Eksiksiz Bilgi

James Austgen, Kushal Babel, Vitalik Buterin, Phil Daian, Ari Juels ve Mahimna Kelkar

'Bu hayatta Gerçeklerden başka bir şey istemiyoruz efendim; Gerçeklerden başka bir şey değil!'

- Charles Dickens, Zor Zamanlar

Bugün yayınladığımız bir makalede, tam bilginin kanıtları (CK) adını verdiğimiz yeni bir kriptografik kavram sunuyoruz . Ayrıca CK'yi akıllı telefonlarla kullanım için pratik hale getirmenin bir yolunu sunan bir prototip hakkında da bilgi veriyoruz.

Adlarından da anlaşılacağı gibi, bilgi kanıtları, bir tarafın, örneğin Alice'in, başka bir tarafı, örneğin Bob'u, özel bir SK anahtarı gibi belirli bir sırrı bildiğine ikna etmesini sağlar . Dijital imzalar buna bir örnektir. Alice tarafından oluşturulan ve A adresinden para harcayan bir kripto para birimi işlemi T düşünün . Geçerli olması için, T'nin A için geçerli özel anahtar SK ile dijital olarak imzalanmış olması gerekir . Buradaki dijital imza, Alice'in T'nin yaratıcısı olarak SK anahtarını bildiğini kanıtlıyor . İşlemi geçerli kılan, SK bilgisinin bu kanıtıdır : Bir kripto para birimi sisteminde, A adresinin sahibitanım gereği SK'yi bilen kişidir .

Bilgi kanıtları, kriptografik sistem tasarımının temel dayanak noktasıdır. Bununla birlikte, mevcut bilgi kanıtı sistemlerinin ciddi bir sınırlaması olduğu ortaya çıktı: Alice, SK'yi bildiğine dair ikna edici bir kanıt oluşturabilir , ancak yine de onu tam olarak bilmiyor olabilir .

İşte bir benzetme. Diyelim ki Mallory, Jeopardy'de bir yarışmacı olarak görünmek istiyor . Programın sunucusu (Mayim Bialik) ile röportaj yapıyor. Mallory, okulda hiç öğrenmediği ABD eyalet başkentleri hakkında röportaj sırasında sorular alacağını biliyor. (Coğrafya dersleri sırasında NFT'leri çevirmekle meşguldü.) Bu yüzden kopya çekmeye karar verir. Mallory'nin arkadaşı Alice, ABD'nin doğu yarısındaki tüm eyalet başkentlerini bilirken, arkadaşı Bob batıdakileri biliyor. Bu nedenle Mallory, her bir kulağa bir kablosuz iletişim cihazı gizler. Sol kulağındaki, Alice ile iletişim kurar. Sağ kulağındaki, Bob ile iletişim kurar. Mallory'nin aldatmacası sayesinde, röportajı sırasında kendisine çeşitli ABD eyaletlerinin başkentleri sorulduğunda, her zaman doğru yanıt verir.

Ama Mallory tüm ABD eyalet başkentlerini biliyor mu? Açıkçası hayır. Alice mi yoksa Bob mu ? Cevap hala hayır. Belki de Alice ve Bob'un birlikte tüm ABD eyalet başkentlerini bildiklerini söyleyebiliriz . Ancak Alice'in garip bir şekilde batıl inançları olduğunu ve cuma günleri eyalet başkenti sorularını yanıtlamayı reddettiğini varsayalım. Yine de Alice ve Bob'un birlikte tüm ABD eyalet başkentleri hakkında bilgi sahibi olduğunu söyleyebilir miyiz? Evet ve hayır. Bilgi, Alice ve Bob'un kafasında var ama onu istendiği gibi çıkarmak her zaman mümkün değil . Mallory, Jeopardy röportajını Cuma günü yaparsa , başı belada demektir.

Eksiksiz bilgi, bilgiye sahip olmanın ne anlama geldiği konusunda bu türden bir boşluğu giderir. Analojimizde, Alice'in bir Cuma günü soruları yanıtlamayı reddetmesi, sorumluluk olarak adlandırdığımız bilgiye erişimde bir kısıtlamadır. Kriptografideki mevcut bilgi kanıtlarının nerede yetersiz kaldığını açıklamak için, özellikle gizli anahtarların sorumluluğuna ilişkin potansiyel olarak sorunlu bazı örneklerle başlamak yararlı olacaktır.

Yükümlülük Sorunu

Sırları barındırabilecek iki farklı teknoloji vardır: güvenilir yürütme ortamları (TEE'ler) ve güvenli çok taraflı hesaplama (MPC).

TEE'ler, kara kutulara benzeyen hesaplamalı ortamlardır: İç durumları opaktır ve kurcalamaya karşı dayanıklıdır. Donanım veya yazılım kullanarak, yürütme uygulamalarının hem bütünlüğünü hem de gizliliğini zorlarlar ve kodun üzerinde çalıştığı makinenin sahibi tarafından bile kurcalamaya ve gözlemlenmeye karşı koruma sağlarlar. TEE'lere örnek olarak, mobil cihazlardaki yerleşim bölgeleri (örn. ARM Trustzone) ve bazı bulut sunucularında bulunan Intel Software Guard eXtensions (SGX) verilebilir.

Öte yandan MPC, hemen hemen aynı güvenlik hedeflerine ulaşmak için algoritmik bir yaklaşımdır. Sırları ve hesaplamayı genellikle komite adı verilen bir sunucu koleksiyonu arasında böler. MPC'nin güvenliği, komitedeki sunucuların (örneğin, çoğunluğun) doğru şekilde davranmasına bağlıdır.

TEE'ler günümüzde MPC'den çok daha pratik ve yaygın olduğundan, blok zinciri oylama sistemlerine TEE tabanlı bir saldırı ile başlayarak aşağıdaki örneklerde TEE'lere odaklanacağız. İşte oylama planlarına yapılan bir saldırıyı içeren bir örnek.

Bu örnekteki güçlü, gizli rüşvet sorunu, yalnızca safça tasarlanmış blok zinciri oylama planlarını değil, aynı zamanda Minimal Anti-Gizliliği Önleme Altyapısı (MACI) gibi rüşvete direnmek için özel olarak tasarlanmış olanları bile etkiler .

Daha da kötüsü, bir TEE, daha önce Dark DAO olarak adlandırdığımız bir konsept olan bir protokole karşı birleşik bir saldırı düzenleyen bir kullanıcı topluluğunu gizlice teşvik edebilir ve büyütebilir . Bu tür saldırılar, yalnızca oyları tahrif etmeyi değil, varlık fiyatlarını manipüle etmeyi ve muhtemelen zincir dışı sistemlere saldırmayı içerebilir .

Özellikle tehlikeli olan şey, Alice'in yüklü bir SK anahtarı kullanarak imzalanmış bir işlemi akıllı bir sözleşmeye göndermesi durumunda , sözleşmenin bunu söylemesinin hiçbir yolu olmamasıdır. Alice'in işlemi, numaralandırılmamış bir anahtarla oluşturulan işlemle aynı görünecektir. Bu nedenle, örneğimizde gösterilen türden rüşvet saldırılarını önlemenin imkansız olduğu görülüyor.

Ama gerçekten öyle mi?

Eksiksiz Bilginin Sağlanması

Bir anahtar SK'nin ipoteksiz olmasını sağlamanın bir yolu olduğu ortaya çıktı - özellikle birisinin SK'ye doğrudan erişimi olması . Gayri resmi olarak, Tam Bilgi ile kastettiğimiz budur. CK'nin etkisi, örneğimizdeki gibi rüşvet planlarının işe yaramayacağıdır, çünkü Mallory gibi kötü niyetli bir kullanıcının bir kullanıcının anahtarını istediği gibi kullanmasını engellemesinin bir yolu yoktur.

CK'yi zorlamak için iki temel yaklaşım vardır. Her ikisi de , tam bilginin kanıtları (PoCK) dediğimiz şeyin ve özellikle sıfır bilgi olanların , yani SK'yi ifşa etmeyenlerin oluşturulmasını sağlar:

1. Ateşle ateşle mücadele yaklaşımı

Çoğu kullanıcının cep telefonlarında TEE'leri vardır. Makalemizde oylama veya başka herhangi bir uygulama için bunları bir CK planında nasıl kullanabileceklerini gösteriyoruz.

Bununla birlikte, makalemizde tartıştığımız gibi, özellikle cep telefonlarında olmak üzere TEE'lerde bazı teknik sınırlamalar vardır. Bu yüzden ikinci bir yaklaşımı da düşünüyoruz.

2. İş kanıtı tabanlı bir yaklaşım

Bu yaklaşım biraz mantık dışıdır. Bir madencilik ASIC'i, yani Bitcoin için kullanılan türde bir çalışma kanıtı madenciliği donanımı teçhizatı kullanmayı içerir. ASIC'lerin CK amaçları için iki güzel özelliği vardır. Sıradan CPU'lardan veya GPU'lardan çok daha hızlı - en son teknolojiye sahip bir CPU'dan bir milyon kat daha hızlı olan hashing gibi belirli hesaplamaları gerçekleştirebilirler ! TEE'leri içermezler.²

Bilgi kanıtları teorisi üzerine literatürdeki teknikleri kullanarak ve değiştirerek , madencilik için bir ASIC'nin SK'yi içerecek şekilde ( yine de onu akıllıca gizleyen) kullanımını içeren bir protokol tasarladık. Bu protokol, SK'nin ASIC'e, yani bir PoCK'ye gönderildiğine dair bir kanıt oluşturur. ASIC'in bir TEE'si olmadığından, bu, SK'nin ASIC kullanıcısına etkili bir şekilde maruz kaldığı anlamına gelir. Bu özellik, esasen RBU'nun özel TEE uygulaması tarafından yapılan şeye eşdeğerdir: SK'yi doğrudan kullanıcıya tükürmek. ASIC, TEE'leri destekleyen platformlardan çok daha hızlı olduğundan, bir TEE kullanarak eşdeğer bir PoCK oluşturmanın yolu yoktur.

Makalemiz deneysel olarak, ucuz (kabaca 200 $), modası geçmiş (2017 dolaylarında) bir ASIC kullanmanın bile yüksek güvenlikli bir PoCK uygulamanın mümkün olduğunu gösteriyor.

Rüşvet Direncinin Ötesinde CK Uygulamaları

Başlangıçta CK'yı oylama düzenlerindeki rüşvet tehdidini ele almak için tasarlamış olsak da, başka birçok uygulama var. CK, merkezi olmayan kimlik bilgilerinin, örneğin bir kullanıcının kara para aklama önleme titizliğinden geçtiğinin tasdik edilmesi gibi yükümlülüklerin önlenmesine yardımcı olabilir. Bu, kullanıcıların kimlik bilgilerini, örneğin, yaptırımları atlatmak için bir kimlik-kimlik bilgisi piyasası gibi, kiralayabilmeleri halinde olası birçok türde yaramazlığı önlemek için gereklidir.

CK, NFT pazaryerlerinde de ilgi çekici uygulamalara sahiptir. Örneğin, sanatçılar için telif ödemelerinin uygulanmasını sağlamaya yardımcı olabilir. Bugün, telif ücretleri yalnızca zincir dışı, yani gönüllü olarak NFT pazaryerleri tarafından uygulanmaktadır. Bunun yerine prensip olarak akıllı bir sözleşmede zincir üzerinde uygulanabilirler , bu durumda yaptırım zorunlu olacaktır. Zorunlu telif ödemelerinin iyi bir uygulama olarak görülmemesinin bir nedeni, NFT'leri kendi adresleri arasında transfer eden kullanıcıların telif ücreti ödemek zorunda kalmasının adil olmamasıdır. Sorun şu ki , tek bir kullanıcıya ait gönderici adresi S ve alıcı adresi R ile S ve R adresleri arasında ayrım yapmanın bir yolu yoktur.farklı kullanıcılara aittir. Bu nedenle, tek kullanıcılı aktarım ile bir NFT'nin sahiplik değişikliği arasında ayrım yapmanın bir yolu yoktur.

Ancak CK ile ayırt etmek mümkündür . Bir NFT pazar sözleşmesi, telifsiz transferler için bir PoCK'nin aynı anda R ve S'ye uygulanmasını gerektirebilir , bu da tek bir varlığın her ikisini de bildiğini kanıtlar . Bu özellik, tek mülkiyete oldukça iyi bir yaklaşımdır. En azından CK tabanlı bu yaklaşımın, telif hakkı kaçakçılığını güçlü bir şekilde caydırabileceğine inanıyoruz.³

CK'nin NFT'lere bir başka ilginç uygulaması da Atomik NFT'ler dediğimiz bir kavramdır . Pahalı NFT'leri parçalara ayırmak , yani mülkiyetlerini küçük parçalara ayırmak, örneğin Doge NFT'de olduğu gibi yaygın bir uygulamadır .

Bununla birlikte, konuştuğumuz bazı sanatçılar eserlerinin tek bir kişi tarafından sahiplenilmesini ve takdir edilmesini tercih ediyor. Atomik NFT'ler, bu arzuya saygı duyan ve tek mülkiyeti garanti eden NFT'ler yaratmanın bir yolunu sunar. Bu yetenekleri göstermek için, burada gösterilen kendi küçük Atomik NFT koleksiyonumuzu oluşturduk.

Çözüm

Bilgi kanıtları, kriptografide iyi çalışılmış, onlarca yıllık bir kavramdır. Ancak TEE'ler ve MPC gibi güçlü yeni(ish) teknolojiler, sırların yükümlülüğü yoluyla klasik bilgi kanıtı manzarasını alt üst etmekle tehdit ediyor . CK, bu tür bir sorumluluğu önlemenin ve tek bir varlığa veya bireye atfedilebilen sezgisel bilgi fikrini geri getirmenin bir yolunu sunar. Oylama planlarında rüşvet gibi yetkiye dayalı saldırılara bir çare sunmanın yanı sıra, bir dizi yeni uygulama da sunar.

CK'nin pratik olabileceğine inanıyoruz. PoCK kanıtlarını doğrulayan bir akıllı sözleşme ile uçtan uca ASIC tabanlı bir sistem uyguladık . Prototip sistemimiz, CK uyumlu olduğu kanıtlanmış adreslerin akıllı sözleşmeye dayalı kaydını içerir. Ayrıca cep telefonu tabanlı TEE'ler kullanan bir prototip sistem uyguladık. Prototiplerimiz henüz kullanıma hazır değil, ancak pratik, üretim dağıtımına giden bir yol olduğuna inanıyoruz. Araçlarımızın açık kaynaklı sürümünü burada bulabilirsiniz . Bunu gerçekleştirmekle ilgilenen projelerden gelen işbirliğini memnuniyetle karşılıyoruz.

¹ Neyse ki, TEE'ler iç içe yerleştirilemez, bu nedenle Mallory'nin RBU'nun TEE uygulamasını sarmasının ve böylece yine de kullanıcıların anahtarlarına yük bindirmesinin akıllıca bir yolu yoktur.

² ASIC'lerin çoğunda yerleşik güvenlik çok azdır. ASIC'imiz deneylerimiz sırasında uzak bir bilgisayar korsanı tarafından birkaç kez ele geçirildiğinde keşfettiğimiz gibi, şifreli ağı bile desteklemiyorlar.

³ Burada bir uyarı var. Makalemizde tartıştığımız gibi, sosyal kurtarma mekanizmaları yaygınlaşırsa, eş zamanlı anahtar bilgisinin CK kanıtları artık işe yaramaz.