iO（不可区分混淆）是Web3隐私的圣杯？

1. 引言

iO 是区块链隐私的圣杯吗？本文将探讨：

• 不可区分混淆（indistinguishability obfuscation, iO）的局限性
• iO可能带来的变革
• iO为何重要？
• iO是否能真正成为可信硬件的替代方案？

区块链隐私面临的最大挑战之一，是如何以无需信任的方式执行可验证的机密计算。为了解决这个问题，研究人员正在探索一些密码学原语，如：

• 不可区分混淆（iO）
• 多方计算（MPC）
• 以及 全同态加密（FHE）。

如果这些技术能够实现，将是一项重大突破 —— 能够在不依赖硬件信任假设的前提下，完成安全且私密的计算。

其意义重大：

• 实现区块链的完全隐私、暗池交易、以及无需信任的链上代理，同时仍能保持可验证性。

这种系统将如同一个基于软件的可信执行环境（TEE），但与传统 TEE 不同，它不再依赖硬件制造商。

这是一个极具吸引力的愿景，在某种程度上，它代表了区块链隐私的圣杯。而隐私也是主流机构采用与合规的必要条件，如符合 GDPR 及全球其他数据隐私法律。

但这个愿景到底有多现实？我们离实现它还有多远？

本文将探讨 iO 的可行性，并将在文末介绍一个结合混淆与代理重加密的实用案例架构（暗池交易）。

2. 当前格局

为了实现无需依赖硬件的私密、安全计算，研究人员正在探索几种可作为软件版可信执行环境（TEE）替代方案的密码学方法：

• 多方计算（Multi-Party Computation，MPC）：该技术允许一组参与方在分布式环境中共同计算任意函数，同时保留各自输入的隐私，最终仅暴露计算结果。不幸的是，MPC 需要大量交互，且当参与方数量增加时，扩展性较差。
• 全同态加密（Fully Homomorphic Encryption，FHE）：FHE 允许在加密数据上进行任意计算，无需解密。尽管理论上非常强大，但在大多数现实场景中效率极低，因为其计算开销巨大。FHE 还需要对计算结果进行解密，即解密密钥必须被某处存储，这就引入了单点故障风险 —— 一旦该点不可用，系统可能完全瘫痪；或者该点可能被用来解密中间密文，从而泄露数据隐私。
• 程序混淆（Program Obfuscation）：相比之下，更有前景的一项技术是程序混淆，在以太坊社区中也有讨论（参见 Vitalik 2020年5月的 ethresearch 文章 How obfuscation can help Ethereum）。程序混淆目前正作为潜在解决方案被积极研究中。

3. 混淆技术的现状

在密码学中，程序混淆有几种不同形式。其中最广为人知的两种是虚拟黑盒混淆（Virtual Black-Box Obfuscation，VBB）和不可区分混淆（indistinguishability Obfuscation，iO）：

• 虚拟黑盒混淆（VBB）：VBB 是最强大的混淆形式。它将程序变成一个“黑盒”，隐藏其内部逻辑，仅对外暴露输入输出行为。从某种意义上说，这正是所有从事密码隐私工作的研究人员梦寐以求的：一个虚拟的“黑盒”可以执行程序却不泄露其内部实现，类似于 TEE，但无需任何硬件。不幸的是，Barak 等人在其2021年 On the (Im)possibility of Obfuscating Programs 论文中 证明了通用 VBB 是不可能实现的，即存在某些程序从根本上无法以这种方式被混淆。
  不过，并非一切希望都破灭了。研究者已经证明可以对特定程序进行混淆，如通过 VBB 实现的 代理重加密——2007年论文Securely Obfuscating Re-encryption。这些案例表明，尽管通用 VBB 不可行，但在实际中实现有限的“黑盒”行为仍是可能的。
• 不可区分混淆（iO）：iO 可能是当前最为人熟知、研究最活跃的混淆原语，也是以太坊社区讨论最多的形式。

iO 保证：两个功能等价的程序一旦被混淆后，变得无法区分。这个保证乍听之下似乎很平常，但实际上威力巨大。研究已经表明，iO 是一个极其通用的工具，可以用于构建许多密码学原语，包括高级的如见证加密（witness encryption）和函数加密（functional encryption）等。

其他混淆形式：还有一些不太为人所知的混淆变体，如 Oracle-Differing-Input（odiO）和 Oracle-Indistinguishability（oiO）混淆——2022年论文Structure-Preserving Compilers from New Notions of Obfuscations。这些形式尚未受到广泛关注。

4. 混淆技术中的不便真相

在各种混淆形式中，iO 得到了最多的关注。然而，它并不是一种能神奇解决所有问题的万能钥匙，尽管社区中有时会这么认为。

• 首先，iO 并非通用型的即插即用解决方案。每个用例都需要复杂的分析。正如 Campanelli 等人2022年论文Structure-Preserving Compilers from New Notions of Obfuscations 中所指出的：
  • “事实上，大多数基于 iO 的构建方式都相当复杂，并不具有通用性，只有精心设计的程序才能成功地通过 iO 进行混淆。”
• 另一个关键限制是：被混淆的程序无法维持状态。这一点与基于硬件的 TEE 相比是一个重大劣势。一个被混淆的程序只能对某个输入执行运算并返回结果，但无法在多次执行中保留持久状态。
• 但最严重的问题可能出现在初始化阶段。每个被混淆的程序最初都需要经过一次设置（即混淆过程），这就必须信任执行混淆的那一方。这和信任 TEE 制造商在生产硬件时没有漏洞或后门的假设如出一辙。
  • 虽然通过类似 KZG 仪式的分布式设置过程可以减少对单一方的信任，但这又引入了“门限信任”假设。这引发了一个合理的问题：如果我们无论如何都要依赖这种门限信任，那基于同一假设的“门限 FHE”是否是一个更可行的替代方案？
• 最后，iO 目前仍然效率低下，而且许多构建方式依赖的密码学假设尚未被充分研究。

5. 对iO乐观的理由

那么，加密混淆注定失败吗？当然不是！

尽管面临诸多挑战，但这一领域正在取得真正的进展。效率正在提升（如参见 Ma 等人2025年论文Quasi-Linear Indistinguishability Obfuscation via Mathematical Proofs of Equivalence and Applications 的最新研究），使 iO 更接近于现实可用。

理论基础也变得更加稳固，相关构建方式正在从一些奇特的密码学假设转向更可靠的假设——2020年论文Indistinguishability Obfuscation from Well-Founded Assumptions。

目前已知通用 VBB 是不可能实现的，但也知道可以对特定程序进行 VBB 混淆。这为真实、针对性的应用打开了大门。

密码学混淆技术不太可能解决 Web3 中的所有问题，但这并不意味着它不会发挥重要作用。关键挑战是克服其局限性，并在其固有限制下寻找可行的实际应用。

6. 暗池去中心化交易所 —— 使用 VBB 混淆代理重加密的潜在用例

这里有一个很有前景的想法：使用 VBB 混淆的代理重加密机制，构建一个保护隐私的去中心化交易所（DEX）。

这一概念与 Hohenberger 等人2007年论文Securely Obfuscating Re-encryption 提出的方案类似，展示了 VBB 风格的混淆如何在区块链背景下提供有意义的隐私保障。尽管 Hohenberger 等人的构建方式并不直接支持这个用例 —— 因为它不是为 FHE 而设计的，并且存在一些其他限制 —— 但可以设想将类似机制应用到全同态加密（FHE）环境中。

想象一个“暗池”去中心化交易所（DEX），其中所有交易都通过 FHE 加密方案加密，以便在加密状态下进行处理。也就是说，整个 DEX 的逻辑，如订单撮合和执行，完全在加密数据上运行，从而提供强有力的隐私保障。

不过，最终用户还是需要访问自己的账户余额。要做到这一点就必须解密，而解密又需要有一方或一个委员会掌握 FHE 的解密密钥，这就引入了信任假设。

为避免这种信任，可以使用一个 VBB 混淆的代理重加密程序——2007年论文Securely Obfuscating Re-encryption。这个程序将：

• 接收加密的账户余额作为输入，
• 验证用户有权查看该余额的证明，
• 将该加密余额重新加密为用户的公钥对应的密文。

这样，只有被授权的用户才能解密最终结果。

在这个设置中，与其让某个受信方或委员会存储 FHE 解密密钥，不如将该密钥嵌入混淆程序中，以一种无法被提取的方式存在。

这个例子说明，即使通用 VBB 不可能实现，它仍可能被用于混淆特定程序，从而实现值得进一步探索的强大用例。

参考资料

[1] Shutter团队2025年4月24日博客 The Inconvenient Truth About iO in Web3 Privacy