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科普 | ETH 2.0如何珍惜验证者密钥? | BTC

时间:2020-08-07 21:11来源:未知 作者:admin 点击: 144 次
上一篇文章商议了如何珍惜 ETH 2.0 的取款密钥 (withdrawal key) ,并总的介绍了 ETH 2.0 验证者所操纵的几个密钥对 。在浏览本文之前,提出先浏览一下这篇文章。同样地,吾们预设读者

上一篇文章商议了如何珍惜 ETH 2.0 的取款密钥 (withdrawal key) ,并总的介绍了 ETH 2.0 验证者所操纵的几个密钥对 。在浏览本文之前,提出先浏览一下这篇文章。同样地,吾们预设读者对验证者有最基本的晓畅,包括但不限于 “验证者是什么”,“他们为什么必要密钥”,以及 “他们清淡必要什么操作” 等概念。

  什么是验证者密钥?  

在 ETH 2.0 中,验证者密钥被用来确定有关新闻是哪位验证者发出的 。验证者要发送这些新闻才能获得奖励(并避免遭受责罚)。

验证者密钥的风险很难衡量:验证者密钥本身无法用来访问资产。所以,即使抨击者获得了你的验证者密钥,也无法直接盗取资产。但是,他们能够经历欺诈勒索 1 等手段间接赚钱,更有甚者,比首本身赚钱,他们更想让你蒙受亏损 2 。所以,吾们清淡认为验证者密钥的坦然需求很高。

 

-图 1 :验证者的坦然需求-但是,不像取款密钥那样 (你能够离线保存首来),验证者密钥要能够随取随用 ,由于验证者在每个 epoch (大约 6.5 分钟)都要签定众个新闻。所以,验证者密钥的访问需求也很高。

 

-图 2 :验证者密钥的访问需求-所以,吾们发现本身陷入了两难逆境:从传统上来说,同时已足坦然性和可访问性需求是很难实现的,由于挑高坦然性往往会降矮可访问性,反之亦然。

 

-图 3 :验证者密钥的双重需求-为已足对坦然性和可访问性的双重需求,吾们必要采取更高级的措施,在不作壮大息争的前挑 下,较高程度地已足这两方面的需求。这能够通太甚层来实现。本文的如今标是探究每一层所挑供的功能,并晓畅哪些功能适用于或不适用于验证者竖立。

Eth2 中的密钥对都有一把公钥和一把私钥。出于本文的写作如今标,全篇所用的 “key(密钥)” 一词指代的都是清淡叫做私钥的那把;倘若指代的是公钥,会有清晰的表明。

(译者注:validator key 和 withdrawel key 都是密钥对,都分公钥和私钥。公钥是用来在 Eth1 链上注册的,可公开;私钥则是验证者本身实际操纵的,不走公开,公开则本身的资产和验证者都十足被他人掌控了。)

  如今标和分层  

最先,吾们必要定义抨击者和用户的如今标。在晓畅为什么要珍惜验证者密钥之后,吾们就能够思考每个功能能够在众大程度上实现这一如今标。最先, 抨击者的如今标能够被定义成:

抨击者的如今标是,签定某一条新闻时能签出与如今标验证者公钥相对答的签名(即能捏造验证者对某一条新闻的签名)。

自然了,倘若这是唯一的如今标,那么直接毁失踪验证者密钥就能不准抨击者了。但是,这对用户来说一点协助也异国。所以,吾们必要考虑的第二个如今标,也就是用户的如今标,能够被定义成:

用户的如今标是只签定理想新闻,不签定不良新闻。

就本文的如今标而言,理想新闻指的是能够获得奖励的新闻,不良新闻指的是会触发 罚没事件 3 的新闻。

请仔细,抨击者要想实现其如今标,只必要签定肆意一条新闻即可,而用户的如今标是不息性的。这栽偏差称性是坦然体系的一大特征,即,抨击者只需赢一次就够了,而用户必要每次都赢。

为此,吾们必要一个由分歧分层或者说自力功能构成的体系,挑供添强型坦然性或添强型可访问性,而且能够将二者结吻合首来,共同达到较高程度。一个卓异的坦然模型必要具备众个分层,每个分层都会(单独或与其它分层结吻合首来)挑供某栽保障或其它分层的备份,并且有有余众的分层挑供可访问性,从而确保用户的如今标能够实现。请仔细,本文聚焦于技术珍惜:其它层面(例如,操作层面和社会层面)上的坦然性都不属于本文的商议周围内, 固然它们在任何坦然模型中都是至关主要的片面,答该采取响答解决方案。

  分层  

为了探讨验证者密钥的珍惜手段,吾们先来做个浅易的演示:

 

-图 4 :验证者密钥-与 ETH 2.0 的一切密钥相通,验证者密钥也是一串数字 4 。倘若验证者在不采取任何珍惜措施的情况下存储了验证者密钥,抨击者很容易就能获得该密钥并实现其如今标。以下几类人能够获得验证者密钥: 任何有权访问运走验证者客户端的计算机账号的人 任何被授权访问运走验证者客户端的计算机的人 任何能够物理访问运走验证者客户端的计算机的人 任何有权访问运走验证者客户端的计算机的数据的人(例如,备份数据) 如许一来,用户就无法实现其如今标(即,不签定不良新闻)。所以,吾们最先要经历添密的手段来珍惜验证者密钥:

 

-图 5 :添密验证者密钥-吾们能够经历众栽手段添密验证者密钥,例如, EIP-2335 标准 5 。一旦验证者密钥被添密,除非抨击者掌握添密口令(passphrase) ,否则无法解密出密钥 6 。如许就能够很好地珍惜验证者密钥(不论是将它存储在验证者客户端照样数据备份内)。

乍望之下,抨击者好似无法经历任何手段来实现其如今标。然而,用户也异国手段实现其如今标,由于他们再也无法签定理想新闻:不论是对于用户照样抨击者来说,经过添密的密钥都是没用的,由于用户必需先将该密钥解密,然后才能用它来签定新闻。如许一来,验证者进程就必定要包含访问解密口令这一步骤。即然验证者进程能够访问解密口令 ,那么抨击者也能够访问该口令 ,尤其是在解密口令被存储在验证者客户端的情况下,由于验证者客户端有能够遭到抨击。

所以,这栽转折本身不算上策。不过,倘若吾们将它与第二层结吻合首来,就能挑供更有力的珍惜:

 

-图 6 :长途口令-倘若解密口令是长途存储的,添密验证者密钥会带来更蓬勃的珍惜 7 。由于口令不再存储于验证者客户端内,抨击者无法从磁盘数据中获得未添密的私钥。抨击者只能发动更添复杂的抨击,例如,从内存中获取解密后的密钥,或模仿验证者客户端进程来获得解密密钥。

固然抨击难度更大了,但是复杂抨击照样有能够获得验证者密钥。此外,用户照样能够在不经意间签定不良新闻。所以,吾们能够经历增补一个长途签名器层来为用户挑高坦然性和可访问性。

 

-图 7 :长途签名器-长途签名器别离了验证者客户端的中央功能:确定要放到新闻中的数据、签定新闻并将该新闻发送至 ETH 2.0 网络。第一个和第三个功能仍保留在验证者客户端手中,第二个功能由长途签名器来实现。长途签名器还引入了 罚没珍惜机制 ,能够确定哪些是理想新闻,哪些是不良新闻,并予以签定或拒绝。

如何不准抨击者将抨击如今标从验证者客户端迁移到长途签名器呢?最先,签名器能够具备比验证者客户端更高的坦然性。验证者客户端必要实走很众义务,包括与 ETH 2.0 网络的其它构成片面(如信标节点)通信。这些通信能够为抨击者挑供新闻和抨击界面 。由于签名器只与验证者客户端通信,它们的运动集受到很众节制,这就为两边的服务器带来了更高的坦然性。

其次,长途签名器为用户带来了其它益处。如今,联合个长途签名器能够与众个验证者客户端通信,使得吾们能够创建具备高可用性的验证者客户端基础设施。长途签名器确保验证者客户端不会签定任何不良新闻。

然而,原形上,长途签名器存在单点故障题目:倘若长途签名器遭到抨击,或展现故障,用户就连理想新闻也签名不了 。有异国一栽手段能够让长途签名器更能招架抨击,同时又不会失踪上述任一益处?

 

-图 8 :门限签名-吾们还能够在上述层次的基础上再构建一层门限签名,进一步添强坦然性和可访问性。验证者密钥必要用 Shamir 密钥分割流程来处理 ,即,操纵验证者私钥生成众个密钥,然后将它们发送给长途签名器 。

 

-图 9 : Shamir 密钥分割-如今,每个长途签名器都持有由验证者私钥生成的密钥了, 而且只需几个长途签名器就能够创建有效签名, 也就是所谓的 门限签名 (threshold signature) 。倘若有 3 个长途签名器 ,其中 2 个长途签名器挑供幼我签名来生成一个聚吻合签名,如下图所示:

 

-图 10 :生成聚吻合签名-门限签名的外达式清淡写成 m/n ,也就是说,倘若统统有 n 个签名,必要肆意 m 个签名来生成一个有效签名。倘若门限值是 2/3,那么操纵肆意两个签名即可生成一个有效签名。

引入门限签名之后,即使有一个服务器 8 出故障,用户也能签定理想新闻,而且也不会增补用户偶然间签定不良新闻的概率。鉴于硬件、柔件和操作战败的能够性不走清除 ,门限签名实在是一个具有抗反性的验证基础设施答有的功能。

固然门限签名机制会带来额外的坦然性,但是它有两大弱点。第一,分发密钥并不及预防长期抨击:倘若门限值是 2/3 ,倘若有一个签名器叛变,整个机制就会留下悠久的漏洞,只要再有一个签名器叛变,抨击者就能够达成如今标。第二,抨击者有能够在密钥分发过程最先前抢先获得该密钥,从而导致整个机制丧失意义。分布式密钥生成能够一举解决这两个题目:

 

-图 11 :分布式密钥生成-分布式密钥生成是一个比较复杂的话题 。仔细的运作手段不在本文的商议周围内。但是,吾们会挑供一个简短的功能表明,来阐述它是如何克服浅易门限签名的局限性的。

在分布式密钥生成最先前,用户先要决定门限值,例如 2/3 。他们能够选择 3 个长途签名器 ,并启动生成过程。这 3 个长途签名器会经历密钥管理器 9 生成本身的密钥,不与用户或其他任何一个签名器共享, 以及一些公共新闻。异日自 3 个签名器的公共新闻结吻合首来就能创建出一个吻合成公钥。

 

-图 12 :创建吻合成公钥-只需 3 个签名器中的肆意 2 个即可生成签名,相通浅易的门限签名。

 

-图 13 :一组签名器签定新闻-倘若有一个签名器不走用,例如,下线维护或遭到抨击,还能够经历另外两个签名器生成签名。

 

-图 14 :另一组签名器签定新闻-能够望出,分布式密钥生成与浅易的门限签名具备相通的上风,能够避免最最先必要分发密钥的风险。 但是,一个签名器被占有就会留下悠久漏洞的题目照样存在。那分布式密钥生成还有其它招数吗?

有的,就是 “密钥更新” 。密钥更新就是毁失踪现有密钥,由每个签名器重复活成新的密钥。复活成的密钥保留原有密钥的特性,即,肆意两个密钥能够结吻合首来生成一个有效签名。新的密钥与原有密钥不具有有关性,所以无法经历原有密钥计算出新的密钥。

 

-图 15 :密钥更新-倘若有一个签名器遭到抨击, 其它签名器能够触发密钥更新。新旧密钥无法结吻合首来生成一个有效签名。如许一来,被抨击者盗走的密钥就会变得毫无用处。

 

-图 16 :抨击战败-密钥更新能够众次实走,以防众个签名器遭到抨击。

  其它必要考虑的要点  

坦然性是一个也许念。上文阐述了分歧坦然层的功能和益处,并异国挑出任何完善甚至最好解决方案。就珍惜验证者密钥而言,吾们还需考虑很众要点,例如: 硬件钱包 声援 BLS12-381 的硬件钱包展望很快就会上线。硬件钱包能够替代基层所操纵的浅易磁盘存储体系。但是如许一来,吾们能够无法引入分布式密钥生成之类的高级技术。 成本收好 凡是涉及坦然性的方案都有能够为了挑高一点坦然性而消耗大量资金。每个用户都必要决定本身想要提防的抨击,及其情愿为此支付的代价。 长途存储验证者密钥 上文已经商议过了长途口令存储。但是,长途存储验证者密钥是否还会带来其它上风(照样正相背) ?固然它不会添强坦然性,但是在展现硬件故障的情况下,它能够让验证者客户端更快恢复,这点对于用户来说专门有利。但是,长途存储也会带来额外的风险,由于吾们必需切确配置长途存储,确保只有那些获得允诺的人能够访问密钥。

  备份验证者密钥  

固然本文聚焦于如何珍惜验证者密钥不受抨击,但是实际上大无数验证者密钥丢失事件背后的因为都平平无奇 。最常见的就是存储密钥的硬件丢失。用户必要一个备份策略,而且他们必要晓畅的是,一旦抨击者获得了被备份的密钥,ta 就能对肆意新闻签出与验证者公钥相对答的签名 。吾们答该采取正当的措施来确保抨击者无法访问已备份的验证者密钥。在理想情况下,这些密钥最好十足脱机存储,而且外人无法接触其存储设备。 众个验证者密钥 倘若有众个验证者密钥,它们之间,或者与它们各自的取款密钥之间是否答该具备什么有关?例如,将众个验证者密钥备份成一个栽子,如许实在操纵首来比较方便,但是不会带来坦然收好。用户答该考虑是否想在肆意阶段单独控制验证者密钥,再进走响答的计划。

  结论  

本文挑供了众栽手段来珍惜验证者密钥,同时确保它们能够用来实走验证职责。

每个用户都答该考虑他们想要挑供的坦然级别,以及他们答该采取的措施。答当考虑的是,验证者密钥不控制资金,所以窃取验证者密钥的抨击者无法直接获得任何益处 10 。

本文单纯从技术层面上探究了如何珍惜验证者密钥。吾们还答该考虑运营和社会坦然需求。若想周详珍惜验证者密钥,就得考虑到一切这些方面。

或者,你能够操纵挑供这类功能的质押服务。在综吻合考虑技术、风险和资金管理的情况下,Attestant 正在构建硬件、柔件和操作服务,以挑供机构级的质押服务,让你能够随时控制本身的资金。 “交出赎金,否则就让你遭到罚没。” 经历 “金手指抨击( Goldfinger attack )” 或者将正当周围的抨击与 ETH 衍生品相结吻合,这能够会对抨击者的财富产生间接影响。 罚没事件指的是,倘若有验证者对 ETH 2.0 网络造成迫害,就会亏损很大一片面质押物。 其周围在 1 和 52,435,875,175,126,190,479,447,740,508,185,965,837,690,552,500,527,637,822,603,658,699,938,581,184,512 之间。 至文本截稿时, EIP-2335 标准仍处于首草阶段,不过已经有很众 ETH 2.0 密钥生成器在操纵该标准。 吾们倘若口令有余蓬勃,无法暴力破解。 这个例子很好地表现了,如何将两个层次结吻合首来挑供更高的坦然性。 其它门限签名的变体能够挑高冗余性。 吾们操纵密钥管理器一词来指代那些除签名之外还要实走更众操作的长途服务器。 还答该仔细的是,湮没抨击者并纷歧定晓畅这一原形。 (完)

原文链接: https://www.attestant.io/posts/protecting-validator-keys/ 作者: Jim McDonald 翻译&校对: 闵敏 & 阿剑

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