Web3におけるTEE技術の応用と展望

ビットコインとイーサリアムの誕生以来、暗号通貨業界は「不可能三角」の課題に直面しています。つまり、信頼不要、高効率、汎用性を同時に実現することはできません。決済チャネル、ロールアップ、モジュラーブロックチェーンなどのソリューションが登場しましたが、どれも完全に汎用性を持つことは難しいです。カスタマイズ可能なプログラマブル署名のような特定のシナリオに対しては、他の技術を導入する必要があります。

業界の発展に伴い、信頼できる実行環境(TEE)は徐々にWeb3エコシステムに統合されています。ハードウェアレベルのデータ隔離と完全性を提供することで、TEEは安全性を確保しながら暗号通貨アプリケーションに新たな可能性をもたらしています。本記事では、Web3におけるTEEの応用方法を探り、その潜在能力と将来の新たなシナリオについて明らかにします。TEEはブロックチェーン業界を再構築することが期待されており、MEVや基盤となるパブリックチェーンの性能拡張、信頼不要の署名などの分野で重要な役割を果たし、プライバシー保護が必要なシーンにおいても重要な地位を占めるでしょう。

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TEEのコンセプトと特徴

TEEはプロセッサまたはデータセンター内で隔離された安全な領域であり、オペレーティングシステムを含む他のプログラムの干渉を受けずにプログラムを実行できます。TEEは特殊なハードウェアを通じて外部のエンティティが内部データを観察またはアクセスできないことを保証し、安全性と完全性の2つの特性を持っています。

セキュリティにより、TEEを実行しているホストオペレーティングシステムやクラウドサービスプロバイダーでさえ、TEE内の機密データを見ることができません。完全性は、TEE内で実行されるコードが事前にプログラムされたロジックに従って完全に実行され、外部からの操作の可能性がないことを保証します。TEEハードウェアは、内部で実行されるコードのハッシュ値と署名を外部に提供し、検証のために使用されます。

TEE内部には、署名を生成するためのルートキーがあります。キー生成方法には「キー注入」と内部乱数生成の2つがあります。後者はより高度で、チップ製造業者を含む外部のいかなる者もキーの内容を知ることができないことを保証します。

リモート認証(Remote Attestation)プロセスを通じて、ユーザーはTEE内で実行されるプログラムが公開されたソースコードと一致しているかどうかを確認できます。それにもかかわらず、TEEを使用するプログラムは、インテル、AMD、ARMなどのハードウェアサプライヤーを信頼する必要があります。

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Web3 での TEE のユースケース

TEE-Boost:分散型ブロック構築

TEE-Boostは、EthereumのMEV-BoostにおけるRelayサービスの高度な集中化の問題を解決することを目的としています。従来のMEV-Boostプロセスでは、Relayが仲介者としてBuilderから提出されたブロックを収集し、最も多くのチップが付いたブロックを検証者に送信します。しかし、現在のところ、主要なRelayサービスプロバイダーがほぼ全てのMEV市場を独占しており、悪用のリスクが存在します。

TEE-Boostは、TEEを通じてRelayへの信頼仮定を排除し、MEV-Boostアーキテクチャのセキュリティ保証を保持します。Relayの役割を排除し、BuilderはTEE内で直接コードを実行し、生成されたブロックの有効性をリモート検証によって証明します。検証者は複数のBuilderに直接接続し、最も多くのチップが付いたブロックヘッダーを選択し、署名した後、Builderは完全なブロック内容を提示します。

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Rollup-Boost: レイヤー 2 拡張ソリューション

Rollup-Boostは、FlashbotとUniswap Labs、OP Labsが共同開発したRollup構築ソリューションで、現在Unichainに適用されています。これにより、2つの拡張モジュールが実現されました：

1. 250ms確認の「フラッシュブロック」:超高速トランザクション確認を提供します。
2. 検証可能な優先順位付け：取引の支払いに基づいて優先手数料の厳密な順序を遵守し、スマートコントラクトが一部のMEV収益を回収できるようにします。

Flashblocksのコアは、TEE内でトランザクションをパッケージ化し、ブロックの断片を生成してブロードキャストすることです。バリデーターは複数の断片を収集して完全なブロックにパッケージ化します。これにより、帯域幅の利用効率が向上し、トランザクション確認速度が加速します。ブロックの断片がTEE内で生成されるため、バリデーターはブロックデータの検証作業を省くことができます。

検証可能な優先順位付けは、TEEを利用して信頼できる取引の順序付け結果を提供し、ブロック生成者が取引の順序を手動で調整するのを防ぎます。

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DeepSafe:トラストレスなしきい値署名スキーム

DeepSafeはTEEとZK技術を導入し、CRVA（暗号ランダムAI検証ネットワーク）という名の全プロセス秘密抽選+署名ソリューションを開発しました。CRVAは抽選アルゴリズムを使用して検証ノードをランダムに選択し、メッセージの有効性を検証し、しきい値署名を生成します。

CRVAはTEEとZKを利用してバリデーターの身元を隠し、内部の共謀やハッキング攻撃を防ぎます。その作業フローには以下が含まれます：

1. ノードのコアモジュールはTEE内で実行され、パブリックブロックチェーン上に永続的な公開鍵を残します。
2. ノードはTEE内で一時的な公開鍵とZK Proofを生成し、永続的な公開鍵と関連していることを証明しますが、具体的な対応関係は漏洩しません。
3. ノードの暗号化された一時公開鍵をZKPと共にRelayerに送信します。
4. RelayerはTEE内で一時的な公開鍵の集合を復号し、チェーン上に提出してランダムに選択します。
5. 選ばれたノードがメッセージの検証と署名に参加します。
6. チェーン上のリモート証明を採用し、計算プロセスが厳密にTEE内で行われることを保証します。

CRVAのソリューションの核心は、重要な活動をTEE内にカプセル化することであり、外部は暗号化された密文のみを見ることができます。これは、根本的に共謀や外部攻撃を防ぎ、マルチシグウォレット、資産保管、クロスチェーンブリッジ、オラクルなどの多くのシーンに適用できます。

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TEEの将来の応用

TEEコプロセッサ

TEEコプロセッサは、高コストのオンチェーン計算の代わりに、証明可能なオフチェーン計算を使用します。複雑な計算、データ処理、およびアルゴリズム操作はTEE内で実行され、暗号による証明を通じてオンチェーンで結果が検証されます。これにより、EVMエコシステム内のスマートコントラクトに低コストでプライバシーを保ちながら計算能力が提供されます。

アプリケーションケースには、

• AMM契約に複雑なアルゴリズムサポートを提供する
• スマートコントラクトがソーシャルメディアアカウントを制御する（例：Teleportプロジェクト）
• TEEに基づくAIオラクルは、LLMを呼び出して外部データを検索し、イベントの発生に関する結論を出力します。

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暗号メモリプールとプライバシー取引

TEEに基づいて構築された暗号メモリプールは、取引のライフサイクル全体にわたって高度な機密性を保証します。ユーザーはTEEソート器に暗号化取引を提出し、復号、ソート、実行の全過程はTEE内で行われ、外部からは見えません。最後に、実行後の最新の状態変更のみがブロックチェーンに公開されます。

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TEEマルチ証明システム

TEEはRollupの証明者として機能し、ZKとOPの技術的補完となります。ScrollやTaikoなどのプロジェクトはTEE証明者を採用しており、この方法はZKよりも効率的で迅速であり、イテレーションも容易です。

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まとめ

TEEは、パフォーマンス、プライバシー、分散化の間の矛盾を解決するための実行可能な方法を提供する、ブロックチェーン分野における重要な技術の進展を代表しています。ハードウェアによって保証された隔離性と完全性を通じて、TEEは新しいアプリケーションカテゴリをサポートしながら、ブロックチェーンシステムの信頼最小化特性を保持することができます。

MEV-Boostの非中央集権的なブロック構築からRollup-Boostの性能向上、さらにDeepSafeの高度なセキュリティメカニズムに至るまで、TEE技術は大きな変革の可能性を示しています。これらのアプリケーションは、TEEが実際の利益をもたらすことを証明するとともに、将来のより野心的なアプリケーションの基盤を築いています。

ブロックチェーン基盤の未来は、特定のユースケースやセキュリティニーズに最適化されたさまざまな技術の複雑な組み合わせである可能性があります。TEEは、この多面的なエコシステムにおいて重要な役割を果たし、ブロックチェーンアプリケーションを主流に採用させるために必要なパフォーマンスと機能を提供し、同時にその非中央集権的で信頼不要な特性を保持します。

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