[发明专利]一种基于区块链的可信计算芯片

说明书

本申请涉及一种基于区块链的可信计算芯片，包括enclave保护模块、智能合约执行装置和加密模块，enclave保护模块用于构建该芯片上的可信计算环境，保证芯片上所有数据和执行动作的可靠性，包括并不限于智能合约的执行、数据的签名、传感器数据的收集等；解码转化单元接受外部输入的二进制码，利用解码装置将二进制码反解析出合约原语序列，并根据解码装置中预嵌入的原语含义功能，将反解析出的原语序列转换生成指令执行单元所需要的指令代码，指令执行单元的处理结果交由加密协处理器对计算结果进行签名加密。本申请的可信计算芯片能够有效保证芯片在计算过程中的可信度，同时能够有效提升所有图灵完备的智能合约的执行效率，以供服务端调用。

技术领域

本申请涉及一种基于区块链的可信计算芯片，适用于区块链的技术领域。

背景技术

近年来，区块链技术在应用和探索方面有着不断的进展。比特币作为最初的区块链货币，采用了分布式可信账本存储方式，无需中心服务器即可进行货币交易，在金融货币方面有着天然的优势。紧随其后的代表性项目为以太坊，其基于区块链分布式存储系统之上开发出图灵完备的虚拟引擎，能够在其上编译运行智能合约，即可在去中心化可信系统上执行可计算程序。可信计算单元可以是可信的计算围圈(Enclave)，提供隔离执行的应用程序运行环境。

另一方面，随着嵌入式系统的蓬勃发展，越来越多的嵌入式芯片应用于多媒体、网络通讯、视频监控等领域。越广泛的使用意味着越可能成为目标而遭受窃听和攻击。嵌入式系统，特别是用于区块链应用的嵌入式系统在设计时考虑了运行状态的各种安全因素，一般运行时的系统不容易被攻破。而系统的升级过程往往伴随着中断运行、替换系统文件、重新启动等多个环节，极有可能为攻击者提供机会。

目前市场上，尚未有针对图灵完备的智能合约虚拟引擎而设计的安全芯片，无法在边缘设备上收集数据并且据此改变区块链上智能合约的状态。与此同时，芯片本身并非一个完整的区块链节点环境，因其需要较大的内存和较高的功耗，也无法做到集成节点。

发明内容

本申请目的是提供一种基于区块链的可信计算芯片，能够在边缘设备上的可信计算环境下快速执行或验证智能合约状态，其能够被服务端所信任和调用，保证芯片数据计算和传输的可信度，方便在边缘设备上应用区块链加密和可信技术，能够极大地扩展区块链的应用场景。

本申请涉及一种基于区块链的可信计算芯片，包括enclave保护模块、智能合约执行装置和加密模块，所述enclave保护模块用于构建该芯片上的可信计算环境并保护芯片上的所有数据状态和执行动作；

智能合约执行装置包括合约原语的解码转化单元和指令执行单元；

所述解码转化单元接受外部输入的二进制码，利用解码装置将所述二进制码反解析出合约原语序列，并根据所述解码装置中预嵌入的原语含义功能，将反解析出的原语序列转换生成所述指令执行单元所需要的指令代码；

所述加密模块包括加密协处理器，所述指令执行单元的处理结果交由所述加密协处理器对计算结果进行签名加密。

优选地，所述指令执行单元包括寄存器堆和执行组件，所述执行组件与所述寄存器堆和外置的内存连接。

其中，所述执行组件包括指令读取单元、指令解码单元、算术逻辑运算单元、内存读写单元和寄存器读写单元；所述指令读取单元从合约原语的解码转化单元中接受输出的指令代码作为需要执行的底层指令，所述指令解码单元根据指令的结构码解析出指令的类别，所述算术逻辑运算单元根据输入的指令代码进行运算，通过操作至少一个寄存器进行整形算术逻辑运算，所述内存读写单元操作所述内存，读取或修改所述内存中的数据，所述寄存器读写单元操作所述寄存器堆，读取或修改寄存器堆中各寄存器的数据。

其中，所述寄存器堆包括PC指令计数器，所述PC指令计数器引导读取指令的索引或者被跳转指令修改设置。所述寄存器堆还包括控制和状态寄存器以及计算预留寄存器。