以太坊暗网? 这群北大才子做到了…
记者 | 乔治
出品 | 区块链大本营（blockchain_camp）
说到比特币暗网，你能想到什么？丝绸之路、华尔街市场、贩毒、杀人、情色交易，一直以来，这些都是经常被人诟病的一面。但事物都有两面性，“暗”的另一面，是对现实世界的真实解决方案，是利用“暗”的特性解决当前存在的某个痛点。
你知道比特币暗网，但你了解以太坊暗网吗？
为解决主流数字货币过于透明、隐私泄露等问题，一群北大高材生创建了这个“以太坊暗网”。“以太坊暗网”是什么？具有哪些特性？能帮你解决什么问题？
近期，营长对这个北大背景的技术团队进行了专访。让我们从他们的想法与实践中得到启发，了解区块链开发者正在做的事情。
来自北大的师兄弟团队
营长：简单介绍一下你的个人背景和创建 PGC 之前的工作经历。
PGC：我2011年北大博士毕业，一直念的计算机，做的是信息安全和网络安全。毕业后曾在中国电子科学研究院做综合电子信息系统的顶层设计，之后在一个做信息安全的上市公司待了一阵，然后就开始创业了。从 2016 年到现在，一直在区块链领域创业，既做过联盟链，也做过公链，既做过智能合约开发，也做过 DApp 开发。
营长：PGC 团队有很多北大背景的成员，这个团队是如何组建的？
PGC：以北大的师兄师弟为主，他们是最核心的一些人，此外，我们也比较国际化，在英国伦敦、美国西雅图和德国斯图加特，也有一些远程协同办公的同事。
最初创业时，包括我在内团队只有两位主要成员，随着业务的开展，技术上需要的人才越来越多，我们优先从北大实验室和其他合作高校寻找技术人才，已经毕业的、没有毕业的、已经工作的、没有参加工作的师兄师弟，我们都联系了，好在他们对数字货币也比较认可，最后就加入到我们这个团队当中了。
因为数字货币、区块链不仅是密码学层面的事，还涉及到很多金融相关、市场推广、业务拓展的事，所以团队也需要一些业务层面的人才。我们在普华永道以及英国、澳大利亚、香港也有金融业、商业方面的同事，他们都远程加入了这个团队。所以我们算是一个以技术为主、业务上相对全球化的一个团队。
你根本不需要泄露密钥
营长：目前主流加密货币和现有隐私加密货币存在哪些问题？PGC 的解决方案是什么？
PGC：主流加密货币的历史相对比较早了，它可能只解决了转账和记账的问题，从实际功能来看，就是把账算清楚，我给你转了多少币，你收到了多少币，只要算清楚就 OK 了，并没有考虑智能合约之类的其他功能。
一个新事物的诞生，肯定要先解决它的可用性，等它跑起来再去考虑它的安全性和隐私性。所以，最初几年大家主要关注这个币如何用起来、如何产生金融效应以及如何让更多用户使用等等。此后，随着用户越来越多、生态越来越成熟，就会出现安全和隐私问题。
目前来看，比较主流的几个币都不包含隐私属性，而最近比较火的 Grin 和 Beam 隐私币以及很早就有的门罗币、达世币、大零币 (Zcash) 等比较常见，门罗币和大零币已经存在一段时间了，也有相应比较大的市值，其价值也已经过一些验证，但仍存在一些问题。
比如，它需要一个可信的初始设置，最开始建立网络时，就需要进行这样一个操作，这个操作通常是很难做到，这是一个问题。此外，因为它不是无状态的，每一笔交易都需要记录一些相应的随机值和加密值，这样就导致它在钱包设计和账本设计里显得非常复杂。
虽然门罗币、达世币、大零币、Grin、Beam 等隐私币可以通过混币、环签名、零知识证明、MimbleWimble 协议等改进隐私性，但与 ETC、ETH 和 USTD 相比，它们毕竟是一个小众币，用的人不多，为享受隐私功能，把主流币换成这些隐私币，还是不太方便。
所以，PGC 的做法是将隐私功能赋予主流币，而不是再弄一个其它的币种，说这个币比其它都好，大家来用这个币。因为推广这个币确实需要很长时间和很大精力，与其这样，还不如在主流币上增加一个隐私层，即插即用，想用就用，不想用就不用。
另外，现有隐私币所追求的隐私性太强了，隐私性太强就会产生一些问题，比如，如果 A 给 B 转帐，只有 A 和 B 知道，其他人不知道，就可能存在这样一个问题：如果 A 和 B 对交易有争议，A 说转给 B 了，B 说没收到，或者 A 说转了 10 个，B 说转了 5 个，这该怎么办？
在其它隐私币方案中，只能是双方找到第三方，通过提供私钥去查看历史交易，一旦这样操作，就意味着你的钱包以后不能再用了，因为有第三方知道了你的历史交易，你泄漏了自己的隐私，这个很不好。所以，隐私性很强的货币不具有可审计性，假如普华永道把数字货币作为财务去审计，又怎么做？链上根本看不到，也不可能冒险提供私钥，所以强隐私性和可审计性是冲突的。
PGC 追求的不是强隐私性，尽管隐私性弱化了，但机密性增强了。何为机密性？就是交易内容被隐藏，你转了多少币？你的账户余额和交易金额是多少？都被隐藏了。
但也存在一个问题，这是一把双刃剑。就比如说黑客盗了币安交易所的比特币，如果黑客将被盗的币放到了 PGC 钱包，虽然我们可以看到这个地址，但我们不知道这个地址内还有多少比特币，黑客可以将比特币转到其他地址，我们不知道其他地址收到多少比特币，只能通过一系列黑名单把这些地址封锁掉，这样就增加了被盗比特币的追踪难度。
详述 PGC 密码学解决方案
营长：请详细介绍 PGC 的密码学方案。
PGC：目前来看，有两种方法可以隐藏账户余额和交易金额。
其中一个是承诺。就像最早 Maxwell 提出的 CT，它使用 Pedersen commitments 的方式，但有一些不好的方面，比如在密码学层面，当你需要做这个承诺时，你需要离线给非链上发东西，这个东西要怎么发？如何保证它的安全？这又涉及到另外一套工程。所以，如果选用这个技术路线，除了要把链弄好，还得把另外一套东西弄好，这是比较复杂的事情。
我们选择了另外一条，即利用带有加法同态特性的公钥密码学将用户余额、交易金额加密。什么是同态？举个例子，比如我把 1 加密成了一堆看不懂的字母，把 2 也加密成了一堆看不懂的字母，现在把 1 和 2 加起来，就等于 3 了。加法同态是指，可以把 1 加密出来的密文和 2 加密出来的密文做一个类似加法的操作，生成另外一个密文，也是一堆看不懂的乱码，被解码后就是 3，这就是加法同态。
加法同态相对比较复杂，特别是当你还要做乘法时，它的效率就非常低了。加法同态里有一个非常经典的 ElGamal 算法，是一个有几十年历史的公钥加密算法，它的一个变种在上世纪90年代就被美国的数字签名标准用作数字签名算法。
假如你要做机密交易，因为这是一笔交易，你就要把这个交易写在一个小纸条上交给矿工，让他记到链上，矿工不能看到你有多少钱，也不能看到你要转多少钱，PGC 会把交易金额加密，比如你原来有 100 块钱，转了 90 块，还剩 10 块，我原来有 10 块钱，收到 90 块，现在就是 100 块了。
我们各自有一对公私钥，我有 100 块钱，我把它加密了，我给你转 10 块钱，这 10 块钱我知道，你也知道，但不能让别人知道，所以这 10 块钱的交易被我的公钥加密了，你用你的公钥加密放到这个交易里，我们就相当于有 3 个数字了，再加上 1 个随机值，防止重放攻击等等，这就是交易的结构。
当其他人说你到底是不是转了 10 个币，该如何验证？此时就用到了零知识证明，就是他虽然不知道咱们的私钥，但他能够验证我俩说的是真的，他怎么验证？有几个最基本的假设。
假设 1，我加密了 90 块钱，你也加密了 90 块钱，这就需要构造一个零知识证明去证明我们转的钱是一样的，不然就有问题了。可能是我说给你转 90，你也加密了一个 90，但其实我只加密了 10，如果矿工没有验证这笔交易就打包，你就损失了 80 块钱。
假设 2，矿工需要验证我们转出来的钱不是负数，我不能转一个负 10 块钱给你，我每转一次，我自己增加钱了。
针对第 1 个假设，我们使用了 Sigma协议，它可以去做一个高效的零知识证明，证明咱俩加密的东西是同一个数。
针对第 2 个假设，我发出的必须是一个大于 0 的数，而且不能超过一个上限。以比特币为例，比特币一共才 2100 万个，我不能给你转 1 亿个比特币，所以矿工要判断这个数在不在一个范围内，就需要一个范围证明 (Range Proof)，它也要用零知识证明来做，目前最有效的 Range proof 叫做防弹协议 (Bulletproof)，门罗币就在用这个协议，这是 2018 年的最新成果。Bulletproof 也是目前学界公认的最有效的一个加密办法，我们也会用 Bulletproof。
假设 3，假设矿工认可了，那把我的钱减掉 90，把你的钱加 90，这个加和减的操作也需要隐秘地完成，矿工却完全不知道，他只能知道拿了两个密文一减一加，这个就要用到 ElGamal 协议，带有加法同态特性的公钥密码学。
但又有一个问题，如果你把原版 ElGamal 协议直接拿来用，就不能使用 Range proof，不能使用 Bulletproof，因为调用时会不安全、会有漏洞。于是，我们把 ElGamal 协议进行了非常巧妙的修改，将它扭转一下，既让它保留加法同态特性，又能满足 Range proof 和 Bulletproof 的条件，这也是我们论文里非常有特色的一点。
此外，假如你给我转了钱，我说没收到，或者你给我转了 100块钱，我说我只收到 1 块钱，其他人看不到、也不能帮你证明怎么办？这时你可以生成一个零知识 statement，你把这个数据交给任何人，他使用零知识证明验证一下就 OK 了。比如你给我转的是 100，你只需要把数字 100 加上生成的数据一起发给验证者，然后验证者就能知道你是不是转了 100，这也是一个很强的特性，并不是所有密码学方案都可以针对单条交易做验证。
如果不使用这种方法，我只能把私钥给他，但他看到了我的交易记录，看到了我的余额，我为了去验证一条交易，也把其它交易的隐私性丧失了。所以，总结下来，我们用了数字签名技术、加法同态公钥密码学和非交互式零知识证明，这三者构成了 PGC 的密码学方案。
营长：PGC 目前还有哪些不足之处？如何解决这些问题？
PGC：不足之处肯定有，就像大家总嫌区块链太慢，所以做了分片，之前比特币不支持智能合约，所以以太坊有了智能合约，链太多了要跨链，所以大家做跨链，这是一样的。我们这个技术肯定也有自己的不足。
首先是性能问题，在智能合约层面上，无论是刚才我说的加法同态、非交互零知识证明、还是 ElGamal 协议和 Bulletproof，都需要耗费 gas。经过很多密码学优化后，如今最大的 gas 大概是 600 万左右，一个块里大概是 800 万 gas。我们需要用 600 万 gas 做一次转帐，金额大概是 0.01 个以太币，花费有点高，所以我们还要继续优化算法、降低 gas，这是一方面。
另一方面，EVM 也在升级和优化，下一版本 EIP 1108 也会做相应的优化，按照它优化的程度来看，我们可以再优化 6-10倍，这样一笔转帐大概要花 100 万 gas，就不贵了，一点都不贵。其实主要是性能问题和 gas 费的问题。
营长：PGC 目前主要有哪些应用场景？
PGC：目前来看，主要有以下 5 个应用场景。
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在钱包内实现机密交易功能，比如 Token fund 投项目，投了多少以太币？这应该是隐私的，不应该被别人看见；
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我给员工发工资或者发 token，员工彼此之间也是看不见的；
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慈善捐款、拍卖；
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交易所大额提币或充币，USDT 大额转帐，避免引发市场恐慌；
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以及机构间的隐私转帐。
以太坊暗网，来了！
营长：请从技术和生态两方面介绍 PGC 的整体路线
PGC：技术上，PGC 密码学方案已经设计完成了，相关论文近期会在国际会议上发表。
接下来要完善我们的 App，从表面上看它就是一个 imToken，是一个钱包，但你可以认为这是以太坊的暗网，你转什么？转给谁了？是什么情况？都可以在这个“暗网”看到，但你在 Etherscan 上查不到。当有人想查这笔钱，比如你转了多少个，你可以生成一个证明，告诉他转了10个，随便找一台手机就能验证了。
还要做跨链，我们要服务现有的比特币用户，通过跨链的方式把比特币接到一个支持智能合约的链上，之后再把它换过去，这是技术上要做的。
生态上，我们要努力扩展 PGC 应用，除了个人钱包外，我们还要接入诸如 Facebook 等企业的稳定币，和他们一起合作推出企业级钱包，这样企业与企业间的转账金额也是隐秘的，可以拓展各种各样的应用，也要和公链合作，帮助公链实现机密交易的功能。
尽管我们有自己的钱包，但也会和像 imToken 这样已有庞大用户群体的钱包合作，通过智能合约、接口实现机密交易的功能，即接入以太坊暗网网络。
营长：对中国的区块链开发者说几句寄语吧！
PGC：以太坊是未来的主流，如果你想深入了解区块链，学习以太坊就好了，此外，如果你把比特币看明白了，其它的也就都差不多了。
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