Безопасность протокола поиска и верификации в многомерном блокчейне
Ключевые слова:
протокол поиска и верификации, блокчейн, сайдчейн, многомерный блокчейн, GUC-фреймворк, устойчивый распределенный реестрАннотация
Проблема безопасного обмена информацией и проведения транзакций между устойчивыми распределенными реестрами является одной из наиболее актуальных в сфере проектирования и построения децентрализованных технологий. До настоящего времени были предложены подходы, ориентированные на ускорение проверки цепочки блоков для верификации транзакций в соседних блокчейнах. При этом проблема поиска ранее не затрагивалась. В работе рассмотрен вопрос безопасности обмена данными между самостоятельными устойчивыми распределенными реестрами в рамках многомерного блокчейна. Описаны принципы и основные этапы работы протокола, а также базовые требования, предъявляемые к нему. Предложены способы построения протокола обмена сообщениями для верификации внешних транзакций: централизованный подход, принцип подмножества и стойкий SVP. Доказана эквивалентность централизованного подхода идеальному функционалу поиска и верификации в GUC-моделях. Показана вероятность успешной верификации в случае использования подхода, основанного на подмножествах, при применении полного графа сети или эквивалентного подхода с полным графом между родительским и дочерним блокчейнами. Доказана небезопасность случая со связью 1 к 1 между родительским и дочерним реестром, а также небезопасность подхода, основанного на подмножестве узлов родительского и дочернего реестров. Предложен стойкий протокол поиска и верификации блоков и транзакций, основанный на свойствах стойкости устойчивых распределенных реестров. В значительной степени вероятность атаки определяется вероятностью атаки на процесс верификации, а не на процесс поиска. При необходимости защиты от атакующих, контролирующих до половины узлов в сети, предложен метод комбинации подходов для поиска и верификации блоков и транзакций.
Литература
2. Badertscher C., Maurer U., Tschudi D., Zikas V. Bitcoin as a Transaction Ledger: A Composable Treatment // Advances in Cryptology – CRYPTO 2017. 2017. pp. 324-356.
3. Vukolic M. Rethinking permissioned blockchains // Proceedings of the ACM Workshop on Blockchain, Cryptocurrencies and Contracts. 2017. pp. 3-7.
4. Cachin C., Guerraoui R., Rodrigues L. Introduction to Reliable and Secure Distributed Programming. // Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg. 2011. P. 279.
5. Pease M., Shostak R., Lamport L. Reaching agreement in the presence of faults // Journal of the ACM. 1980. vol. 27. pp. 228-234.
6. Шилов И.М., Заколдаев Д.А. Модель устойчивого распределенного реестра для анализа безопасности многомерного блокчейна // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. №2. С. 249-255.
7. Garay J., Kiayias A., Leonardos N. The Bitcoin Backbone Protocol: Analysis and Applications // Advances in Cryptology - EUROCRYPT 2015. 2015. vol. 9057. pp. 281-310.
8. Badertscher C., Gaži P., Kiayias A., Russell A., Zikas V. Ouroboros Genesis: Composable Proof-of-Stake Blockchains with Dynamic Availability // ACM Conference on Computer and Communications Security – ACM CCS 2018. 2018. pp. 913–930.
9. David B., Gaži P., Kiayias A., Russell A. Ouroboros Praos: An Adaptively-Secure, Semi-synchronous Proof-of-Stake Blockchain // Advances in Cryptology – EUROCRYPT 2018. 2018. vol. 10821. pp. 66-98.
10. Garay J., Kiayias A., Leonardos N. The Bitcoin Backbone Protocol with Chains of Variable Difficulty // Advances in Cryptology – CRYPTO 2017. 2017. vol. 10401. pp. 291-323.
11. Kiayias A., Lamprou N., Stouka AP. Proofs of Proofs of Work with Sublinear Complexity // Financial Cryptography and Data Security. 2016. vol. 9604. pp. 61-78.
12. Kiayias A., Miller A., Zindros D. Non-interactive Proofs of Proof-of-Work // Financial Cryptography and Data Security. 2020. vol. 12059. pp. 505-522.
13. Back A., Corallo M., Dashjr L., Friedenbach M., Maxwell G., Miller A., Poelstra A., Timon J., Wuille P. Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains. URL: https://blockstream.com/sidechains.pdf (дата обращения: 29.04.2021).
14. Gazi P., Kiayias A., Zindros D. Proof-of-Stake Sidechains // 2019 IEEEE Symposium on Security and Privacy (SP). 2019. vol. 1. pp. 677-694.
15. Sompolinsky Y., Zohar A. Accelerating Bitcoin's Transaction Processing Fast Money Grows on Trees, Not Chains // IACR Cryptology ePrint Archive. 2013.
16. Singh A., Click K., Parizi R.M., Zhang Q., Dehghantanha A., Choo K.K.R. Sidechain technologies in blockchain networks: An examination and state-of-the-art review // Journal of Network and Computer Applications. 2020. vol. 149.
17. Kiayias A., Russell A., David B., Oliynykov R. Ouroboros: A Provably Secure Proof-of-Stake Blockchain Protocol // Advances in Cryptology – CRYPTO 2017. 2017. vol. 10401. pp. 357-388.
18. Canetti R. Universally composable security: a new paradigm for cryptographic protocols // Proceedings 42nd IEEE Symposium on Foundations of Computer Science. 2001. pp. 136-145.
19. Canetti R. Universally composable signatures, certification, and authentication // Proceedings of 17th Computer Security Foundations Workshop (CSFW). 2014. pp. 219-235.
20. Canetti R., Dodis Y., Pass R., Walfish S. Universally Composable Security with Global Setup // Theory of Cryptography. 2007. vol. 4392. pp. 61-85.
21. Canetti R., Shahaf D., Vald M. Universally Composable Authentication and Key-Exchange with Global PKI // Public-Key Cryptography – PKC 2016. 2016. vol. 9615. pp. 265-296.
22. Bentov I., Gabizon A., Mizrahi A. Cryptocurrencies Without Proof of Work // Financial Cryptography and Data Security. 2016. vol. 9604. pp. 142-157.
23. David B., Dowsley R., Larangeira M. ROYALE: A Framework for Universally Composable Card Games with Financial Rewards and Penalties Enforcement // Financial Cryptography and Data Security. vol. 11598. pp. 282-300.
24. Duan S., Meling H., Peisert S., Zhang H. BChain: Byzantine Replication with Hight Throughput and Embedded Reconfiguration // Principles of Distributed Systems – OPODIS 2014. 2014. vol. 8878. pp. 91-106.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) Илья Михайлович Шилов, Данил Анатольевич Заколдаев
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).