以信任重构互联网基础-基于去中心技术的互联网信任方法论

互联网安全的困境

之前看到一句话:“当一个行业、做法成熟到所有人都在说时， 它就已经快过气了，天花板已经触手可及”。互联网安全行业现有做 法就已经看到天花板了，急需新的突破。

现有互联网安全基本做法做个总结就是“杀毒”、“防火墙”、 “入侵检测”三板斧。这些做法的基本思路就是别人如何攻击，我就 如何防御，用医学方面的比喻就叫做“对症治疗”。当然在不同场景 里，这三板斧的比重是不一样的。比如在企业安全场景里，入侵检测 会是很高的比重。

对症治疗的好处是能够很快见效。用杀软把病毒堵住了、病毒进 不来，自然就不会有后续的病毒造成的破坏;用防火墙拦截了不该出 现的流量和访问，自然就避免了后续的恶意行为;用入侵检测手段实 时查处了入侵行为，就能针对性堵住入侵者避免资产损失。

这些治标的做法基本都是被动防御，是基于事故驱动的。导致的 结果是几乎所有企业的安全部门都有个 SRC，很多时候安全部门的人 都在救火。而且攻击与防御本就是不对等的。攻击只需要单点突破， 防御需要的是体系化建设。所谓体系化建设，实际就是防御手段的完 整度，其效果严重依赖相关负责人的经验和能力，依赖已经发生过的

安全事故的总结，100 个人会有 100 种体系化建设的理解。而且传 统企业安全手段的有效与否还依赖于企业的具体业务内容，根据业务 内容会有不同的安全问题，然后对这些点做出针对性处理。

最终结果就是:很难有一个标准化的方法能够在所有安全场景通 用，基本就是在一个场景有效的安全方案，到了另一个安全场景里都 会见光死;甚至是上一个新业务都需要有全新的安全方案。这给整个 安全行业及从业人员带来了极大的复杂度，也意味着企业及消费者的 极高安全成本。

同时，因为传统安全做法对具体安全病症的强依赖，导致安全手 段对业务内容的强侵入，使得安全部门经常与业务部门有各种业务冲 突，安全工作开展非常不顺畅，也事实上给业务部门制造了障碍，阻 碍了业务发展。这实际是“治标”这个做法导致的必然结果。

整个互联网安全行业经过 10 多年的大发展，目前基本做法理论 都已经定型，很多问题从 10 多年前到现在依然不能很好解决，各种 新的安全问题总是层出不穷。即使旧的安全问题，也是一次又一次出 现。更重要的是，很多时候直接导致安全事故的问题，实际是在行业 看来不值一提的诸如弱密码甚至无密码这种低级问题。有人说之所以 这些问题解决不好，是因为安全方案的落实程度不同。但是一个 10 多年来整个行业都做不好的方案，不是应该被反思吗?每次安全事故 后都强调责任心、安全重视度，但这是人的天性，与天性对抗必然会 付出沉重的代价。

去中心技术重构信任

回到我们的本源:究竟是什么原因导致了互联网安全问题?

事实上，一切互联网安全问题的根源都是“可信”问题。展开前先说一个“可信”的基本定义: 可信是“可控”的等价词，指的是身份、数据、行为不会出现意料之外的情况，都是按照事先预定好的逻辑在运行。 互联网自从诞生之日起，其基础设施就是不安全的。比如 IP、Port 这样的东西，从设计之初就没考虑过鉴权以及准入逻辑，默认只要链 路层面没问题，IP、Port 间就能相互通信。这点在机房入侵这件事上 有很明显的例子: 通常机房入侵都是通过某些手段找到各种边界上的薄弱点予以突 破，攻占其中一台服务器、业务资源。然后再以此为跳板，向其它服务器、业务、数据库等蔓延。这个过程中有个很重要的手段就是网络 扫描和嗅探。网络扫描和嗅探之所以能成功，很重要的一点就是我们 的服务器、业务之间，只要没有网络障碍就默认能够相互收发数据包，我们的基础设施之间是天然相互信任的。

现有的所有网络攻击手段也都是基于 IP、Port 这样的不可信的资 源的，比如 DDOS 攻击的第一步就是设法找出攻击目标的真实 IP。 所以，只要解决了信任问题，大多数的互联网安全问题也就基本解决 了，很多安全问题就失去了存在的土壤。这一点上，谷歌的零信任架构给我们做出了示范。其核心逻辑是以步步认证的方式构建一个可信 的身份、数据、环境、行为。不过其基于传统技术手段实现，成本高 昂，多数企业不具备实施的条件。谷歌的零信任架构就是事实上的可 信身份在企业安全场景里的具体应用。

以可信方式解决互联网安全的根本问题，实际就是要构建可信身 份、可信网络、可信计算环境、可信程序、可信存储，以此形成一个 全新的互联网基础设施。

一、可信身份。

首先要明确的是可信身份并不等价于实名认证，而是以这个身份 的名义发出的数据、指令不可能是未知的“人”冒充别人发出的。这 里的“人”可以是真实的自然人，也可以是某个程序、某个服务器、 某个业务。常见的身份冒用场景就是建立一个会话，然后基于这个会 话生成一个业务、数据通道供后续其它逻辑使用。这种单点验证、多 路复用的做法给身份冒用留下了空间，不符合可信身份的基本要求。 实践中，传统技术方案下有很多不好处理的逻辑，光是 KMS(密 钥管理系统)就是一个很不好搞定的的系统。新技术方案下，我们通 常会把具体的技术方案用区块链、IPFS 等去中心技术实现: 第一，身份认证首先要知道去哪里认证。利用以太坊的 ENS 或者 IPFS 的 IPNS 能达到和 DNS 类似效果。不同点在于: A、不存在 DNS 污染这样的问题，也不会有 DNS 劫持，解析结 果一定是真实可信赖的。
B、不管是以太坊的 ENS 还是 IPFS 的 IPNS，它们都是去中心化
系统，不需要向特定的服务器发起解析请求。只要在业务可达的任何 位置，甚至是业务方本地/同服务器部署一个节点程序，就能实现解 析服务。 C、基于 B 的原因，其可用性、安全性都要高于传统技术下的 DNS 服务。同时，也降低了网络复杂度。比如，传统网络架构下，为了向 不同网络环境暴漏 DNS 资源，这些网络间势必就需要有一个专用的 数据通道，这又会引入新的安全风险，而且网络复杂度明显提高，增 加了运维成本和运维风险。
第二，身份认证需要有认证依据，目前比较有效的方案是公私钥认证，这就涉及到 KMS 系统的相关逻辑。 A、通常把公私钥明确区分为身份公私钥和权限公私钥，也就是身份和权限分离，好处是身份和权限可以随时调整。结合身份验证的 逻辑，身份泄露不是必然会导致权限泄露。
B、公私钥仅仅用来做身份认证以及协商密钥，不用来做加解密， 不在网络传输任何私钥相关信息(明文或者密文)，确保前向安全性。
C、合理使用门限加密等方案，确保私钥可用性以及验证逻辑的 安全性。门限加密逻辑下，私钥被随机拆分成很多碎片由不同的人持 有，使用者无需取回所有密钥碎片、只需要取得一定数量的碎片就能 最终解密出完整的密钥。这个过程中，每取一次密钥碎片就要接受一 次身份认证，多个身份认证都被绕过的可能性几乎不存在，安全性得 到提高。同时，因为无需取得所有密钥碎片，所以可以应对认证系统 部分节点崩溃的问题，可用性得到提高。
第三，认证过程需要有可信的数据通道，以太坊的 whisper 是可 信通道的不错选择。通过这个方式，通信双方的身份一定是可信的、 不可伪造的，认证双方可以对对方的情况一无所知。这个“对方”可 以是任何一个运行了以太坊节点的服务器、甚至个人 PC;网络环境 上，双方甚至都可以位于某个家庭路由器的后面，没有任何特别要求; “对方”也不一定是一个确定的服务器，可以是很多具有相同功能、 位于不同的物理或者逻辑位置的节点中的一个。 从以上描述来看，实际上这个架构解决了很多传统安全风险的攻 击点:无需公网 IP、无需对外开放端口、无需特定网络结构、无需专 门的容灾逻辑、无可以攻击的中心化资源。 然后需要强调的一点是，虽然以上说了这么多“认证”，实际上， 作为去中心身份逻辑的组成部分，具体业务实践中，并不建议按照之 前的那种“验证”-“业务”-“结束”的逻辑来用。正确的用法应该 是类似于 restful API 的做法:并不需要专门有个登陆过程，而是在 业务的全流程中带上身份信息，服务提供者根据身份信息确认后续动 作，这是与传统 C/S 或者 B/S 架构系统下不一样的地方。而且所谓 认证也未必是”登陆”这样的逻辑，一切能证明身份的方式都可以是 认证，比如签名验证机制。

二、可信网络+命名网络+软件定义网络。

可信网络实际上就是要解决传统 IP 网络环境下的无认证机制，而命名网络解决的是传统网络通信对于 IP 的依赖性。IP本身是个中心化资源，且与地理位置强依赖。传统互联网安全攻击针对的都是这样的中心化资源，只要中心停止服务了，整个系统 就失去服务能力。 IP 与地理位置的强依赖也导致了中心资源对不同位置的用户服务 质量和服务能力的差异，所以产生了 CDN 服务，但 CDN 只能处理 静态资源，对动态服务无能为力。
可信网络/命名网络解决的就是以上这些传统网络的弊端。具体实 践上: 第一，利用以太坊的 ENS 或者 IPFS 的 IPNS 替代现有 DNS 的位 置，实现域名寻址、内容寻址，原因之前解释过，就不重复了。 第二，利用 IPFS 节点以及公私钥机制实现命名网络+可信网络， 对外提供标准的 socket-like 接口，降低现有程序改造复杂度;同时 不再依赖 IP:Port 通信，而是网络名称，替代现有 IP:port 的位置。 另外，基于 IPFS 提供的以公私钥隔离网络流量的机制，加上以太坊 智能合约提供鉴权相关逻辑，实现可信网络+软件定义网络，能够相 互通信的两个端点间一定是身份可信的。而且因为基于公私钥做网络 隔离，所以可以实现类似软件定义网络的动态组网效果。 第四，出于兼容现有程序、降低改造成本考虑，可以提供一个网 络代理，监听本机 127.0.0.1 对应端口，由这个代理实现现有程序的 IP 网络向可信/命名网络的转换。监听 127.0.0.1 的目的是，这个 IP 地址不可被外部网络连接和使用，避免了 IP 网络环境中的扫描、爆 破、嗅探等风险。 第五，对于用户端程序可控的，比如各种用户端 APP，可以统一迁移到新的网络模型下;对于用户端程序不可控的，比如各种门户网 站，暂时可以保持现有逻辑运行。同时改造现有代码逻辑，结合 IPFS 的内容分发能力以及以太坊智能合约实现的配置分发能力，实现多边 缘节点的效果，尽量平稳向可信网络转变。 影响: A，任何端点间的通信不再基于 IP:Port，而是网络名称。这种 环境下，传统基于 IP/Port/域名攻击的逻辑基本都失效了，这些中心 化资源也不再存在，使得攻击者失去攻击目标。
B、服务器不再需要统一放到某个或者某几个机房，可以位于任何 一个网络环境以及物理、逻辑位置(甚至放在家用路由器后面)，无 需固定公网 IP，无需对外开放端口。
C、同一个通信地址可以对应不限数量的服务器且无需专门做容 灾、负载均衡，得益于 IPFS 系统的相关算法，这个网络能自动实现 近源访问和负载均衡逻辑。
D、很容易实现软件方式的组网效果，组网不再依赖机房架构等 硬件限制，网络间实现逻辑上的流量隔离。而且此逻辑基于公私钥身 份认证，不同网络间的数据不可互通，实现网络成员的可信。

三、可信计算。

可信计算的基本要求是身份可信、数据可信、行为可信、执行环 境可信。某些专家/学者可能还会有数据传输可信的说法，不过这里 把它认为是数据可信的内涵之一，所以不单独列出。 区块链技术实际上解决了身份、数据、行为可信问题，缺乏执行环境可信。传统可信计算方案更多是解决了执行环境可信问题，对于 其它方面并没有可靠的解决方案而且成本高昂。在可信计算方面，区 块链技术与传统方案刚好是强互补关系。 具体实践上: 第一，身份可信之前已经说过了，这里不做重复。 第二，数据可信方面，区块链依赖各种不同的共识机制已经很好 解决了这个问题。同时，IPFS 基于哈希算法的内容寻址逻辑也能实 现数据可信。所以通常做法都是把数据的 IPFS 地址/域名存储到以太 坊，把实际的数据内容存储到 IPFS。 第三，行为可信，实际上说的就是程序可信。基于第二点说的数 据可信，行为可信已经得到了解决。 第四，执行环境可信，实际说的是程序在运行过程中产生的数据， 除非程序主动输出，否则任何方式、任何个人，也包括执行环境的控 制方(比如服务器的所有者/运营方)，都不可能得到这些数据、状 态。 这一点，有软件和硬件以及软硬件结合等三个方案。 软件方面，主要是 MPC，其实现方式主要是各种同态加密、零知 识证明、门限加密等密码学算法以及与之配合的业务逻辑的精巧设 计。 硬件方面，主要是 SGX、TrustZone 以及各种第三方 TPM 模块。 效果角度讲，他们都能单独实现可信执行环境，但是也都各有优缺点，不能单独作为实用方案。 软件方案里，基于目前的算法效率以及硬件性能，无法满足处理 大规模数据的需求，只能在一些特定场景使用。 硬件方案里: SGX 可以实现多安全实例，性能上也优于TrustZone，但是其依 赖 Intel 等具体厂家的硬件和服务，被诟病不够“去中心化”。关于 这一点，还是要看具体场景。比如对于国家层面的应用场景，可能就 需要在意这个问题，因为自主可控在这个场景里是强需求。但是很多 具体的商用场景，对自主可控并不是强需求，这个问题基本就可以忽 略。我们生活在一个现实的世界里，你总是需要有条件地信任一些东 西。整个社会也是靠这个逻辑才得以维持正常运转，所以不必要对所 有“中心”都一概抵触。
TrustZone 是 ARM 提供的一个可信硬件环境，但是其功能及可 用性依赖手机厂商的具体实现，要做广泛应用还缺乏统一的实现标准。如果是在 IoT 领域，因为不身就不面向直接用户，所以手机上面 临的这个问题基本可以忽略。
第三方 TPM 模块方面，目前市面上并没有成熟稳定的第三方生产 商可以满足这个需求，暂时不予考虑。 软硬件结合方面看: 目前最可行的就是使用FPGA等定制电路做软件加密方案的加速 处理。MPC实现里，最大的问题就在于性能问题。很多同态加密算法实现里都有大量的矩阵运算，这给GPU以及FPGA优化留下了很大的空间。

所以做个总结: A、根据业务所在硬件条件选择合适方案。比如 PC 上可以选择 SGX 以及基于 GPU 加速的软件方案;服务器环境可以选择 FPGA 加 速的软件实现;手机上可以选择 WebGL 加速的软件实现，也可以选 择手机厂商提供的 TrustZone 实现。
B、根据业务场景选择不同方案以及方案的组合。比如手机作为个人隐私设备，需要直接处理的数据并不多，不管是硬件方案还是软件 方案，多数时候基本都能满足需求。
C、通过业务逻辑的精巧设计满足业务需求。比如数据加密共享 场景，可以在云端使用高性能设备将待共享的数据重加密成以目标用 户的密钥加密的密文。而目标用户只需要在手机上做密钥的同态加密 以及最终数据的对称解密。

333四、可信存储。
可信存储不仅是数据的可信持久化，还包括数据的流转和使用过 程中的可信要求。可信存储与之前的可信身份、可信计算等都是密不 可分的，实践中几乎不会单独存在。 A、使用以太坊智能合约作为基本数据索引。以太坊的 TPS 很低， 但是我们并不是简单将每个数据的索引直接写到以太坊。通常做法是 这样:
对于频繁读但是写很少的数据，如果数据量很大，就将数据本身 写到 IPFS 网络，只将数据地址写回以太坊智能合约;如果数据量不 大，可以直接将数据写到以太坊智能合约。而以太坊智能合约的读性能只取决于单台节点的程序执行性能，在多节点情况下，读性能基本 不可能影响到业务的正常运行。 对于写很频繁的数据，直接将数据本身写到 IPFS 网络;同时使用 以太坊的 whisper 可信通道向特定范围广播、堆积数据的 IPFS 地址， 方便使用者获取数据;定时将最新数据的地址批量写到以太坊智能合 约。 B、结合之前说过的可信身份和可信计算相关逻辑，实现数据使用、 流转的控制，保持数据生命周期全过程的可信。
C、有需要的情况下，在 B 的基础上，建立数据产生、使用、流 转的经济模式，以及数据存储/使用环境的经济模式，实现整个可信 存储的价值最大化。
比如，作为数据共享平台，可以做到允许授权的人使用自己的数 据，但是看不到、拿不走数据。这既充分盘活了数据价值，又避免了 数据泄露带来的安全风险，是对生产力的提高。 再比如，某些用户有数据渲染、处理的需求(比如 AI 模型训练)， 但是自身并没有数据处理能力，所以有需求的用户可以把这件事委托 给任何一个有能力的平台用户代为数据处理，请求者只需要拿到最后 结果就行了，不用担心数据处理者(比如云平台)看到自己的数据。 以上是对可信逻辑实现方式的梗概性说明，距离直接动手做事还 有相当的距离。真要去实现这些逻辑时，对所有这些技术的综合整合 和利用能力是核心要求。

泛安全与基础设施的进化

上面说了传统安全行业的做法以及基于信任基础的新做法。前者 是武术招式，后者是内功。前者成本相对低、见效快，后者成本相对 高、见效慢。二者并不是二选一的关系，而是需要结合当前面临的实 际情况，综合考虑轻重缓急，选择最合适的方案。我们应该清楚的是 安全部门的目标是什么，不能把手段当目标。当前行业很重要的一个 问题就是很多人、尤其是部分企业管理层，认为挖漏洞、做应急响应 就是做安全，这纯粹就是把手段当目标了。 金庸小说里有以招式见长的独孤九剑，也有以内力见长的九阳神 功，使用他们的大侠无一都是二者兼具，没有哪个人的成功是只用其 中一方面的。我们的安全行业从业者之前很长一段时间，基于整个行 业现状，多数人是扎根于招式的演练，修为内功的很少。招式演练， 目前看是到了天花板的阶段，急需有新的突破口;而内力的修为，才 刚开始，相关技术发展也处于起步阶段，急需更多的行业人士来发掘 它的潜力。 另外一个方面，一直以来，安全都是保安角色，以嫁接的方式保 护原本不安全的产品、服务，是纯成本部门，不产生直接的价值。在 区块链、IPFS 等新技术环境下，这些基础设施除了满足业务需求， 安全特性是其基本属性，而不是嫁接安全服务。安全特性在业务场景 中将会越来越被弱化，但是其重要度并没有因此降低，只不过是二者逐渐融为一体，不分彼此。 所谓的泛安全，并不是安全的进化，而是整个基础设施的进化， 也必将因此而带来新一轮的互联网形态的变化。比如我们将来可能不 再需要向云平台买服务器、买数据库，云平台将是一个彻底的“劳动 密集型”平台:它负责干活，不关心也不能够看到用户的数据、行为， 用户仅仅需要向云平台分发任务，云平台主动从用户处接单，然后返 回劳动结果给用户。