fhEVM深度解析

Zama 的 fhEVM 协议

Zama 的 fhEVM（全同态加密虚拟机）是一个将 全同态加密（FHE） 集成到兼容以太坊虚拟机（EVM）的区块链中的框架。它实现了 机密智能合约，即在不解密的情况下对加密数据进行计算，在保护隐私的同时保持区块链的可组合性和可验证性。

核心保证包括：

• 交易输入和合约状态的端到端加密。
• 不向节点、验证者或观察者泄露敏感数据。
• 与现有 Solidity 工具和 EVM 生态系统的无缝集成。

fhEVM 构成了 Zama 机密区块链协议（Confidential Blockchain Protocol） 的核心，这一层为公共区块链增加了隐私性，而无需修改链本身。

技术架构

fhEVM 协议建立在 TFHE-rs 之上，这是 Zama 开源的基于 Rust 的 Torus 全同态加密实现。根据 Zama 的官方协议规范，fhEVM 的架构由以下核心组件构成，共同协作以实现链上隐私计算：

使用fhEVM框架开发的dApp中，服务和组件的典型交互过程如下。

核心协议组件

• FHEVM Solidity 库 (FHEVM Solidity Library): 一套供开发者使用的库，允许在智能合约中使用加密数据类型（如 euint32）和操作。
• 宿主合约 (Host Contracts): 部署在区块链上的受信任合约，负责管理访问控制权限，并作为触发链下加密计算的入口。
• 协处理器 (Coprocessors): 去中心化的链下服务节点，负责验证加密输入、执行繁重的 FHE 计算任务，并将结果提交回链上。
• 网关 (Gateway): 协议的核心协调者，负责验证加密输入、管理访问控制列表 (ACL)、在不同链之间桥接密文，并协调协处理器与密钥管理系统 (KMS) 的交互。
• 密钥管理系统 (KMS): 一个基于阈值多方计算 (MPC) 的网络，负责生成和轮换全局 FHE 密钥。为了极致的安全性，KMS 节点默认运行在 可信执行环境 (TEE)（如 AWS Nitro Enclaves）中，处理安全且可验证的解密请求。
• 中继器与 SDK (Relayer & SDK): 从 v0.9 开始，去除了中心化的预言机解密服务，转向 自中继模型 (Self-relaying Model)。用户或 dApp 前端利用 relayer-sdk 在链下执行解密并获取证明，然后将结果回传至链上进行验证。这降低了对中心化基础设施的依赖，提升了系统的去中心化程度。

符号执行与协处理器模型

fhEVM 协议采用了 协处理器模型 (Coprocessor Model)，这是专为以太坊和 Layer 2 网络设计的架构，旨在解决 FHE 计算密集型的问题：

• 符号执行 (Symbolic Execution): 主链上的 EVM 处理常规业务逻辑，但推迟实际的 FHE 操作。它不直接执行繁重的加密计算，而是发出包含加密句柄（Handles）的事件。
• 链下计算 (Off-Chain Computation): 专用的协处理器节点监听这些事件，在链下环境执行具体的 FHE 操作（如 FHE.add），并通过网关合约将加密结果提交回链上。由于 FHE 的确定性，任何人都可以重放计算以验证结果的正确性（公开可验证性）。
• 输入验证 (Input Verification): 为了防止恶意用户提交无效密文，协议利用 零知识证明 (ZKPs) 来证明输入密文的格式正确性及知情权（PoK），而无需泄露明文内容。
• 硬件与密钥安全: 密钥管理系统 (KMS) 节点默认运行在 AWS Nitro Enclaves (TEE) 中。这种“深度防御”策略结合了 MPC 的去中心化信任与 TEE 的硬件级隔离，确保即使是节点运营商也无法访问其内存中的密钥分片，从而消除了内部人员窃取密钥的风险。

密钥管理机制

网络私钥通过 阈值 MPC（多方计算） 分割给多个验证者——没有任何单一实体持有完整的密钥。解密操作需要绝大多数节点（例如 2/3 的权重）达成共识才能进行，这确保了没有任何单一参与方可以单方面解密用户数据。为了增强安全性，各节点在 TEE 环境内执行 MPC 逻辑，防止密钥分片泄露。对于私有（仅限用户）数据的解密，系统会在用户特定的密钥下重新加密结果，只有用户本人可以解密查看。

加密类型与操作

fhEVM 支持多种加密数据类型，包括 ebool, euint8, euint16, euint32, euint64, euint128, euint160, 和 euint256。开发者可以对这些密文执行以下操作：

• 算术运算: 加、减、乘、除（实验性支持）。
• 位运算: AND, OR, XOR 等位操作。
• 比较运算: 等于, 大于, 小于等比较逻辑。
• 转账: 使用 FHE.transfer 在加密状态下转移代币余额。

开发者只需使用标准 Solidity 编写合约，并导入预编译的 fhEVM 库（FHE），即可利用这些强大的隐私功能，而无需深厚的密码学专业知识。

机密代币与互操作性

为了将隐私带入现有的 DeFi 生态，Zama 引入了 ERC-7984 机密代币标准。这一层抽象允许标准 ERC-20 代币无缝转换为隐私保护的对应物。

注册表合约 (Registry Contract)

这是一个链上目录，负责维护标准 ERC-20 代币与其对应的机密封装代币（Confidential Wrapper）之间的映射关系。它充当了生态系统中的信任锚，确保用户和协议能够验证并发现合法的隐私代币合约，每个 ERC-20 代币只能对应一个注册的机密封装器。

机密封装器 (Confidential Wrapper)

封装器合约实现了将公开资产转换为机密资产的核心逻辑：

• 封装 (Wrap/Deposit): 用户锁定 ERC-20 代币，合约铸造等量的机密代币（加密余额）。
• 解封 (Unwrap/Withdraw):这是一个异步的两步过程。首先，用户销毁机密代币并提交解密请求；随后，待解密验证通过后，合约将底层的 ERC-20 代币释放给用户。这种机制确保了在转换回公开状态时的安全性。
• 隐私转账 (Private Transfer): 利用 ERC-7984 标准，用户可以在加密状态下进行代币转账。余额和交易金额对外界完全不可见，从而实现了真正的 机密 DeFi（如暗池交易、隐私借贷），同时保持了与现有以太坊生态的互操作性。

开发者体验与生态系统

Zama 的主要竞争优势在于其卓越的开发者体验。与需要复杂电路生成和异步证明的零知识（ZK）应用不同，fhEVM 允许开发者使用标准工具编写同步代码，极大降低了开发门槛。

• 工具链兼容性: 提供 Hardhat 插件 和 Foundry 支持（包含 HCU 限制模拟），完全兼容 MetaMask。开发者可以使用熟悉的标准 Solidity 工具链进行开发，只需导入环境配置合约并设置中继器即可。
• 丰富的加密原语: 引入了 ebool、eaddress 和 euintX 系列加密数据类型。支持算术、位运算、比较以及 FHE.select 和 FHE.randEuintX 等高级功能，所有操作均通过符号执行（Symbolic Execution）完成。
• 内置访问控制: 通过 FHE.allow 和 FHE.isSenderAllowed 等函数实现基于区块链的访问控制列表（ACL），确保只有授权实体才能操作或解密密文。
• 同态复杂度单位 (HCU): 引入了 HCU (Homomorphic Complexity Unit) 作为 FHE 操作的计量系统。由于 FHE 计算极其耗时，HCU 用于限制单笔交易中同态操作的深度和全局复杂度，防止资源耗尽。这为开发者提供了衡量代码效率的指标，并指导合约逻辑的优化。
• 直观的心智模型: 编写机密智能合约的代码看起来与标准 Solidity 几乎一致：

function add(euint32 a, euint32 b) public view returns (euint32) {
    return FHE.add(a, b); // 直接在加密数据上进行计算
}

需要注意的是，相比明文类型，FHE 操作的 Gas 成本要高得多。例如，一个 euint256 的计算通常消耗约 32000 Gas。

在生态系统方面，fhEVM 正展现出强劲的活力：

• 活跃的代码库: GitHub 上 zama-ai/fhevm 等仓库拥有数千颗星和分叉，包含 Solidity 库、EVM 链的 Go 集成、Hardhat 模板和协处理器后端，维护十分活跃。
• 社区参与: 开发者社区正在积极构建和测试各类机密应用，包括机密 DeFi、隐私投票、链上游戏和身份系统。社交媒体上的讨论凸显了其流畅的开发体验和低延迟特性。
• 演示用例: 已经出现了多个引人注目的真实世界演示，如机密借贷协议、私密代币交换、盲拍系统、链上游戏策略以及加密治理投票。
• 战略合作伙伴: Zama 与 OpenZeppelin 合作推出了 机密代币标准 (Confidential Token Standard)，这是一个保护隐私的 ERC-20 等价物，经过审计可用于机构级安全场景（如暗池）。此外，与 Google Cloud 的合作利用专用硬件进一步加速了 FHE 的运算效率。

项目时间表与里程碑

协议经历了快速迭代，从 v0.7（2025 年 7 月）到 v0.10（2025 年 10 月）的关键更新包括：

• 移除预言机解密 (Oracle Removal) —— 自 v0.9 起，废弃了 FHE.requestDecryption() 和中心化的预言机解密服务，改用用户驱动的自中继模型，显著提升了协议的去中心化特性。
• 网关支付合约 (Gateway Payment Contract) —— 在网关内引入了专用的支付合约，用于管理协处理器和 KMS 操作（如输入和解密）的费用，提供了更透明和结构化的费用管理。
• 智能合约委托 (Delegation via Smart Contracts) —— 用户可以将解密权限委托给其他地址，并精确控制访问范围和持续时间。包括对 EIP-712 签名和 userDecrypt 操作的显式授权，以及针对特定合约地址的上下文感知访问控制。
• 库重命名 —— Solidity 库从 TFHE 更名为 FHE，以标准化生态系统中的开发者体验。
• 输入重随机化 —— 为了防止通过密文元数据追踪用户，所有交易输入现在在执行前都会自动重随机化。
• Gas 优化 —— 大幅降低 FHE 操作的 Gas 成本，使机密合约在公共测试网上具有经济可行性。

以下是详细的项目时间表：

未来展望

fhEVM 将 Zama 定位为区块链的领先“机密层”，在不牺牲可组合性的前提下实现保护隐私的 DeFi、AI 和身份管理。2025 年底/2026 年初的主网和代币发布是主要的催化剂。

总而言之，fhEVM 在测试网上已准备好投入生产，并正朝着变革性的主网部署快速迈进，这可能会重新定义区块链隐私。