Messari研报：全面解读Nillion

作者：Whynona & Jake Koch-Gallup，Messari研究分析师；翻译：金色财经xiaozou

1、摘要

• Nillion已与Virtuals、NEAR、Aptos、Arbitrum、Ritual、io.net和Meta等公司达成合作。

• 包括nilAI、nilVM、nilDB和nilChain在内的一套应用工具为开发人员提供了跨AI、医疗保健和DeFi等领域创建隐私保护应用程序所需资源。

• 该网络利用隐私增强技术（PET）编排——包括多方计算（MPC）、同态加密和零知识证明技术——促进其去中心化基础设施中的安全数据计算和存储。

• Nillion的验证者计划已覆盖约50万名验证者，他们积极为网络做出贡献，共同处理了约1.95亿个Secret，保护了约1,050 GB的数据安全。

2、简介

一直以来，处理高价值数据（例如密码、个性化人工智能、医疗保健信息和生物识别技术）既不安全又效率低下。虽然加密技术保护了存储数据的安全，但它需要对计算进行解密，然后重新加密，从而带来了漏洞和延迟风险。虽然区块链技术分散了交易和数据管理，但它并没有从本质上解决加密数据安全计算的挑战。这个约束限制了可以在Web3中安全构建的应用程序的类型。

Nillion通过启用无需解密的数据传输、存储和计算来解决这些限制，从而保证敏感信息在整个生命周期中保持隐私和安全。这种方法被称为盲计算（Blind Compute），它分散了信任，并将去中心化网络用例扩展到以前未触碰过的“空白”领域，如私有AI代理、私有LLM推理和其他有安全数据要求的行业。通过使用先进的隐私增强技术（PET），如多方计算（MPC）、全同态加密（FHE）和可信执行环境（TEE）， Nillion允许数据在计算过程中保持加密状态。

3、背景

Nillion网络成立于2021年，提供了一种创新方式来处理跨分布式系统的私有数据，而不会影响安全性或效率。在nilVM、nilDB、nilAI和nilChain等应用框架的支持下，Nillion为开发人员提供了跨AI、DeFi和数据存储等领域构建隐私保护应用程序的工具。

项目团队包括前Hedera SPV合伙人、高盛银行家Alex Page（首席执行官）；Hedera联合创始人、Reserve创始首席营销官Andrew Masanto（首席战略官）；Indiegogo创始人Slava Rubin（首席品牌官）；拥有30多项数据优化专利的Miguel de Vega博士（首席科学家）；Uber创始工程师Conrad Whelan（创始首席技术官）；耐克前创新主管Mark McDermott（首席运营官）；Hedera早期高级副合伙人、前UBS和Rothschild银行家Andrew Yeoh（首席营销官），等等。

该团队自成立以来已经从包括Hack VC、Hashkey Capital、Distributed Global和Maelstrom在内的投资方那里集了5000万美元的私募融资。

4、技术

Nillion Network是一个去中心化基础设施，旨在支持高价值数据的具隐私保护的安全操作。它由两个核心层构成：一个是管理治理和支付的协调层，另一个是处理计算和存储的Petnet。Nillion的多方计算（MPC）协议是网络功能的核心，可以在不暴露个人输入信息的情况下进行私有数据计算。Nillion的生态系统由一套应用工具（即nilAI、nilVM、nilDB和nilChain）提供支持，使开发人员能够构建以隐私保护为中心的应用程序。

（1）Nillion Network

Nillion Network是一个去中心化基础设施，旨在支持私有的、高价值的数据存储和计算。可扩展性是通过集群实现的，集群配置节点群以满足特定的性能、安全性和成本需求。与传统的区块链不同，该网络的运行不依赖于全局共享状态，支持垂直可扩展性（通过升级单个节点或集群来实现）和水平可扩展性（通过添加新节点或集群来实现），以有效地分配工作负载。下面是网络各层（即协调层和Petnet）对网络架构的贡献。

• 协调层

Nillion Network的协调层被称为nilChain，负责：管理奖励、支付、加密经济安全，以及网络的集群间协调。

具体来说，它在不直接处理计算的情况下协调存储操作和网络盲计算的支付。协调层采用Cosmos SDK构建，支持IBC以实现互操作性；然而，鉴于该网络的核心重点是存储和计算，它目前还不支持智能合约执行。虽然可以通过Keplr或Leap钱包直接访问，但在合作区块链上创建的应用程序（在下文的关键项目部分将进一步详述）将被完全抽象化。自2024年6月以来，nilChain一直运行在测试网络上。

• Petnet

Petnet（编排层）旨在集成诸如多方计算（MPC）、全同态加密（FHE）和零知识证明（ZKP）等加密技术，以实现保护隐私的计算和数据管理。这种集成是通过两个关键组件实现的：编译器和计算网络。具体来说，当计算网络执行安全计算和管理加密数据时，编译器通过进行不同级别的抽象处理，简化了隐私增强技术（PET）的使用。

这种方法通过Nada语言编译器和nilVM在Nillion Network上部署，所有四个不同抽象级别的元素都已经在开发中。四个抽象级别具体如下：

-每个PET协议都在自己的盲模块中独立运行，类似于一个孤立的黑匣子。没有内置的统一接口或抽象处理，所有的编排都发生在客户端；因此，开发人员可以使用API来执行特定的任务，但不能集成它们或对它们进行定制化处理。

-每个SDK中都集成了各种盲模块，为开发人员管理多个PET协议提供了一种简单而统一的方式，无需加密专业知识。虽然这些模块还没有完全优化，目前还依赖于单一的PET协议，但一种无缝的、即用型的PET协议组合已经可用。

-盲模块开始在单个盲模块中支持多个PET协议。这为开发人员提供了在性能和安全性之间进行各种权衡的能力——进一步简化了缺乏专业知识的开发人员的加密决策。

-盲模块部署在松散独立的网络上，被称为集群，由NilChain管理。随着Nillion盲计算机的成熟，相同的盲模块可以在多个集群中复制，每个集群都有不同的配置。这些配置根据各种因素（例如，节点数量、节点位置、声誉、硬件规格、安全阈值）而有所不同。这种多功能性允许开发人员在不同的集群设置中使用相同的功能，允许针对特定需求（即安全性、成本、硬件、合规性等）定制解决方案。

Nillion的PET技术是分阶段引入的——每个阶段都经过上述的四个抽象级别。阶段1（即HE、LSSS MPC）和阶段2（即DWT+LSSS、TEE）在抽象过程中更进一步，并且已经被集成到Nillion Network中。在阶段3的技术（即FHE-MPC、DWT+TEE、公共计算、ZKP）中，FHE-MPC已开始进行抽象级别的推进。

• 工作原理

以下是Nillion网络各组成部分的详细运行情况：

-用户/开发人员与使用JavaScript或Python客户端构建的前端应用程序交互，以提交数据进行存储或发起盲计算请求。

-使用JavaScript客户机的应用程序与Petnet交互，以实现安全计算和加密数据管理。而基于Python客户端的应用程序与协调层进行交互，用于支付、转发和多链通信。协调层使用适当的区块链原生gas代币或NIL代币处理支付。

-协调层处理请求后，将计算任务转发给支持PET的Petnet。

-Petnet根据任务要求，通过使用像线性秘密共享方案、乱码电路和/或同态加密这样的PET技术来处理数据。这些计算是跨节点集群执行的。Petnet中的每个节点只管理加密数据的一个片段（share）。

-节点对掩码数据执行指定的计算（例如，加法、乘法或安全比较）并生成部分输出数据。

-Petnet将这些部分输出聚合起来，以安全、私密的方式生成最终的计算结果。

-最终结果路径如下：如果使用JavaScript客户端，Petnet将结果直接发送到应用程序，供用户/开发人员访问。如果使用Python客户端，协调层将从Petnet检索结果并将其发送给应用程序或相关区块链以供进一步使用。

-对于区块链集成用例，协调层将结果交付给原智能合约或去中心化应用程序，支持多链功能，无需用户下载新钱包。

（2）用于复杂操作的MPC协议

多方计算（MPC）是密码学的一个子领域，支持个体以协作方式从他们的组合数据中计算结果，而不泄露他们的输入数据。Nillion开发了一种名为Curl的MPC协议，它基于线性秘密共享方案（LSSS），但扩展了性能，可以有效地处理复杂的操作，如除法、平方根、三角函数和对数。这使得Curl具有高度可扩展性，是现实世界问题的理想选择，例如保护隐私安全的AI代理，其输出不随输入线性扩展。Curl遵循一个两阶段工作流程结构：

• 阶段1（创建share的预处理）：在使用MPC技术处理实际数据之前，此阶段生成随机share并将其分配给参与者（计算实体）。值得注意的是，预处理阶段的操作独立于输入值，在计算发生之前仅依赖于输入的数量来创建适当数量的share。它可以被看作是一个抽象层——提前创建占位符，这些占位符稍后将与用户在阶段2提供的实际输入数据结合起来。

• 阶段2（复杂操作的高效计算）：该计算阶段包括通过三个步骤对私有输入进行实际计算：输入、评估和输出。输入：各方将其输入share分配给参与者，以确保信息论安全（ITS）。各参与者每输入值获得一share，从而在整个过程中保持机密性。评估：各方使用Nillion的Curl协议有效地计算输入share的复杂操作。输出：显示和汇总局部计算结果以产生最终结果。

（3）应用工具

基于Nillion Network开发的应用工具（nilVM、nilDB、nilAI、nada集成包）为开发人员提供模块化框架和实用性，以快速构建保护隐私的高价值数据应用程序。

• nilAI

nilAI是Nillion专注于人工智能的隐私技术套件（即AIVM、nada-AI和nilTEE）。以下是它们的工作原理：

- AI虚拟机（AIVM）：一个安全的AI推理平台，基于Nillion的MPC技术和Meta的CrypTen框架开发。它使用与Meta人工智能研究团队共同开发的离散小波变换（DWT）来加速推理。AIVM通过保持单个节点不受用户提示和模型输出的影响，确保私有深度学习模型推理和部署，从而保持数据的机密性。

- nada-AI：专为AI应用程序设计的nilVM库，提供类似PyTorch的接口，用于运行小型模型（例如，神经网络、卷积神经网络、线性回归等）。开发人员还可以使用其提供的谷歌Colab笔记本快速启动他们的项目。

- nilTEE：一种使用可信执行环境（TEE）在高性能推理期间运行大语言模型（llm）的解决方案。Nillion建议将TEE的使用限制为推断时间，而不是长期数据存储。通过拆分推理设置来增强nilTEE和AIVM的研究正在进行中，以进一步提高安全性和性能。

• nilVM、Nada及其代码库

nilVM是一个允许开发人员使用PET创建程序的虚拟机。程序是用Nada （Nillion的基于Python的开源DSL）编写的，并使用Nillion SDK进行开发。Nada还包括nada-ai（类似于PyTorch和scikit-learn）、nada-numpy、nada-data和nada-test等代码库，以简化程序开发。开发人员可以使用Python、Typescript或CLI客户端将nilVM集成到他们的应用程序中，并利用存储API在Nillion Network上进行安全的数据存储和检索。示例包括联邦学习计划、社区开发项目和交互式演示用例。

• nilDB

nilDB是一个加密的分布式NoSQL数据库，专为保护隐私的数据存储和计算而设计。与常规的NoSQL数据库不同，nilDB通过将加密数据作为秘密share分布在多个节点上，从而消除了对中央权威的依赖。此外，数据所有者可以授予其他人访问权限，以对存储数据运行类似SQL查询、计算和隐私保护聚合。

它是这样运作的：

-用户在自己的设备上本地加密敏感数据。

-用户通过构建在Nillion上的前端应用程序安全地上传加密数据。应用程序通过一个集成后端RESTful API将加密数据安全地上传到nilDB。

-加密数据使用Nillion的MPC协议分割秘密share，并分布在nilDB网络中的节点集群中。值得注意的是，没有一个节点保存完整的数据集。

-用户对特定数据的使用或查询提供明确的同意授权，该授权可以通过应用程序随时撤销。

-经授权实体（例如公司或第三方）通过Nillion的RESTful API提交类似SQL的查询请求（例如，查找、范围过滤器或聚合计算）。

-nilDB集群中的节点在不披露敏感信息的情况下共同协作对加密数据执行计算。

-生成查询结果，如平均值、总和或经过滤的数据集，同时保持数据的机密性。

-只有最终的查询结果通过RESTful API返回给发起请求的用户。

• Nada集成包

Nada语言包括各种集成包，有nada-ai、nada-numpy和nada-test，它们的用例如下：

- nada-numpy：为Nada DSL量身定制的NumPy的约束改编。与常规NumPy相比，nada-numpy允许对数据类型有强类型要求的数组结构进行有效操作，确保与MPC的强类型特性兼容。

- nada-test：Nada程序的测试框架，支持在运行时动态生成测试。开发人员可以使用Python编写测试用例，将框架集成到pytest工作流中，并定义灵活的输入和输出规范。

其他工具（例如，Nada DSL、Nada Sandbox等）和SDK可以在GitHub上查找。

（4）研究论文

Nillion的项目团队与多位研究人员合作，发表了八篇论文，详细介绍了该协议及其应用的各个方面。

• Nillion: A Secure Processing Layer for Web3：原始愿景文件，概述了Nillion及其在去中心化生态系统中的应用程序的潜在可能性。

• Evaluation of Arithmetic Sum-of-Products Expressions in Linear Secret Sharing Schemes with a Non-Interactive Computation Phase：探讨用于安全高效非线性计算的Nillion MPC协议。

• Curl: Private LLMs through Wavelet-Encoded Look-Up Tables：提出Curl框架（这是一个用于LLM的隐私保护推理框架），它利用小波编码查找表来减少通信开销并提高效率。

• Technical Report on Secure Truncation with Applications to LLM Quantization：探索基于线性秘密共享方案（LSSS）的MPC环境中的安全截断技术，用于优化LLM中的计算。

• More efficient comparison protocols for MPC：增强基于LSSS的MPC系统中安全比较的效率。

• Technical Report on Threshold ECDSA in the Preprocessing Setup：详细介绍了阈值ECDSA的预处理方法，阈值ECDSA是一种安全管理和使用多方私钥的分布式加密系统。

• Technical Report on Decentralized Multifactor Authentication：介绍用于改进安全身份验证过程的去中心化框架。

• Ripple: Accelerating Programmable Bootstraps for FHE with Wavelet Approximations：详细描述Ripple，一个使用离散小波变换（DWT）压缩查找表的框架，减少了全同态加密（FHE）中的启动引导计算成本。

5、NIL代币

（1）代币功能

NIL代币将在网络中提供若干功能，包括：

• 支付跨Petnet和协调层的计算服务、数据存储、AI推理和交易费用。具体来说，开发人员使用NIL为他们的应用程序访问Nillion的隐私保护计算服务。

• 质押和支持网络安全并获得奖励。验证者绑定NIL来验证交易和计算，从而保护协调层的安全。Petnet节点质押NIL，以提高其集群的安全性，并吸引开发人员和应用程序。

• 参与去中心化治理，对各种网络决策提出建议和投票（例如，协议升级、资源分配和社区拨款计划）。

（2）治理

治理决策是通过链上投票机制进行的。具体来说，任何NIL代币持有者都可以提出对网络的更新建议，前提是他们满足最低的代币存款要求。提案也可以由社区委员会或通过先前治理行动建立的工作组来提交。

投票权扩展到以下关键决策：

• 引入新功能或更新。

• 为捐赠拨款计划、开发人员激励和社区驱动的项目分配奖励池。

• 调整网络定价、验证者要求或委托限制。

• 修改治理结构，如法定人数要求或提案阈值。

• 扩展互操作性，形成战略伙伴关系，或者透明度和审计机制部署。

投票权与NIL的质押数量成正比，质押者将其投票权委托给验证者，同时保留自己对提案进行投票的能力。

6、Nillion生态系统状态

（1）关键领域

突出Nillion各种好处的关键领域包括：

• 人工智能：在不披露敏感信息的情况下处理数据和推理，弥合了安全的本地AI处理与集中式非私有AI系统的可扩展性之间的差距。个性化代理：人工智能代理可以存储、计算和处理私人数据。私有模型推理：人工智能模型可以安全地处理私有数据，最大限度地降低向第三方的信息披露风险，并启用私有LLM。私有知识库和搜索：数据可以以加密形式存储，同时仍然为人工智能代理和其他人工智能用例启用搜索功能。

• 数据所有权：Nillion的加密基础设施通过允许用户控制数据以及向买家出售他们的数据来支持安全的数据市场。

• 区块链：Nillion允许区块链应用程序向Nillion网络发送盲存储和计算请求，补充了区块链的公共数据功能。它还通过允许应用程序解密区块链上的相关数据来支持链上结算。

• 医疗保健：Nillion支持跨机构和用户对医疗保健数据进行隐私保护分析。

• DePIN：DePIN项目与Nillion集成，可以安全地存储和处理敏感操作数据。

（2）重点项目

突出Nillion各种好处的关键项目包括：

• Virtuals Protocol：一个人工智能代理共有平台，开发了一个多模态人工智能代理库，并通过使用Nillion允许对其人工智能模型进行私人训练和推理，以构建个性化的人工智能代理。

• Aptos/NEAR/Arbitrum/Sei：集成了盲数据存储和计算的L1和L2，以增强智能合约中的数据处理。

• Ritual：该人工智能平台建立了一个去中心化人工智能推理网络，在其后端集成了Nillion用于私人推理。

• Zap：这是一个数据平台，将用户数据聚合到Nillion的去中心化数据池中，通过盲计算和零知识传输层安全（zkTLS）提供安全见解。

• Reclaim Protocol：这是一个zkTLS基础设施平台，允许用户通过链下平台以无需信任的方式证明身份和声誉，并使用Nillion作为生成证明的存储和处理平台。

• Healthblocks：一个健身应用程序，它使用Nillion来维护用户对数据的所有权和控制权，同时允许第三方在不披露个人细节的情况下进行分析洞察。

• MonadicDNA：一个基因组学平台，使用Nillion在其整个生命周期中保持数据加密，为集中式提供商（例如23andMe）提供了另一种选择。

（3）Nucleus Builders计划

Nucleus Builders计划于2024年1月启动，支持开发人员使用Nillion的技术创建去中心化的隐私保护应用程序。参与者可以使用Nillion SDK、开发工具（例如nilVM、nilDB和nilAI），以及加速整体开发的资金和技术资源。自计划成立以来，Nucleus吸引了来自10多个垂直领域的近50名参与者，生态系统项目总计筹资1亿多美元。

（4）网络指标

2024年8月27日宣布的“Nillion验证者计划”允许参与者通过以下方式来支持网络的完整性和功能：上传“Secret（秘密）”，即各类别的敏感数据碎片，或者设置验证者来挑战秘密并保护网络安全，确保网络数据share维持可靠性和完整性。

验证者计划的参与于2024年12月11日结束，已有约50万验证者积极参与网络，共同处理了约1.95亿个秘密并保障了约1,050 GB数据的安全。

7、路线图

2024年5月31日发布的“Nillion路线图”包含了四个关键阶段：

• 阶段1—创世冲刺（该阶段已完成）：该阶段在测试网启动期间建立了底层协调层，测试了核心功能（如Keplr钱包创建、代币转移、质押和治理），为开发人员提供了用于早期应用程序开发的具有遥测功能的Nillion SDK，以及进行了负载测试以评估交易吞吐量和网络可扩展性。

• 阶段2—催化剂聚合（该阶段正在进行中）：该阶段将Petnet与协调层集成，招揽外部节点以实现完全的去中心化，引入盲应用程序进行安全数据处理，支持跨链功能，将Nillion扩展为多链生态系统。

• 阶段3—强化：此阶段将完成主网启动和代币生成事件（TGE），运行外部节点，通过盲计算实现现实世界的交互，以及在实时条件下验证网络先前构建的应用程序。

• 阶段4 -多集群未来：这一阶段将通过增加公共节点集群来关注水平扩展，提高计算能力，为特定市场应用优化网络，并在保障安全和隐私的同时实现可扩展性。

8、结语

Nillion是一个去中心化基础设施，旨在处理各种应用程序（从AI代理到私有DeFi）中的高价值、隐私敏感数据。结合先进的PET技术（例如，MPC、FHE、TEE），Nillion扩展了去中心化网络的可用性和去中心化应用程序的可能性。Nillion的架构——协调层和Petnet——通过集群方法支持可扩展性，同时确保了数据机密性和去中心化信任。

Nillion生态系统将继续扩张，标志性里程碑有：Nucleus Builders计划，该计划支持多个垂直领域的约50个项目；约有50万验证者参与其中，共同处理了约1.95亿个秘密并保护了约1050 GB数据的安全。与Virtuals、NEAR、Meta和Aptos的合作，以及正在进行的主网发布和多集群可扩展性的路线图进展，突显了Nillion在推进以隐私保护为中心的数据管理和安全计算方面的努力。