如何全面控制區(qū)塊鏈上數(shù)據(jù)的“讀”權(quán)限

一）

社區(qū)經(jīng)常有人問到一個(gè)問題：“怎么在合約里實(shí)現(xiàn)鏈上數(shù)據(jù)的讀取權(quán)限？”

這樣的需求背后，是開發(fā)者想把一些數(shù)據(jù)上鏈，讓智能合約管理和運(yùn)算，以達(dá)成業(yè)務(wù)上的共識(shí)，但又不希望數(shù)據(jù)公開可見，避免鏈上其他未授權(quán)參與者讀取，導(dǎo)致信息泄露。

最直觀的實(shí)現(xiàn)思路，就是在合約代碼里寫一段過濾邏輯，判斷調(diào)用者滿足某些條件（如在白名單里）才允許返回?cái)?shù)據(jù)，否則拒絕。

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我們?cè)O(shè)定一個(gè)案例：有一個(gè)積分聯(lián)盟鏈，鏈上參與者有Alice、Bob、Carl、Dave等多方以及他們的家人，每個(gè)人的積分余額希望設(shè)定只有自己和家人可見，其他參與者不可見。

客戶端通過區(qū)塊鏈的應(yīng)用級(jí)接口，發(fā)送請(qǐng)求到某個(gè)節(jié)點(diǎn)，調(diào)用智能合約的get方法查Bob的積分，智能合約寫了權(quán)限控制邏輯，拒絕越權(quán)訪問。

因?yàn)橹悄芎霞s在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的運(yùn)行邏輯是一致的，因此無論請(qǐng)求發(fā)往哪個(gè)節(jié)點(diǎn)，結(jié)果都一樣。這看起來貌似沒啥問題，但實(shí)際是否也是如此？

這里先說結(jié)論：這是個(gè)“治標(biāo)不治本”的做法，并不能確保數(shù)據(jù)不泄露。

（二）

現(xiàn)在開始我們要用“多中心、去信任”的思維重新去審視這個(gè)案例。

我們先分析下：鏈上數(shù)據(jù)是怎么存儲(chǔ)？在什么情況下會(huì)被泄露呢？

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布在不同參與者的環(huán)境里，出于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)一致性特性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都持有一份完整的數(shù)據(jù)副本。無論這個(gè)數(shù)據(jù)庫是LevelDB/RocksDB這樣的文件型數(shù)據(jù)庫，還是Mysql這樣的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)都會(huì)落到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫實(shí)例里。

也就是說Bob的積分余額，在所有的節(jié)點(diǎn)硬盤上都存了一份，在MySQL數(shù)據(jù)庫工具里看，大概這個(gè)樣子：

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如果鏈上（小概率地）存在某個(gè)有點(diǎn)兒區(qū)塊鏈技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的參與者，暗戳戳地懷揣“惡意”（也就是俗稱的拜占庭玩家)，他可以用工具打開本地的數(shù)據(jù)庫，直接查詢Bob的余額。這樣，用合約去防止數(shù)據(jù)泄露的控制邏輯就會(huì)完全被繞過。就這么簡(jiǎn)單。

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另外，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)不僅與合約相關(guān)，還和交易記錄密切相關(guān)。

在發(fā)送交易的時(shí)候，交易參數(shù)會(huì)包含一部分或全部數(shù)據(jù)（如Alice給Bob轉(zhuǎn)賬100），交易會(huì)打包進(jìn)區(qū)塊，最終也寫入節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫里。

對(duì)區(qū)塊和交易數(shù)據(jù)的查詢一般不會(huì)用合約邏輯實(shí)現(xiàn)，于是，僅僅在合約里寫過濾邏輯并無法防止這些數(shù)據(jù)的讀取。拜占庭玩家可以在本地?cái)?shù)據(jù)庫里遍歷區(qū)塊數(shù)據(jù)，獲取交易歷史明細(xì)，從頭到尾回放交易流水，得知現(xiàn)在Bob的余額是300。

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從整個(gè)技術(shù)棧來看，拜占庭玩家用工具訪問本地?cái)?shù)據(jù)、遍歷區(qū)塊和交易都算是小意思了，他甚至可以修改區(qū)塊鏈系統(tǒng)代碼，從區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)接口、程序內(nèi)存、智能合約引擎等層面切入，從協(xié)議包、區(qū)塊、交易流水、合約上下文、狀態(tài)數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)嗅探和攔截到明文數(shù)據(jù)，即使數(shù)據(jù)落盤是加密的，密鑰也在節(jié)點(diǎn)持有人手里，他照樣能解開。

所以，從區(qū)塊鏈底層代碼入手去控制讀數(shù)據(jù)的權(quán)限，同樣也是不管用的，畢竟開源的代碼，誰都可以改，俗話說：“壞人會(huì)武術(shù)，誰都擋不住”，而懂技術(shù)的“壞人”更是無所不能、防不勝防。

總之，區(qū)塊鏈強(qiáng)調(diào)“分享”和“一致性”，只要明文數(shù)據(jù)在鏈上廣播，別人就有無數(shù)種方法去獲取。無論是在合約層還是底層代碼，幾乎所有的讀控制邏輯都像窗戶紙一捅就破，像馬其諾防線一樣形同虛設(shè)。

（三）

看到這里，有人可能會(huì)問：讀數(shù)據(jù)如此不設(shè)防，那區(qū)塊鏈上的“寫”權(quán)限還有意義嗎？回答是：有的。

回到積分這個(gè)例子，我們?cè)O(shè)定Alice是積分管理員，她才能發(fā)起轉(zhuǎn)移積分的交易，然后Bob也只接受Alice給自己的積分。轉(zhuǎn)移積分的交易需要經(jīng)過全網(wǎng)共識(shí)，所有共識(shí)節(jié)點(diǎn)會(huì)檢查合約里寫的規(guī)則，不符合就拒絕簽名，越權(quán)交易無法得到共識(shí)，則數(shù)據(jù)不會(huì)被修改。

這時(shí)即使有少量的拜占庭節(jié)點(diǎn)，無論在本地節(jié)點(diǎn)怎么折騰，也篡改不了全網(wǎng)數(shù)據(jù)，參見《如何解釋“我篡改了區(qū)塊鏈”這個(gè)問題》。

“寫”交易追求共識(shí)，所以客戶端發(fā)交易（sendTransaction或sendRawTransaction）時(shí)，要打上數(shù)字簽名，區(qū)塊鏈系統(tǒng)驗(yàn)證簽名，確認(rèn)是哪個(gè)外部賬戶發(fā)過來的交易，可以進(jìn)行嚴(yán)格地校驗(yàn)和準(zhǔn)確地追溯。

“讀”操作更強(qiáng)調(diào)共享，讀數(shù)據(jù)的操作其實(shí)并不經(jīng)過共識(shí)流程，在自己的節(jié)點(diǎn)翻翻數(shù)據(jù)就行了。通常區(qū)塊鏈系統(tǒng)在讀接口（call）并不用嚴(yán)格填寫發(fā)送者，也無需打上數(shù)字簽名，所以，在合約的讀方法里判斷外部賬戶，其實(shí)是無效的。

（四）

綜合以上種種分析，可以得出結(jié)論：在鏈上實(shí)現(xiàn)讀控制并不是簡(jiǎn)單的事情。

如果對(duì)讀控制邏輯考慮不足，那么效果將是：你在自己的節(jié)點(diǎn)上讀一下數(shù)據(jù)來測(cè)試驗(yàn)證，表象看起來OK，你以為歲月靜好，卻不知道在一個(gè)拜占庭玩家那里，數(shù)據(jù)已經(jīng)被翻得底朝天了。

考慮到多方協(xié)作中的去信任化，追求數(shù)據(jù)共享、公開、透明的取向，一般來說，如果是關(guān)鍵的、不能泄露的敏感數(shù)據(jù)，一定要慎重上鏈，能上鏈的，一定是大家說好可以分享的“最大公約數(shù)”。

事實(shí)上很多區(qū)塊鏈系統(tǒng)里的交易和余額等狀態(tài)都是全網(wǎng)可見的，所謂的匿名性或隱私性，只是用公私鑰和地址體系代替了明文賬戶，這個(gè)級(jí)別的“匿名”，在業(yè)務(wù)模型復(fù)雜且強(qiáng)調(diào)全面隱私的金融、政務(wù)等領(lǐng)域并不適用。

那么我們還有什么方法，在兼顧共享、透明、開放的同時(shí)，適當(dāng)?shù)乜刂茢?shù)據(jù)可見性呢？

第一個(gè)思路是與鏈外治理結(jié)合，約定責(zé)權(quán)利邊界。我在合約、接口層面做好權(quán)限設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，保證在我的業(yè)務(wù)系統(tǒng)里不泄露數(shù)據(jù)，我的區(qū)塊鏈應(yīng)用層、展示界面、報(bào)表、日志、數(shù)據(jù)庫等環(huán)節(jié)都不會(huì)被越權(quán)訪問，消除我內(nèi)部操作風(fēng)險(xiǎn)。

至于別人的節(jié)點(diǎn)，我管不著，那是他們的責(zé)任，誰泄露濫用數(shù)據(jù)，就重罰誰（取證、舉證其實(shí)挺難的）。這種邏輯其實(shí)有點(diǎn)“各掃門前雪”的意思，在這種模式下，我的敏感數(shù)據(jù)還是不能上鏈給到別人。

第二個(gè)思路是引入密碼學(xué)。這里舉幾個(gè)例子。

非對(duì)稱加密：上鏈的數(shù)據(jù)用接受方的公鑰加密，則只有接收方才能用自己的私鑰解開。

密碼信封：上鏈數(shù)據(jù)采用某個(gè)口令加密，口令通過鏈外信道給到接收方，只有知道口令的接收方才能解密。

屬性加密：數(shù)據(jù)采用屬性加密算法進(jìn)行加密，符合指定屬性（如具備管理員屬性）的才能解密。這些方案的考量在于運(yùn)算、傳輸、存儲(chǔ)的開銷都會(huì)大一點(diǎn)，另外加密的數(shù)據(jù)不支持明文運(yùn)算，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)合約邏輯。還要注意的是，即使加了密，本質(zhì)上數(shù)據(jù)的全部信息還是都上鏈了，隨著時(shí)間推移，計(jì)算能力和算法（如量子密碼）的進(jìn)化，存在被暴力破解的可能性，或者因?yàn)槊荑€泄露/太簡(jiǎn)單被猜到，鏈上的數(shù)據(jù)又無法撤回，就有被昭告天下的風(fēng)險(xiǎn)。

第三個(gè)思路是僅摘要上鏈，數(shù)據(jù)明文根本就不上鏈。

其實(shí)，區(qū)塊鏈的作用并不一定是全面掌握數(shù)據(jù)和執(zhí)行復(fù)雜的業(yè)務(wù)規(guī)則，而是憑借多方見證的公信力，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性，并起到存證和追溯的作用，事實(shí)上現(xiàn)階段很多區(qū)塊鏈系統(tǒng)主要是這么個(gè)邏輯，客觀上已經(jīng)能起到信任的錨點(diǎn)作用。

如果需要明文數(shù)據(jù)，再通過摘要里的尋址信息去鏈外系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，在這個(gè)環(huán)節(jié)上做精細(xì)的權(quán)限控制，并和鏈上摘要進(jìn)行互驗(yàn)。

但，數(shù)據(jù)不上鏈還是有點(diǎn)不甘心呀，區(qū)塊鏈這么創(chuàng)新的理念，智能合約這么強(qiáng)大的功能，怎么充分發(fā)揮呢？

這就要講到隱私計(jì)算了，包括但不限于零知識(shí)證明、同態(tài)加密、安全多方計(jì)算、聯(lián)邦學(xué)習(xí)等一系列重武器，可以做到隱秘?cái)?shù)據(jù)、身份的同時(shí)，對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行加減乘除運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、排序、統(tǒng)計(jì)分析，更進(jìn)一步還可以做到“前臺(tái)匿名，后臺(tái)可審計(jì)”的效果，以符合監(jiān)管合規(guī)要求。這就是在區(qū)塊鏈上實(shí)現(xiàn)“可用不可見”的最終奧義。

限于篇幅，這里不展開隱私計(jì)算的細(xì)節(jié)，可以參考WeDPR隱私保護(hù)相關(guān)的開源場(chǎng)景方案，尤其是其中的幾個(gè)場(chǎng)景，如VCL區(qū)塊鏈可驗(yàn)證密文賬本，可以用于解決前面提到的積分案例里的一些隱私問題。

WeDPR隱私保護(hù)相關(guān)開源場(chǎng)景方案：

https://fintech.webank.com/wedpr/

VCL區(qū)塊鏈可驗(yàn)證密文賬本：

https://sandbox.webank.com/wedpr/confidentialpayment/#/start

結(jié)語

本來只是想聊聊“怎么寫合約讀權(quán)限”這樣一個(gè)小問題，結(jié)果變成了長(zhǎng)篇。

其實(shí)面對(duì)區(qū)塊鏈編程和開發(fā)時(shí)，真的不能像寫單機(jī)或集群軟件那樣考慮問題，而要充分考量多方參與、去信任環(huán)境下的協(xié)作關(guān)系，在共享、透明、可追溯的基本哲學(xué)之上，關(guān)注隱私保護(hù)訴求，掂量數(shù)據(jù)的重要性和敏感性，再深入到技術(shù)棧，考慮各種算法的功效和成本、綜合現(xiàn)在和未來的風(fēng)險(xiǎn)和收益以選擇合適策略，這樣才能全面保護(hù)數(shù)據(jù)和隱私，安全地發(fā)展業(yè)務(wù)，維護(hù)自身和用戶權(quán)益。

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