¿Qué es el esquema de firma de umbral?
El esquema de firma de umbral (TSS) es un subcampo del cálculo de múltiples partes (MPC) generando firmas digitales de forma distribuida.
En las cadenas de bloques, TSS puede influir en el diseño de los sistemas de gestión de claves (como los de las billeteras criptográficas) al evitar un único punto de falla. Más específicamente, puede aumentar significativamente la seguridad de las cadenas de bloques y las aplicaciones al reemplazar las operaciones relacionadas con la clave privada con cálculos distribuidos basados en TSS.
TSS también puede ayudar a mejorar las cadenas de bloques. El marco TSS puede admitir aplicaciones descentralizadas, soluciones de escalado de capa 2, intercambios atómicos, mezcla y mucho más. Este cambio de infraestructura eventualmente permitiría reemplazar las costosas operaciones de contratos inteligentes en cadena por alternativas más baratas y confiables.
¿Qué es el esquema de firma Boneh-Lynn-Shacham?
Las firmas digitales hicieron posible la cadena de bloques. La firma Boneh-Lynn-Shacham (BLS) es un esquema de firma criptográfica demostrablemente seguro que permite a un usuario verificar que un firmante es auténtico.
Tiene varias características únicas en comparación con otros esquemas de firma, incluida la concisión, el determinismo y la propiedad más importante que lo hace insustituible para blockchain: la agregación de firmas. Esta propiedad hace que los protocolos de consenso PoS de blockchain de próxima generación (como ETH2.0) sean prácticos.
¿Por qué? El esquema de firma BLS integrado permite agregar las firmas de todos los validadores. Luego podemos verificar todas las atestaciones de cientos de validadores con una sola operación de verificación de firma. Por lo tanto, el esquema de firma BLS puede aumentar significativamente la escalabilidad de las cadenas de bloques, y ahorraremos mucho tiempo, espacio de bloques y gas cuando se trata del proceso de consenso.
Muchos algoritmos de firma clásicos se han modificado en esquemas de umbral, incluidos BLS, algoritmo de firma digital de curva elíptica (ECDSA), algoritmo de firma digital de curva de Edwards (EdDSA) y Rivest-Shamir-Adleman (RSA). Pero cuando se aplica a un sistema distribuido como blockchain, no todos los esquemas de firma de umbral son adecuados. Actualmente, ECDSA es el más popular porque tanto Bitcoin como Ethereum usan ECDSA para generar claves y firmar transacciones. Por lo tanto, la mayoría de las aplicaciones (como ZenGo y Fireblocks) necesitan que su primitivo criptográfico subyacente sea compatible con ECDSA.
Además del propio algoritmo ECDSA, la complejidad del manejo de claves privadas requiere alta seguridad y estabilidad. El TSS puede “fragmentar” una clave privada y almacenar los fragmentos por separado, aumentando significativamente el sistema en los dos aspectos mencionados anteriormente. Teniendo en cuenta esto, un esquema ECDSA de umbral parece perfecto para aplicaciones en cadena. Sin embargo, un esquema ECDSA de umbral tiene muchas deficiencias en comparación con un esquema BLS de umbral.
En primer lugar, el umbral ECDSA necesita varias rondas de comunicación síncrona, mientras que la comunicación en el umbral BLS es asíncrona. Múltiples rondas de comunicaciones influirán en la velocidad de generación de firmas de umbral. Además, un nodo fallido puede incluso provocar la cancelación del protocolo.
En segundo lugar, las firmas BLS son deterministas, a diferencia de ECDSA, que requiere un nuevo valor aleatorio para cada firma. Ser determinista evita que los firmantes sesguen los resultados mediante repetidos intentos de firma. El determinismo de la firma BLS garantiza la inmutabilidad de la firma de umbral resultante, independientemente de qué tipo de ataques (limitados computacionalmente) se lleven a cabo.
En tercer lugar, como se mencionó anteriormente, las firmas BLS tienen aproximadamente la mitad de la longitud de las firmas ECDSA y se pueden agregar. Esta propiedad habilitará potencialmente una cadena de bloques fragmentada y escalable.
Los sistemas TSS y las cadenas de bloques son una combinación perfecta. TSS se puede usar para proteger muchos aspectos de las cadenas de bloques, y las cadenas de bloques pueden orquestar la ejecución de sistemas TSS a gran escala. ARPA Network es la combinación del sistema TSS y blockchain. La parte de la firma BLS de umbral de la red es responsable de generar una firma descentralizada a prueba de manipulaciones, y la cadena de bloques proporciona un canal de transmisión y una coordinación confiables. Las dos piezas son interdependientes.
Para habilitar una red segura sin permiso, adoptamos la teoría de juegos para diseñar la economía de fichas y el mecanismo de agrupación de nodos para restringir claramente las intenciones maliciosas.
Las buenas herramientas e infraestructuras deben ser de código abierto y fáciles de ensamblar como lego. Modularizamos la arquitectura de ARPA Network y dejamos mucho espacio para personalizaciones. Cualquiera puede modificar los parámetros para cambiar el nivel de seguridad y configurar la política de uso de clave privada para satisfacer necesidades específicas al bifurcar nuestra base de código.
Teniendo en cuenta el problema de la escalabilidad, creemos que pronto, en lugar de que una cadena lo gobierne todo, habrá una explosión de cadenas de bloques, cada una especializada y optimizada para diferentes casos de uso. Para dar a ARPA Network la posibilidad de ser utilizada por más desarrolladores en más escenarios, integramos el soporte multicadena en nuestro diseño técnico.
Las redes TSS son criticadas por ser lentas, más aún cuando están limitadas por el tiempo de bloqueo. Diseñamos un mecanismo de agrupación único que permite que múltiples grupos de nodos realicen tareas de cómputo BLS en paralelo, aumentando significativamente el rendimiento de la red ARPA.
Si desea una firma BLS para su proyecto, como para un generador de números aleatorios, solicite el servicio de ARPA Network directamente en blockchains.
Si desea convertirse en un nodo de ARPA Network y obtener recompensas al realizar el cálculo BLS, únase a la lista de espera.
Si desea utilizar ARPA Network como infraestructura de su aplicación, como billetera segura, puente entre cadenas o cadenas de bloques, contáctenos.
Si desea diseñar e implementar su propia red TSS, puede seguir el ejemplo de nuestra Red ARPA de código abierto y modificarla de manera flexible para que se adapte a sus necesidades.
Alfredo Menezes. Una introducción a la criptografía basada en emparejamiento. Tendencias recientes en criptografía, 477:47–65, 2009.
Documento técnico de ARPA
ARPA Network (ARPA) es una red informática segura descentralizada creada para mejorar la equidad, la seguridad y la privacidad de las cadenas de bloques. La red de firma BLS de umbral ARPA sirve como infraestructura de generador de números aleatorios (RNG) verificable, billetera segura, puente entre cadenas y custodia descentralizada en múltiples cadenas de bloques.
ARPA se conocía anteriormente como ARPA Chain, una red de computación multipartita (MPC) que preserva la privacidad fundada en 2018. ARPA Mainnet ha completado más de 224,000 tareas de computación en los últimos años. Nuestra experiencia en MPC y otra criptografía sentó las bases para nuestro innovador diseño de sistema de esquemas de firma BLS de umbral (TSS-BLS) y nos condujo a la red ARPA actual.
Randcast, un generador de números aleatorios (RNG) verificable, es la primera aplicación que aprovecha ARPA como infraestructura. Randcast ofrece una fuente aleatoria generada criptográficamente con seguridad superior y bajo costo en comparación con otras soluciones. El metaverso, el juego, la lotería, la acuñación y la lista blanca de NFT, la generación de claves y la distribución de tareas del validador de blockchain pueden beneficiarse de la aleatoriedad a prueba de manipulaciones de Randcast.
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