Provably secure, smart contract-based naming services

Abstract

Οι υπηρεσίες ονοματοδοσίας παρέχουν τα απαραίτητα θεμέλια για την ανάπτυξη ποικίλων και σημαντικών εφαρμογών, όπως το ηλεκτρονικό εμπόριο και η ηλεκτρονική τραπεζική. Επί του παρόντος, αυτές οι υπηρεσίες ονοματοδοσίας βρίσκονται υπό τον έλεγχο κεντρικοποιημένων οντοτήτων, τις οποίες πρέπει να εμπιστευόμαστε ότι λειτουργούν σωστά. Δυστυχώς, η κεντρικοποίηση (εμπιστοσύνης) επιφέρει πολλά μειονεκτήματα όσον αφορά την ασφάλεια, τη διαθεσιμότητα και την ανοχή σφαλμάτων,όπως φαίνεται από μία πληθώρα περιστατικών ασφάλειας κατά τη διάρκεια των ετών όπου τέτοιες οντότητες έχουν παραβιαστεί. Η αποκέντρωση έχει προταθεί ως εναλλακτική λύση για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων. Παρ 'όλα αυτά,η αποκέντρωση εγείρει άλλα προβλήματα όπως, π.χ., η αντιμετώπιση της μη ανταποδοτικότητας και οι Σιβυλλικές επιθέσεις. Σε αυτή τη διατριβή, αξιοποιούμε την επεκτασιμότητα, την ασφάλεια, καθώς και τον ενσωματωμένο μηχανισμό παροχής κινήτρων των συστημάτων blockchain και προτείνουμε τον σχεδιασμό μιας αποκεντρωμένης υπηρεσίας ονοματοδοσίας βασισμένη σε έξυπνα συμβόλαια. Πιο συγκεκριμένα, είμαστε οι πρώτοι που παρουσιάζουμε τον πλήρη φορμαλισμό του προβλήματος σχεδιασμού υπηρεσιών ονοματοδοσίας στο πλαίσιο τoυ μοντέλου Γενικής Σύνθεσης και αποδεικνύουμε την ασφάλεια της κατασκευής μας υπό την ισχυρή υπόθεση RSA στο μοντέλο του Τυχαίου Μαντείου και την ύπαρξη μιας ιδεατής λειτουργικότητας έξυπνου συμβολαίου.Το κύριο εμπόδιο στην πραγματοποίηση μιας υπηρεσίας ονοματοδοσίας βασισμένη σε έξυπνα συμβόλαια είναι το μέγεθος της αποθηκευμένης πληροφορίας σε αυτά η οποία,όντας η πιο δαπανηρή πηγή πρόσβασης και τροποποίησης, θα πρέπει να ελαχιστοποιηθεί για να θεωρηθεί μια κατασκευή βιώσιμη. Επιλύουμε αυτό το ζήτημα ορίζοντας και χρησιμοποιώντας στην υπηρεσία ονοματοδοσίας μας έναν προσθετικό, παγκόσμιο κρυπτογραφικό συσσωρευτή δημόσιας κατάστασης σταθερού μεγέθους, ένα κρυπτογραφικό εργαλείο το οποίο μπορεί να είναι ανεξάρτητου ενδιαφέροντος στο πλαίσιο των πρωτοκόλλων blockchain. Αυτός ο συσσωρευτής προκαλεί αποθήκευση σταθερού μεγέθους πληροφορίας εις βάρος υπολογιστικής πολυπλοκότητας. Για να διερευνήσουμε το αντίκτυπο ανάμεσα σε αυτά τα δύο,προτείνουμε και υλοποιούμε μια δεύτερη κατασκευή, η οποία διατηρεί τις ιδιότητες ασφαλείας της πρώτης και, όπως απεικονίζεται μέσα από την αξιολόγησή μας, είναι η μόνη έκδοση με σταθερού μεγέθους αποθηκευμένη πληροφορία που μπορεί να αναπτυχθεί στη βασική αλυσίδα τουEthereum, της πιο αξιοσημείωτης δημόσιας πλατφόρμας έξυπνων συμβολαίων κατά τη στιγμή αυτής της γραφής. Συγκρίνουμε αυτές τις δύο κατασκευές με την απλή προσέγγιση των περισσότερων προηγούμενων υλοποιήσεων, π.χ., του EthereumName Service, όπου όλα τα αρχεία ταυτότητας αποθηκεύονται πάνω στο έξυπνο συμβόλαιο, για να καταδείξουμε αρκετές ελλείψεις του Ethereumκαι του μοντέλου κοστολόγησής του. Για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων, καθώς και άλλων,εισαγάγουμε ένα εναλλακτικό παράδειγμα για την ανάπτυξη εφαρμογών βασισμένες σε έξυπνα συμβόλαια στις οποίες το μέθεγος της αποθηκευμένης πληροφορίας σε αυτά είναι σταθερή και διευκολύνει την επαλήθευση των δεδομένων των εφαρμογών, τα οποία αποθηκεύονται σε και αναζητούνται από ένα εξωτερικό, δυνητικά αναξιόπιστο, δίκτυο αποθήκευσης. Αυτή η προσέγγιση είναι σχετική για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως κάθε σύστημα αποθήκευσης κλειδιών και τιμών.Δείχνουμε την αποτελεσματικότητα της προσέγγιση μας με την παρουσίαση μιας μελέτης όπου προσαρμόζουμε το πιο ευρέως αναπτυγμένο πρότυπο για ανταλλάξιμα νομίσματα, δηλ., το πρότυπο νομισμάτων ERC20.Αντιμετωπίζουμε τη μονοτονικά αυξανόμενη αποθηκευμένη πληροφορία του Ethereum η οποία, αν δεν ελεγχθεί, θα έχει άμεσο αντίκτυπο στην ασφάλεια του Ethereum και, τελικά, στη μακροζωία του. Εισαγάγουμε επαναλαμβανόμενα τέλη που είναι ανάλογα με την αποθηκευμένη πληροφορία στα έξυπνα συμβόλαια και ρυθμιζόμενα από τους κόμβους που διατηρούν το δίκτυο. Προτείνουμε ένα μοντέλο όπου το κόστος των λειτουργιών αποθήκευσης αντικατοπτρίζει την προσπάθεια που πρέπει να καταβάλουν οι κόμβοι για να τις εκτελέσουν. Δείχνουμε ότι κάτω από ένα τέτοιο σύστημα τιμολόγησης που ενθαρρύνει οικονομία στην αποθηκευμένη πληροφορία στα έξυπνα συμβόλαια, οι κατασκευές που παρουσιάζονται σε αυτή τη διατριβή μειώνουν τα τέλη συναλλαγών κατά μία τάξη μεγέθους. Υποστηρίζουμε ότι αυτές οι βελτιώσεις είναι λογικές για κάθε πλατφόρμα έξυπνων συμβολαίων που επιθυμεί να υποστηρίζει την ανάπτυξη αυθαίρετων κατανεμημένων εφαρμογών από τους χρήστες της.