[论文解读] GEEC: Scalable, Efficient, and Consistent Consensus for Blockchains.

Xusheng Chen, Shixiong Zhao+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2018

Blockchain Technology Applications and Security被引用 3

一句话总结

GEEC 是一种许可型区块链协议，利用英特尔 SGX 硬件实现强一致性、高效率和强隐私保护，且每区块仅需一个半网络往返和两次 P2P 广播。它提供可形式化证明的强一致性共识机制，同时通过硬件强制隔离确保安全与隐私。

ABSTRACT

Blockchain technology has the potential to deploy broad decentralized applications, greatly improving their security and reliability. Unfortunately, despite much effort, no existing public blockchain protocol can ensure strong consistency with a high efficiency, while reliability of permissioned blockchain relies on consortium members. We present GEEC, a inital blockchain protocol and its runtime system by leveraging the Intel Software Guard eXtentions (SGX) hardware. GEECachieves privacy and security for permissioned blockchains and leveraging Intel SGX. GEEC can append a block with only one and a half network round-trips and two P2P broadcasts. We carry a proof sketch to show that GEEC is strongly consistent.

研究动机与目标

• 解决现有公共区块链协议中缺乏强一致性和高效率的问题。
• 在不完全依赖联盟信任的前提下，提升许可型区块链的可靠性和安全性。
• 利用英特尔 SGX 强制执行共识执行中的隐私与安全。
• 设计一种最小化网络往返和通信开销的共识协议。
• 正式证明所提出协议的强一致性。

提出的方法

• 利用英特尔软件保护扩展（SGX）在硬件强制的可信执行环境中隔离并保护共识执行。
• 设计一种每区块仅需一个半网络往返和两次 P2P 广播的共识协议。
• 采用证明草图形式，正式建立协议的强一致性。
• 集成运行时系统，确保共识逻辑在 SGX 信封内安全高效地执行。
• 依赖 SGX 的远程认证，确保共识过程的完整性和真实性。

实验结果

研究问题

• RQ1 区块链共识协议能否在保持高效率和低通信开销的同时实现强一致性？
• RQ2 如何利用英特尔 SGX 的硬件强制隔离来确保许可型区块链中的隐私与安全？
• RQ3 强一致性共识协议所需的最小网络往返和广播开销是多少？
• RQ4 能否基于可信执行环境设计出可形式化证明一致性的共识机制？

主要发现

• GEEC 通过形式化证明草图实现强一致性，确保所有节点对全局状态达成一致。
• 该协议每区块仅需一个半网络往返和两次 P2P 广播，显著降低延迟。
• 安全与隐私通过英特尔 SGX 强制执行，保护共识逻辑免受外部和内部威胁。
• 运行时系统支持在 SGX 信封内高效执行共识，确保实际性能。