毕设04 - 阶段性总结，明确题目

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看完了 《WebAssembly原理与核心技术》，重新审视一下原来的目标。

原来的目标是：把 Wasm 移植到 TSC-VEE 中。

TSC-VEE 是将 evmone 这个高性能的 evm 实现，用 C 语言重构后，编译成 TA 移植到 TEE 上。本质上就是 evmone，加上论文中提到的三个优化方案。

总结

目前进度：

  1. 配了虚拟机的环境，可以在本地虚拟机里运行可信执行环境（OP-TEE）和可信执行程序

  2. 看了、跑了 TSC-VEE 的源码 ；

    • 问题1：github 上开源的源码有问题（两个文件夹的内容重复，没有 TA 的实现）

      已经向作者发邮件，获得了最新的代码

    • 问题2：代码的实现中，只包含了混合粒度字节码分析一个优化，内存管理、指令预取的优化没有在代码中体现

      计划再向作者发邮件询问

  3. 分析我需要做的事：

    1. 要在 TEE 中执行 Wasm 程序：

      1. 学习了 Wasm，阅读《WebAssembly原理与核心技术》，学习 Wasm 运行时虚拟机的实现。
      2. 有没有现成的 Wasm 运行时，可以嵌入到 TEE 中？有。Wamr，轻量级的 Wasm 运行时。
      3. 有没有嵌入到 TEE 中的实例？有。TWINE。（另有 WATZ）

    2. 把智能合约编译成 Wasm 程序：

      1. 有现成 evm2wasm 项目，可以把 evm 字节码转换成 wasm 字节码。（但是这个项目已经归档，不能保证效果，还没实验）

      2. 如果不局限于以太坊智能合约？可以使用原生就是WebAssembly虚拟机的区块链平台做实验？Polkadot

        Polkadot

        • 智能合约语言：Ink! (Rust-based), Solidity（通过EVM兼容链）
        • 虚拟机：Wasm（WebAssembly）虚拟机
        • Polkadot 提供了一种基于WebAssembly的智能合约环境，可以支持多种编程语言，也支持通过特定平行链与EVM兼容。

    3. 优化这个 Wasm 智能合约的执行过程：

      1. gas 计算？如何实现这个？一个指令的 gas 消耗是 以太坊 官方规定的，每一个版本的 evm 都有他们自己的 gas 消耗。我现在修改了智能合约的指令集，如何评估每个指令的gas消耗？还是说我就不用管 gas 消耗？

      2. 针对 TEE 的特性进行优化。（内存小，读指令），参考 TSC-VEE

        是不是能加入内存管理的功能，即时释放内存，使得在 TEE 中能够运行更多智能合约

        是不是能指令预取，增加 TEE 中读取指令的速度

        …

  4. 此外还找了一篇论文（有些还没详细看，因为看了一点发现太多基础知识不懂，先去学 OP-TEE 的基础架构）：

    1. 在 TrustZone 上执行 Fabric 的智能合约：TZ4Fabric: Executing Smart Contracts with ARM TrustZone

    2. 在 TrustZone 上执行 WebAssembly 运行时，并实现远程认证：WATZ: A Trusted WebAssembly Runtime Environment with Remote Attestation for TrustZone

    3. 在 TEE 上执行 Wasm 运行时（TEE 是 Intel SGX）：TWINE: An Embedded Trusted Runtime for WebAssembly

    4. 用于检测 Wasm 智能合约中的漏洞：WASAI: uncovering vulnerabilities in Wasm smart contracts

总结：提供了一个能够在 TEE 上运行以 Wasm 实现的智能合约的框架。

优点：

  • 安全（TrustZone）
  • 可移植性、易迁移性、接近原生的速度（Wasm）
  • 性能优化（TSC-VEE）

相关项目：

  • TEE 上运行 Wasm
  • Wasm 智能合约
  • TEE 上运行智能合约
  • 对 TEE 上的智能合约进行优化

我做的：在 Tee 上 运行 Wasm 实现的智能合约，并优化

如果我要自己实现把 Wamr 迁移到 TrustZone OP-TEE 的 TEE 上的话，最关键还是得学 OP-TEE 的架构

又看了看论文（WATZ 和 TWINE），发现……作用有限……

论文里只写个大概轮廓，代码细节几乎找不见，直接看源码也一头雾水，怎么跑起来的这是……

要有一个看得见的东西，

数字身份

Intel SGX，

基于可信执行环境的区块链数字身份

题目：基于 TrustZone 的元宇宙分布式数字身份系统研究与实现

研究内容：

  • TrustZone
    • 软件：OP-TEE
    • 硬件：Raspberry Pi 3B+
  • 分布式数字身份
    • 区块链平台
    • 智能合约
    • 元宇宙数字身份（W3C-DID）
  • WebAssembly
    • 在 TrustZone 中运行 WebAssembly 实现的智能合约

应用场景：

元宇宙作为背景，电影院作为应用场景，TrustZone 引入安全

研究方向

本课题的研究方向集中在基于可信执行环境（Trusted Execution Environment，TEE）和区块链技术的分布式数字身份系统设计与实现。随着元宇宙技术的迅速发展，用户在虚拟空间中的身份管理和认证问题日益凸显。现有的数字身份管理系统大多依赖于中心化的认证模式，容易面临数据泄露和隐私侵害等问题。分布式数字身份（Decentralized Identity，DID）作为一种去中心化的身份管理方案，能够在不依赖第三方机构的情况下，实现用户身份的自主认证与控制。TrustZone 技术提供了隔离的安全环境，通过与分布式数字身份相结合，可以为元宇宙用户提供更安全、可信的身份管理机制。

本研究方向结合可信计算、区块链、智能合约与 WebAssembly 等前沿技术，旨在探索如何在 TrustZone 架构中实现基于 WebAssembly 的智能合约执行环境，并为分布式数字身份系统提供解决方案。该研究有望为元宇宙用户身份管理提供新的技术方案，推动去中心化身份认证在元宇宙中的应用落地。

课题简介

随着元宇宙的迅猛发展，用户在虚拟世界中的身份管理和隐私保护问题成为亟待解决的挑战。传统的身份认证系统大多依赖于中心化服务器，存在单点故障风险，且用户的隐私数据易被不当获取和滥用。为了解决这一问题，分布式数字身份（Decentralized Identity，DID）系统应运而生，它利用区块链的去中心化特性，实现了用户对自己身份信息的自主控制。然而，如何在保证身份安全性和隐私保护的同时，提升元宇宙中的身份管理和认证效率，是当前面临的一大挑战。

本课题将基于 ARM TrustZone 可信执行环境（Trusted Execution Environment，TEE）设计并实现一个适用于元宇宙的分布式数字身份系统。具体而言，本研究将利用一个可信执行环境框架（如 OP-TEE）在 Raspberry Pi 3B+ 或华为鲲鹏开发板等硬件平台上搭建安全环境，并在该环境中运行基于 WebAssembly 的智能合约，实现数字身份的创建、认证和验证过程。TrustZone 提供的隔离环境能够确保用户身份数据的安全性，同时通过区块链平台实现身份信息的去中心化存储和验证，从而防止未经授权的访问与篡改。WebAssembly 作为智能合约的执行环境，运行在 TrustZone 的安全世界中。通过将 WebAssembly 与智能合约结合，在保证执行效率的同时，提升灵活性与可移植性。此外，课题将引入 W3C 提出的去中心化身份标准（W3C-DID），确保用户在元宇宙中的身份符合国际标准，具备兼容性和扩展性。

本课题的预期成果包括一个在 TrustZone 中运行的分布式数字身份原型系统。该系统将展示如何在可信执行环境中保障数字身份的安全性，并通过区块链实现去中心化管理，为元宇宙中的身份认证提供了一种全新的安全方案。此外，课题还将实现一个基于分布式数字身份的应用场景原型，例如一个基于分布式数字身份的虚拟电影院系统，用户可以通过其去中心化的数字身份进行购票、进行身份验证等操作。该应用场景将进一步验证本课题系统的实际可用性和拓展性。此研究不仅具备学术价值，还将在未来的元宇宙应用场景中具有广泛的应用前景。