在將智能合約帶入到這個世界上之后，這個世界也需要被帶入到智能合約中。

預(yù)言機將會把智能合約帶入到新的發(fā)展階段 — Original Photo by Donald Giannatti

分布式賬本和智能合約將通過進一步消除人類生活中的嫌隙而帶來前所未有的創(chuàng)新，但在這些智能合約可以無需信任地接受鏈外輸入之前，創(chuàng)新將會受到限制。去中心化預(yù)言機是智能合約與外界互動的門戶，同時避免對單一事實來源的依賴，這將帶來另一波激動人心的創(chuàng)新。

本文將對一下內(nèi)容做詳細介紹：

為什么預(yù)言機服務(wù)是去中心化技術(shù)棧中的核心服務(wù)，

對無信任服務(wù)的需求，

預(yù)言機會遇到的各種挑戰(zhàn)和攻擊方式，

8個致力于這方面研究的工程介紹。

I. 為什么我們需要預(yù)言機

公共區(qū)塊鏈項目（例如Ethereum， Dfinity）上的智能合約在對抗環(huán)境中執(zhí)行，其中僅通過傳播確定性事務(wù)（即可由所有節(jié)點驗證的事務(wù)）來保證安全性。智能合約被設(shè)計為接收輸入→執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯→更新區(qū)塊鏈相應(yīng)的狀態(tài)，這個過程是不可逆的；區(qū)塊鏈世界中沒有Ctrl+Z。

允許智能合約接受來自區(qū)塊鏈外部的輸入是一把雙刃劍；通過允許與外部世界進行交互，會極大地增加應(yīng)用案例數(shù)量，同時也會引入信任問題。公鏈上的礦工無法確定性地驗證所有外部輸入，因此將執(zhí)行與智能合約的預(yù)定義標準相匹配的任何內(nèi)容。

讓我們來看一個簡單的例子：假設(shè)有這樣一個智能合約，Alice和Bob打賭，猜倫敦時間2019.1.3下午兩點的比特幣價格。Alice和Bob都向智能合約抵押了1ETH；如果屆時比特幣價格高于4，200美元，Alice將會得到2ETH，否則，Bob將會得到2ETH。智能合約對于比特幣的價格沒有概念，所以我們必須找到一個方法來向合約報告正確的價格，特別是一旦這個賭約的結(jié)果確定了，就無法更改了。為了達到這個目的，我們需要預(yù)言機。

預(yù)言機是一個聲明真實世界狀態(tài)的實體。比如，一個預(yù)言機可以報告2019.1.3日Coinbase上BTC/USD價格，或者2019年歐洲冠軍聯(lián)賽的獲勝者。這些信息將通過一個或多個預(yù)言機哪里來獲取或聚合，這些預(yù)言機從一個或多個可信的數(shù)據(jù)源獲取具體數(shù)據(jù)。

在深入探討無信任的預(yù)言機的各種技術(shù)挑戰(zhàn)之前，我們想提出我們預(yù)見的5個基于預(yù)言機的智能合約關(guān)鍵應(yīng)用案例。

金融產(chǎn)品

智能合約非常適合許多金融產(chǎn)品：利率掉期交易，期權(quán)現(xiàn)金結(jié)算，去中心化杠桿交易。所有這些都需要無信任的數(shù)據(jù)來源，以確保正確的鏈上執(zhí)行結(jié)果。

現(xiàn)在已經(jīng)可以利用的金融產(chǎn)品預(yù)言機的項目示例：CDx，dYdX，MakerDAO，Vega Protocol，0x protocol。

保險智能合約

憑借無信任和可靠的事實來源，一些保險產(chǎn)品可以通過智能合約以編程方式購買和結(jié)算。保險公司最大的損失是騙保，所以，預(yù)言機在此時也是非常關(guān)鍵的。智能保險的幾個例子包括：

· 通過Etherisc和Fizzy在航班延誤時自動支付。

· 鼓勵本地的預(yù)言機在本地驗證聲明，并在與Nexus Mutual一起發(fā)布索賠之前向區(qū)塊鏈報告。

· 人工智能與地理數(shù)據(jù)相結(jié)合，用于FlyingCarpet的創(chuàng)新和程序化保險。

運輸

GPS并不總是適合需要可靠位置來自動完成付款的dApp，因為它可以通過偽造造成中心化的單點故障。以FOAM為例，它可以降低中心化的位置服務(wù)信任標準，并依靠去中心化的網(wǎng)絡(luò)來保證聲稱的位置，此處需要地理預(yù)言機來充當該角色。

抵押借款和穩(wěn)定幣

需要獲得關(guān)于抵押品價值的可靠數(shù)據(jù)，以決定何時清算資產(chǎn)，或在它離開預(yù)期價值太遠何時重新確定穩(wěn)定幣的價值。例如，Maker DAO公司的DAI是一種基于以太幣的穩(wěn)定幣（很快會基于多資產(chǎn)），他擁有多個預(yù)言機來報告以太幣價格，以便能知道合適貸款抵押不足，需要因此進行清算以保護系統(tǒng)。這些預(yù)言機由Maker代幣持有者選擇和得到補償。

這也可以應(yīng)用到與Ethlend或Dharma等無信任的p2p借貸平臺。

預(yù)測市場：

利用人們的已有知識，去中心化預(yù)測市場（Augur， Gnosis）會將人類的協(xié)作推向前所未有的高度。這些市場需要依靠一個或多個預(yù)言機來進行鏈下事件結(jié)算。

II. 確保預(yù)言機誠實可信

區(qū)塊鏈被設(shè)計為與外部世界和可信第三方分離。但是，大部分的事件仍然發(fā)生在區(qū)塊鏈外部，所以我們需要（在區(qū)塊鏈和外部世界之間）建立一個橋梁，但又不能在抗審查方面有所妥協(xié)。事實上，dApp的可信程度取決于它最薄弱的環(huán)節(jié)，所以單一的信息來源是不夠可靠的。使用多個事實來源會更安全，但同時也會帶來更高的成本。目前沒有一個通用的解決方案，我們可以期望應(yīng)用程序采用基于自身風險判斷的方法來確定需要少從多少個來源處為應(yīng)用程序獲取信息。

比如，如果智能手機應(yīng)用可以容忍較粗的精度的話，倫敦的氣溫可以通過一個單一的預(yù)言機（比如API）來轉(zhuǎn)發(fā)得到，但是如果溫度報告是用來結(jié)算一筆1千萬美元的保險合同的話，我們使用多個（很多！）預(yù)言機：衛(wèi)星數(shù)據(jù)、本地傳感器數(shù)據(jù)等等。

因此，預(yù)言機可能會提供一系列解決方案，根據(jù)所涉及的在成本和去中心化之間權(quán)衡取決于所涉及的價值。

瑞士奶酪模型

第三方機構(gòu)很難保證永遠值得信任。為了在中心化的世界中解決這個問題，我們使用多層級的保護：合同、責任公司、保險、法律……只要其中一個層級按照預(yù)想的起作用，正確性就可以得到保障。然而，如果所有層級都出現(xiàn)了問題，攻擊就會成功（瑞士奶酪模型）。

一個過分依賴中心化預(yù)言機的例子是LIBOR丑聞。倫敦銀行同業(yè)拆借利率（London Interbank Offered Rate， LIBOR）是一種銀行間利率，通常用于計算專業(yè)和個人抵押貸款利率，以及其他金融產(chǎn)品，這些利潤總共支撐了300萬億美元的貸款。據(jù)說，從2005年或2003年開始，交換交易商多年來相互勾結(jié)，操縱這一利率。倫敦銀行同業(yè)拆借利率也被用作衡量銀行健康狀況的指標，而導致2007–2008年金融危機期間的利率被操縱，使得一些金融機構(gòu)看起來比實際情況更健壯……

這里的結(jié)論再次證明，單個（未經(jīng)審計的）事實來源是一個薄弱環(huán)節(jié)，會損害依賴它的整個系統(tǒng)。

雖然萬無一失的系統(tǒng)，但我們可以將多層保護概念同樣地應(yīng)用于去中心化預(yù)言機，作為最少信任機制。

A.多數(shù)據(jù)源

降低錯誤數(shù)據(jù)報告的可能性的最簡單的方法是讓預(yù)言機聚合多個數(shù)據(jù)源。在這種情況下，只有兩種方式會收到錯誤數(shù)據(jù)：大多數(shù)數(shù)據(jù)源出現(xiàn)故障，或者是預(yù)言機自身出現(xiàn)故障（單點故障）。

B.多預(yù)言機

通過增加預(yù)言機的數(shù)量，它們在概率上不太可能全部都是惡意的，因此只要大多數(shù)人是誠實的，系統(tǒng)就是安全的。但是，所有預(yù)言機都存在有意或無意地傳遞錯誤信息的風險（如果來源本身就已經(jīng)被破壞了）。

C.利益攸關(guān)【譯注】

去中心化網(wǎng)絡(luò)可以加入某些激勵機制，以確保其參與者的行為符合網(wǎng)絡(luò)的利益，并因此而得到補償。這就是為什么礦工獲得大量獎勵的原因，也是為什么股權(quán)證明（PoS）需要削減條件以對抗女巫（Sybil）攻擊和無抵押（nothing-at-stake）攻擊的原因。

讓去中心化的匿名身份扮演預(yù)言機的角色是非常危險的，特別是當他們的不良行為會帶來財產(chǎn)損失但卻無法合法索回的時候。通過在項目中使用代幣，去中心化的預(yù)言機網(wǎng)絡(luò)可以強制節(jié)點以網(wǎng)絡(luò)的原生貨幣存入資金/存款，以便有機會為網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行工作。如果他們表現(xiàn)良好，他們會為自己的工作獲得回報。如果他們行為不端，他們就會失去一定比例的股份。這確保了預(yù)言機有正確的激勵來傳播準確的數(shù)據(jù)。

【譯注】原文為 Skin-in-the-Game

D.可信執(zhí)行環(huán)境（Trusted execution environment）TEEs

英特爾最近推出的Software Guard eXtensions（SGX）或ARM的TrustZone就是TEE的典范。這種機制的原理是類似的，我們將以英特爾的解決方案為例。

簡單來說，SGX允許應(yīng)用程序在稱為安全區(qū)的環(huán)境中執(zhí)行，該環(huán)境為用戶級代碼提供硬件保護。首先，安全區(qū)保護應(yīng)用程序（數(shù)據(jù)，代碼和控制流）的完整性，以防止其他進程的破壞。其次，安全區(qū)保護應(yīng)用程序的機密性，這意味著其數(shù)據(jù)，代碼和執(zhí)行狀態(tài)在理論上對操作系統(tǒng)的其它部分是不透明的。然而，它可以在安全區(qū)外讀取和寫入存儲器。SGX旨在保護應(yīng)用程序，即使是程序運行在懷有惡意操作系統(tǒng)或是節(jié)點管理員的情況下。

在安全區(qū)運行預(yù)言機并分發(fā)證明可以提供一個強有力的保證，保證預(yù)言機正在執(zhí)行特定應(yīng)用程序，因為SGX系統(tǒng)是否正在運行可以被遠程證明。

值得一提的是，在英特爾SGX中連續(xù)發(fā)現(xiàn)了兩個漏洞（2018年3月和2018年7月），還有更多漏洞被發(fā)現(xiàn)。雖然第一個漏洞已經(jīng)修復，但這凸顯了單獨使用TEE會出現(xiàn)單點故障的情形，并且當智能合約從一個或多個預(yù)言機產(chǎn)生輸入并自主執(zhí)行時，針對單點故障的多個保護層是至關(guān)重要的。

這些防護屏障在單獨使用時是不起作用的，但它們在組合時顯然會更有效。在下一節(jié)中，我們將介紹去中心化預(yù)言機的主要攻擊方式，接下來將是利用這些實際項目的示例。
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