اعتماد (TEE) چه هستند؟

محیط‌های اجرای بدون نیاز به اعتماد (Trustless Execution Environments) یا همان TEE ابزاری کلیدی برای تضمین امنیت و محرمانگی در محاسبات پیچیده وب ۳ هستند. این فناوری با ایجاد اعتماد قابل تأیید، به حل چالش‌های مقیاس‌پذیری در بلاکچین و هوش مصنوعی غیرمتمرکز کمک می‌کند.

در این مقاله از میهن بلاکچین به بررسی محیط‌های اجرای بدون نیاز به اعتماد و نیاز به آن در اکوسیستم‌های بلاکچینی می‌پردازیم.

بازنگری در مفهوم اعتماد و نقش محیط‌های اجرای بدون نیاز به اعتماد (TEE) در وب ۳

در دنیای وب ۳، مفهوم اعتماد از اهمیت بالایی برخوردار است، اما این اعتماد نباید کورکورانه باشد. اصلِ «به جای اعتماد، تأیید کن» که توسط فیل زیمرمن، خالق نرم‌افزار رمزگذاری PGP معرفی شد، در این فضا حاکم است.

بلاکچین با استفاده از کدهای قابل تأیید، الگوریتم‌های اجماع و قراردادهای هوشمند، سیستمی شفاف و قابل اعتماد ایجاد کرده است. اما اعتماد تنها به کد محدود نمی‌شود. در یک سیستم غیرمتمرکز، شفافیت زیرساخت‌های فیزیکی، به ویژه سرورها و تجهیزات انجام محاسبات نیز بسیار مهم است.

محاسبات غیرمتمرکز برای اطمینان از دقت عملیات، به اجماع و تأیید متکی هستند. برای محاسبات ساده مانند تراکنش‌ها یا قراردادهای هوشمند، چندین نود (Node) می‌توانند محاسبات را انجام داده و با یکدیگر مقایسه کنند تا نتایج قابل اعتمادی به دست آید. اما تأیید محاسبات پیچیده، مانند آنهایی که در هوش مصنوعی وجود دارند، با روش‌های سنتی گران و غیرعملی است و مقیاس‌پذیری را با چالش مواجه می‌کند.

در این مقاله، به بررسی محیط‌های اجرای بدون نیاز به اعتماد (TEE) که در CPUها و GPUها وجود دارند و اینکه چگونه این فناوری می‌تواند چالش مقیاس‌پذیری را برطرف کند، می‌پردازیم. ما به چگونگی تأیید جنبه «بی‌نیاز بودن از اعتماد» TEEها در یک سیستم وب ۳ غیرمتمرکز خواهیم پرداخت. با رعایت اصول بنیادی بلاکچین مانند کد منبع باز، مکانیزم‌های اجماع، قراردادهای هوشمند، رمزنگاری و گواهی‌های قابل تأیید برای دستگاه‌های محاسباتی، سیستم‌های وب ۳ مبتنی بر TEE می‌توانند به محاسبات بدون نیاز به اعتماد دست یابند و در عین حال مقیاس‌پذیری، باز بودن و شفافیت را حفظ کنند.

کاربردهای فعلی TEE

TEEها محیط‌های محاسباتی امن و محرمانه در CPUها یا GPUها هستند که اجرای کد و پردازش داده را از بقیه دستگاه جدا می‌کنند. این فناوری اجرای کد را از تأثیرات خارجی محافظت می‌کند؛ حتی اگر سیستم عامل یا محیط سخت‌افزار به خطر بیفتد.

ویژگی‌های کلیدی TEE:

• امنیت بالا: رمزگذاری TEE اطمینان می‌دهد داده‌ها همیشه محافظت می‌شوند.
• محرمانگی: داده‌های حساس حتی اگر سیستم اصلی به خطر بیفتد، محرمانه باقی می‌مانند.
• یکپارچگی: یکپارچگی داده‌ها و کد حفظ شده و از تغییرات غیرمجاز جلوگیری می‌شود.
• ایزوله‌سازی: TEE یک محیط ایزوله فراهم کرده و اجرای امن عملیات حساس را تضمین می‌کند.
• تأیید: TEE گواهی نتایج محاسبات را ارائه می‌دهد تا اطمینان حاصل شود توسط طرف‌های غیرقابل اعتماد دستکاری نشده‌اند.

نمونه‌هایی از کاربردهای TEE:

• آیفون، آیپد و دستگاه‌های اندروید: تولید، ذخیره‌سازی امن و پردازش کلیدهای رمزگذاری برای محافظت از داده‌ها.
• مسنجر سیگنال: کشف مخاطبین خصوصی، بیومتریک، ذخیره‌سازی داده‌های کاربر و محافظت از عملیات حساس.
• لجر: تولید، ذخیره کلیدها و امضای تراکنش‌ها.
• سایر کاربردها: اتصالات HTTPS، ذخیره‌سازی کلیدهای خصوصی سرتیفیکیشن روت، کلاودفلر و سیستم‌های امنیتی کارت‌های پرداخت.

پذیرش تقریباً جهانی TEE توسط سازندگان چیپ، پتانسیل بالای آن را نشان می‌دهد. TEEها در حال حاضر در چیپ‌هایی که ما روزانه استفاده می‌کنیم تعبیه شده‌اند و همه چیز را از احراز هویت بیومتریک گرفته تا مدل‌های پیچیده هوش مصنوعی ایمن می‌کنند.

اگر به TEEها برای محافظت از داده‌های حساس در این وظایف حیاتی اعتماد شود، آیا می‌توانیم از آنها در کریپتو استفاده کنیم؟ پاسخ در تأیید نهفته است. سیستم‌های بلاکچین نیاز به محاسبات قابل تأیید دارند که فراتر از اجرای امن است. TEEها به گواهی رمزنگاری مجهز هستند که تضمین می‌کند کد در حال اجرا در محیط امن بوده و دستکاری نشده است.

چگونه TEEها به قابلیت تأیید دست می‌یابند؟

رمزگذاری TEE با تولید و ذخیره‌سازی امن کلیدهای رمزنگاری در یک محیط اجرای ایزوله کار می‌کند. این کلیدها برای رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها استفاده می‌شوند و اطمینان حاصل می‌شود داده‌ها محرمانه باقی می‌مانند و از دسترسی غیرمجاز محافظت می‌شوند. کانال‌های امن برای ارتباط استفاده شده و یکپارچگی TEE از طریق ریشه اعتماد سخت‌افزاری و فرآیندهای گواهی حفظ می‌شود.

مراحل تأیید در TEE:

1. مقداردهی اولیه: فرآیند با یک بوت امن شروع شده و اطمینان حاصل می‌شود سیستم عامل و نرم‌افزار بارگذاری شده قابل اعتماد هستند.
2. تولید کلید: یک کلید خصوصی منحصر به فرد در TEE ایجاد و در حافظه امن آن ذخیره می‌شود.
3. رمزگذاری و رمزگشایی: داده‌ها با استفاده از کلید خصوصی رمزگذاری و رمزگشایی می‌شوند.
4. اجرای امن: TEE یک محیط اجرای ایزوله فراهم می‌کند که در آن کد و داده‌های حساس پردازش می‌شوند.
5. ارتباط: از کانال‌های امن برای ارتباط داده‌ها در خارج از TEE استفاده می‌شود.
6. یکپارچگی و تأیید: TEE از یک ریشه اعتماد سخت‌افزاری برای تأیید یکپارچگی سیستم استفاده می‌کند و گواهی ارائه می‌دهد.

تصورات غلط در مورد امنیت TEE

برخی تصورات غلط در مورد امنیت TEEها وجود دارد که به حملاتی مانند حمله اجرای مجدد، حملات مبتنی بر میزبان، سوء استفاده از الگوی دسترسی و حملات کانال جانبی اشاره می‌کنند.

با این حال، این حملات در سیستم‌های مدرن TEE با راهکارهایی مانند در نظر گرفتن زمان قابل اعتماد، جداسازی تماس‌های قابل اعتماد و غیرقابل اعتماد، ناشناس‌سازی برنامه و تعادل هزینه حمله در مقابل سود اقتصادی، قابل پیشگیری هستند.

TEE و بلاکچین برای هوش مصنوعی مستقل

پروژه سوپر پروتکل (Super Protocol) نمونه‌ای عالی از عملکرد هماهنگ TEEها و فناوری بلاکچین است که یک پلتفرم محاسبات ابری کامل، بدون نیاز به اعتماد، ایمن و محرمانه را ارائه می‌دهد.

نحوه عملکرد سوپر پروتکل:

1. ارسال تسک: کاربران تسک‌های محاسباتی خود را در بلاکچین آپلود می‌کنند.
2. تخصیص تسک: کاربران تسک‌ها را به منابع TEE موجود اختصاص می‌دهند.
3. اجرای ایمن: TEEها تسک‌ها را در یک محیط امن و ایزوله انجام می‌دهند.
4. تولید اثبات: TEEها اثبات‌های رمزنگاری شده از اجرا را تولید می‌کنند.
5. تأیید اجماع: شبکه بلاکچین اثبات‌های رمزنگاری شده را تأیید می‌کند.
6. تحویل نتیجه: نتایج تأیید شده به کاربر تحویل داده می‌شود.
7. توزیع پاداش: ارائه‌دهندگان TEE توکن‌ها را به عنوان پاداش دریافت می‌کنند.

سوپر پروتکل با بهره‌گیری از فناوری بلاکچین و TEE، یک محیط محاسباتی بدون نیاز به اعتماد ایجاد می‌کند که در آن محاسبات ایمن، قابل تأیید و شفاف هستند.

چرا دیپین بدون TEE ناقص است؟

شبکه‌های دیپین (DePIN) در حالی که تمرکززدایی را ترویج می‌کنند، در تضمین قابلیت تأیید و امنیت منابع با محدودیت‌هایی مواجه هستند. TEEها با کلیدهای خصوصی غیرقابل استخراج ساخته شده‌اند و ذاتاً ضددستکاری هستند. همچنین، گواهی، اصالت و سلامت محیط را تأیید می‌کند.

دیپین به طور اجتناب‌ناپذیری به معماری‌های مبتنی بر TEE تکامل خواهد یافت.

TEEها چندین مزیت کلیدی برای سیستم‌های هوش مصنوعی در وب ۳ ارائه می‌دهند:

• بدون کاهش عملکرد، تضمین امنیت بالا بدون قربانی کردن سرعت.
• استفاده از محصولات محبوب منبع باز برای مقیاس‌پذیری.
• ابزارهای شبکه برای ساخت خوشه‌ها و استخرهای محاسباتی.
• مدیریت حجم کار و خدمات کانتینری.
• تأیید ایمن ورودی، خروجی و فرآیندهای در حال اجرا.

استفاده از TEE برای پردازش کمکی هوش مصنوعی

چگونه می‌توانیم در یک محیط آنچین به هوش مصنوعی آفچین اعتماد کنیم؟ پاسخ تأیید آنچین است.

فناوری‌های هوش مصنوعی بدون نیاز به اعتماد:

• zkML (یادگیری ماشینی با دانش صفر): از یک سیستم اثبات دانش صفر برای تولید اثبات برای استنتاج مدل‌های یادگیری ماشینی استفاده می‌کند.
• opML (یادگیری ماشینی خوش‌بینانه): یک روش اعتبارسنجی متقابل و مکانیزم تشویقی برای بررسی و به چالش کشیدن اجرای مدل‌های یادگیری ماشینی.
• teeML (یادگیری ماشینی محیط اجرای بدون نیاز به اعتماد): از TEE مبتنی بر سخت‌افزار برای اجرای مدل‌های یادگیری ماشینی استفاده می‌کند.

با توجه به محدودیت‌های zkML و opML، teeML کاربردی‌ترین فناوری برای دستیابی به قابلیت تأیید هوش مصنوعی در آینده نزدیک است.

ایزل نتورک (Aizel Network) پیشگام در teeML است و از TEEها برای اطمینان از فرآیند استنتاج مدل‌های یادگیری ماشینی استفاده می‌کند.

مارلین پروتکل (Marlin Protocol) و فالا نتورک (Phala Network) نیز از TEEها برای پردازش و ادغام محاسبات آفچین به صورت قابل اعتماد با قراردادهای هوشمند آنچین استفاده می‌کنند.

نتیجه‌گیری

ادغام TEE با بلاکچین، به ویژه برای مدیریت و تأیید محاسبات سنگین، پرداختن به تهدیدات حریم خصوصی و پیشبرد هوش مصنوعی غیرمتمرکز، بسیار مهم است. TEEها چارچوب امنیتی و یکپارچگی پلتفرم‌های غیرمتمرکز را تقویت می‌کنند.

زیرساخت مبتنی بر TEE امروزه آماده است و می‌تواند مفهوم اعتماد را در اکوسیستم‌های دیپین و سایر زیرساخت‌های وب ۳ از یک مفهوم سنتی به مفهومی که به طور مداوم قابل تأیید است تبدیل کند.

با افزایش تقاضا برای راه‌حل‌های بلاکچین امن‌تر، خصوصی‌تر و کارآمدتر، نقش TEEها در حال گسترش است. توانایی آنها در ادغام با معماری‌های بلاکچین، آنها را در توسعه زیرساخت‌های بلاکچین ضروری می‌کند.

سوالات متداول (FAQ)