區(qū)塊鏈應(yīng)用中，外部世界如何與智能合約交互往往是一個容易被忽視的問題，很多的智能合約應(yīng)用場景是根據(jù)一些外部事件，輸出相應(yīng)的結(jié)果，而傳統(tǒng)的IT數(shù)據(jù)交互方式實際上并不能投入真正的工作。例如，按照農(nóng)產(chǎn)品價格情況來支付投保人賠款的農(nóng)產(chǎn)品價格險保單。傳統(tǒng)IT人員一般認(rèn)為是如下的流程：智能合約會在預(yù)定的時間，從期貨交易場所獲取農(nóng)產(chǎn)品價格，然后按照獲取的數(shù)據(jù)采取預(yù)設(shè)的行動。聽起來很簡單，但卻不可能實現(xiàn)。為什么呢？因為這里存在兩個問題，一是共識問題，二是受信任方問題。

一、共識問題

區(qū)塊鏈?zhǔn)腔诠沧R的系統(tǒng)，只有在每個交易和區(qū)塊處理過后，并且每個節(jié)點達(dá)到相同狀態(tài)，智能合約才能正常運行，所有事情必須是精確一致。如果節(jié)點之間對數(shù)據(jù)狀態(tài)有歧義，整個系統(tǒng)就無法可信穩(wěn)定運行了。在上面的案例中，智能合約由鏈上的每個節(jié)點獨立執(zhí)行，因此如果智能合約從外部服務(wù)獲取數(shù)據(jù)的話，這個數(shù)據(jù)獲取過程是由各節(jié)點重復(fù)和獨立完成的，假設(shè)這個區(qū)塊鏈有100個節(jié)點，那么就會有100條獲取數(shù)據(jù)的請求從每個節(jié)點發(fā)送到期貨交易場所，但是因為這個數(shù)據(jù)來源于區(qū)塊鏈外部，價格是實時波動的，由于網(wǎng)絡(luò)延遲、節(jié)點處理速度等各種原因，每個節(jié)點獲取的并不是同一時刻的價格，輸入到智能合約的價格數(shù)據(jù)也就不同，因此對應(yīng)的各節(jié)點智能合約輸出也會不同，在這種情況下，整個區(qū)塊鏈的信任基礎(chǔ)就會崩潰，無法達(dá)成共識。

解決的方法其實很簡單，不通過智能合約發(fā)出外部數(shù)據(jù)獲取指令，而是由第三方發(fā)送一筆區(qū)塊鏈交易，在交易中附加需要的數(shù)據(jù)，交易會將數(shù)據(jù)嵌入?yún)^(qū)塊，并同步到每個節(jié)點，從而保證數(shù)據(jù)的完全一致，因此可以用于智能合約的計算中。總結(jié)就是由第三方將數(shù)據(jù)推送進(jìn)區(qū)塊鏈，而不是由智能合約將數(shù)據(jù)拉取進(jìn)去。

同樣的問題一樣發(fā)生在智能合約調(diào)用外部世界事件的情況。還是上面的例子，很多人會想象價格到預(yù)定目標(biāo)，智能合約去調(diào)用期貨公司的API接口，實現(xiàn)賣出期貨的功能，從而鎖定保單風(fēng)險，但是如果每個節(jié)點都獨立執(zhí)行智能合約，那么應(yīng)該由哪個節(jié)點去調(diào)用這個API呢？如果選擇某個節(jié)點去執(zhí)行，但是如果該節(jié)點發(fā)生故障了，無論是不是故意的，怎么保證其可靠性呢？而選擇全部節(jié)點去完成API調(diào)用的話，是否每個節(jié)點都可信，怎么保證API密碼的安全呢？況且一個API同時被多節(jié)點高并發(fā)頻繁調(diào)用也是不合適的。

解決方法參考上面的問題，智能合約不需要獲取外部API，而是第三方實時監(jiān)控區(qū)塊鏈狀態(tài)，然后做出相應(yīng)的反饋。例如，合作的期貨交易所實時監(jiān)控區(qū)塊鏈，然后根據(jù)鏈上的交易情況做對應(yīng)的資金轉(zhuǎn)移，這樣就不會對區(qū)塊鏈共識產(chǎn)生威脅。

二、受信任方問題

前文提到的解決共識問題方法核心就是區(qū)塊鏈被動接收數(shù)據(jù)，與外部的交互依賴于第三方，這個時候就會引入第二個問題，第三方如何信任？第三方如果在數(shù)據(jù)傳輸過程中私自篡改數(shù)據(jù)怎么辦？如何審計第三方是否從正確的地址獲取的數(shù)據(jù)？為解決可信問題，就需要引入Oracle，它不是甲骨文數(shù)據(jù)庫公司，中文翻譯為預(yù)言機(jī)。預(yù)言機(jī)是一種可信任的實體，它通過簽名引入關(guān)于外部世界狀態(tài)的信息，從而允許確定的智能合約對不確定的外部世界作出反應(yīng)。預(yù)言機(jī)具有不可篡改、服務(wù)穩(wěn)定、可審計等特點，并具有經(jīng)濟(jì)激勵機(jī)制以保證運行的動力。目前來說，預(yù)言機(jī)有兩種模型，一個是單一模型，另一個是多重模型，有時候多重模型又稱為Oracle網(wǎng)絡(luò)。

單一模型只包含一個預(yù)言機(jī)，這一預(yù)言機(jī)是可信任的，它會正確地執(zhí)行代碼，合約的參與者能確信它不會與合約的某一參與方相勾結(jié)，單一模型類似于軟件即服務(wù)提供者。對于大部分應(yīng)用，單一模型已經(jīng)就足夠安全，并且經(jīng)濟(jì)實惠。目前一個單一模型的實例是Oraclize。

多重模型包含多個預(yù)言機(jī)，甚至是預(yù)言機(jī)網(wǎng)絡(luò)。雖然單一可信任的預(yù)言機(jī)對大多數(shù)用戶來說已經(jīng)足夠了，但是高價值的資產(chǎn)處理需要更高的可信任度，這就需要用到多重模型。在這一模型中，代碼的執(zhí)行分布在若干獨立的預(yù)言機(jī)中，例如10個，將這10個預(yù)言機(jī)的數(shù)據(jù)設(shè)置一個可信臨界，臨界值數(shù)量的智能預(yù)言機(jī)必須就結(jié)果達(dá)成一致。例如，用戶使用7/10模型，只有當(dāng)?shù)扔诖笥?個智能預(yù)言機(jī)一致時，合同才能夠執(zhí)行。這一模型留出了3個緩沖，也許有的智能預(yù)言機(jī)離線，有問題或者被黑客攻擊，只要不多于3個不影響合同代碼的執(zhí)行。多重模型比單一模型更加復(fù)雜，成本更加高，但是它提供了更好的安全保障。

三、單一模型預(yù)言機(jī)運作方式

單一模型預(yù)言機(jī)的一個典型實例是Oraclize，由于他的應(yīng)用十分典型，本文以O(shè)raclize為例進(jìn)行講解。

1、Oraclize簡介

Oraclize是一個獨立的服務(wù)提供商，目前提供免費的數(shù)據(jù)輸送服務(wù)，其目的是在區(qū)塊鏈和互聯(lián)網(wǎng)之間建立一道可信的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，其目標(biāo)是打破智能合約獲取數(shù)據(jù)的束縛，在保證可信的情況下，使其具有訪問互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的能力。Oraclize不是想讓智能合約的開發(fā)者信任這個組織，因為不論任何信任，都可以從技術(shù)上篡改數(shù)據(jù)，無法真正從技術(shù)保證安全，而是通過提供多種加密證明方法，構(gòu)建可信的預(yù)言機(jī)。 Oraclize的運行狀態(tài)如下圖。

圖1 ?Orcalize示意圖[2]

如圖1，多種區(qū)塊鏈可以通過Oraclize有效的訪問互聯(lián)網(wǎng)API，保護(hù)其Dapp的安全性和健壯性，目前支持Ehtereum、Bitcoin、Rootstock、Eris四種區(qū)塊鏈。用以太坊為例子，目前采用Solidity的智能合約只能存取訪問鏈內(nèi)的信息，而Oraclize作為一個數(shù)據(jù)傳送者，可以在以太坊的DApps與Web APIs之間提供可靠連接，讓基于智能合約的Dapp應(yīng)用可信的地取得外部信息和數(shù)據(jù)。運行原理如圖2：

圖2 Oraclize運行原理圖

Oraclize在以太坊上部署了一個名為usingOraclize的智能合約，如果需要其數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，只需要在自己的智能合約中引用該智能合約，然后根據(jù)API文檔中描述的方法進(jìn)行相關(guān)的調(diào)用即可。如果某些組織利用以太坊技術(shù)搭建了自己的私有鏈或者聯(lián)盟鏈，Oraclize在Github上提供數(shù)據(jù)服務(wù)的開源智能合約代碼，通過自己部署后，一樣可以像公有鏈一樣調(diào)用。Oraclize提供了多種數(shù)據(jù)源服務(wù)器，包括Url訪問、數(shù)據(jù)搜索引擎、區(qū)塊鏈內(nèi)容數(shù)據(jù)、IPFS文件訪問等等，其中Url訪問和區(qū)塊鏈內(nèi)容數(shù)據(jù)提供了基于TLSNotary的可信證明技術(shù)，也是常見的數(shù)據(jù)訪問需求。對于基于TLSNotary的可信證明可以根據(jù)用戶的需求開啟和關(guān)閉，因為雖然目前該服務(wù)是免費的，但是隨著以后Oraclize的正式版發(fā)布以及推廣期的結(jié)束，可信證明技術(shù)是需要更多的收費，用戶可以基于成本考慮選擇是否使用，常見的典型服務(wù)如下：

（1）Url訪問服務(wù)

該服務(wù)可以用來訪問互聯(lián)網(wǎng)的API或者網(wǎng)頁，首先用戶向Oraclize提供想要訪問的URL地址，并設(shè)定GET / POST 的方法和相關(guān)的參數(shù)。Oraclize根據(jù)用戶的設(shè)定，自動獲取URL的內(nèi)容，然后發(fā)送數(shù)據(jù)到區(qū)塊鏈上的Oraclize的服務(wù)智能合約上，通過該智能合約轉(zhuǎn)發(fā)到用戶的智能合約上。整個過程中，用戶可以選擇開啟或關(guān)閉TLSNotary的可信證明。這樣的應(yīng)用場景很多，比如通過Random.org網(wǎng)站獲取真正的隨機(jī)數(shù)、獲取航班運行情況用于航班延誤險的自動計算和支付、鏈上身份認(rèn)證系統(tǒng)、去中心化的博彩系統(tǒng)、去中心化的預(yù)測市場（如體育運動比賽結(jié)果或競選活動）等等。

（2）區(qū)塊鏈內(nèi)容數(shù)據(jù)

區(qū)塊鏈內(nèi)容服務(wù)可以讓智能合約快速訪問某一區(qū)塊鏈的相關(guān)數(shù)據(jù)，實際上，一方面早期的區(qū)塊鏈上的腳本并不能訪問自身的內(nèi)容，比如比特幣的腳本本身不能訪問比特幣的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。另一方面，不同區(qū)塊鏈上的腳本或智能合約有跨鏈訪問數(shù)據(jù)的需求，以完成更復(fù)雜的功能。區(qū)塊鏈內(nèi)容數(shù)據(jù)一般來說都是從互聯(lián)網(wǎng)上的區(qū)塊鏈瀏覽器獲取，區(qū)塊鏈瀏覽器一般都會提供各種API用于獲取區(qū)塊哈希、區(qū)塊內(nèi)容，交易內(nèi)容、用戶余額等多種信息，從本質(zhì)上來說，區(qū)塊鏈內(nèi)容數(shù)據(jù)也是URL訪問服務(wù)的一種特殊類型。

除此以外，Oraclize還提供搜索引擎數(shù)據(jù)服務(wù)、IPFS分布式數(shù)據(jù)服務(wù)、加解密服務(wù)、鏈下計算服務(wù)等，原理本質(zhì)上沒有區(qū)別，由于篇幅限制，不再復(fù)述。

四、????? Oraclize可信證明機(jī)制原理

Oraclize之所以可以提供一個可證明的誠實從外部世界安全獲取信息的能力，是依賴于TLS證明技術(shù)（TLSnotary），除此以外，Oraclize還提供了其他兩種證明機(jī)制：Android SafetyNet證明、IPFS大文件傳送和存儲證明，由于使用較少，本文不做詳細(xì)展開。。

TLSnotary證明主要基于安全傳輸層協(xié)議TLS 1.1，TLS用于在兩個通信應(yīng)用程序之間提供保密性和數(shù)據(jù)完整性,最大優(yōu)勢就在于獨立于應(yīng)用協(xié)議，更高層協(xié)議可以透明地分布在 TLS 協(xié)議上面。

TLS包含三個基本階段：1.對等協(xié)商支援的密鑰算法，2.基于私鑰加密交換公鑰、基于PKI證書的身份認(rèn)證，3.基于公鑰加密的保密數(shù)據(jù)傳輸。在整個傳輸中，TLS的master key可以分成三個部分：服務(wù)器方、受審核方和審核方。在整個流程中，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)源作為服務(wù)器方，Oraclize作為受審核方，一個專門設(shè)計的，部署在亞馬遜云上的開源實例作為審核方，每個人都可以通過這個審計方服務(wù)對Oraclize過去提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行審查和檢驗，以保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

五、多重模型預(yù)言機(jī)運作方式

多重模型預(yù)言機(jī)有多種例子，一般來說，這種成本較高，較復(fù)雜的預(yù)言機(jī)會應(yīng)用在對信息可靠性要求較高，涉及價值比較大的領(lǐng)域，比如金融、博彩等。一個可靠的多重模型預(yù)言機(jī)，遵循博弈原理，有經(jīng)濟(jì)激勵機(jī)制和懲罰措施，越多的節(jié)點參與，其真實性越高。當(dāng)數(shù)據(jù)輸入時，網(wǎng)絡(luò)需要保證參與者節(jié)點無法知曉其他參與者的數(shù)據(jù)，然后各個節(jié)點將數(shù)據(jù)輸入智能合約，智能合約對于價格等連續(xù)數(shù)據(jù)將選擇最接近中位數(shù)的數(shù)據(jù)，如果是二元數(shù)據(jù)則統(tǒng)計得票最多的結(jié)果，最后對提供正確數(shù)據(jù)的節(jié)點進(jìn)行獎勵。與單一模型不同，多重模型需要面對女巫攻擊（Sybil attack）和共謀攻擊（collusion attack）。

這兩個攻擊本質(zhì)上都是通過控制多個節(jié)點來偽造數(shù)據(jù)干擾最終結(jié)果，主要防范的方法，一是鼓勵盡量多的節(jié)點參加數(shù)據(jù)反饋；二是讓每個節(jié)點的權(quán)重盡量平均，防止某些節(jié)點權(quán)重過高，易于控制結(jié)果，三是提高節(jié)點的接入成本，比如需要一定的押金；四是需要有一定的激勵和懲罰措施，以促使節(jié)點考慮自身利益不會撒謊。下面以某去中心化電競平臺項目為例，說明一下多重模型預(yù)言機(jī)實例。

某去中心化電競平臺是一個基于以太坊的去中心化應(yīng)用,能夠讓電子競技迷們可以通過一個去中心化的、自動化平臺去參與他們喜歡的游戲，并能夠利用手中的代幣進(jìn)行電子競技。通過該平臺，智能合約結(jié)合見證人系統(tǒng)和中心化的陪審團(tuán)，使得某去中心化電競平臺可以不依賴可信的第三方來自動、可信的判定游戲勝負(fù)結(jié)果，從而根據(jù)游戲結(jié)果自動處理參與玩家的代幣，如果有爭議產(chǎn)生，需要更高級別的審查，那么內(nèi)部陪審制度將被激活進(jìn)行人工裁定。其用于比賽勝負(fù)自動判定的見證人系統(tǒng)設(shè)計如下：

圖3 見證人系統(tǒng)

如圖3所示，見證人在比賽驗證系統(tǒng)中是一個非常重要的角色，要想成為見證人，必須要運行自動見證人節(jié)點軟件并購買一定量的代幣，他們充當(dāng)比賽結(jié)束前的最終關(guān)口和獎勵的處理。見證人節(jié)點網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)一個去中心化的代理，他們能夠鏈接游戲的API，互相校驗游戲結(jié)果確保平臺不會有錯誤和欺詐。眾多的見證人形成了一個見證人池，所有的見證人節(jié)點會察看每一場分配的比賽，檢查游戲API并發(fā)送結(jié)果到區(qū)塊鏈讓所有人都能看到。每場游戲結(jié)束后，按照加權(quán)隨機(jī)選擇過程，對于每一場比賽大約2 個見證人節(jié)點將向智能合約報告比賽結(jié)果，智能合約根據(jù)結(jié)果自動處理游戲參與者的代幣并向報送數(shù)據(jù)的見證人節(jié)點發(fā)送獎勵。見證人節(jié)點的獎勵隨著網(wǎng)絡(luò)中的比賽數(shù)的增加而不斷增加，因此，見證人有動力報告正確數(shù)據(jù)，支持讓平臺走向成功。見證人系統(tǒng)軟件是一個完全自動化的軟件，不需要人工干預(yù)。

當(dāng)一場比賽出現(xiàn)爭議，見證人中的一些成員將會被隨機(jī)選擇作為陪審員，多個陪審員組成了一個陪審團(tuán)，基于見證人提供的結(jié)果和玩家的其他的證據(jù)比如截圖進(jìn)行人工投票。根據(jù)投票結(jié)果，見證人和與大多數(shù)投票一致的陪審員同樣可以獲得一部分獎勵，與少數(shù)人投票一致的陪審員將會得到懲罰措施。

為了預(yù)防冒名攻擊和共謀攻擊，該平臺對見證人節(jié)點提出了如下要求：

n? 玩家必須向平臺提供身份證明比如姓，郵箱或者名字，確保每一個人只有唯一的賬戶去參與見證人節(jié)點。

n? 成為見證人節(jié)點，需要一定量的代幣作為抵押。

n? 節(jié)點被選定履行陪審團(tuán)職責(zé)的概率是與持有代幣的數(shù)量成正比的，但限定概率上限為1%。這樣可以確保沒有人能夠主宰的陪審團(tuán)的挑選過程。

通過以上措施，從而保證見證人系統(tǒng)的公平和公證。

[1] StefanThomas, Evan Schwartz，https://github.com/codius/codius/wiki/Smart-Oracles:-A-Simple,-Powerful-Approach-to-Smart-Contracts#smart-contract

[2]http://www.oraclize.it/

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與50位技術(shù)專家面對面20年技術(shù)見證，附贈技術(shù)全景圖

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的智能合约如何可信的与外部世界交互的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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