[Coinbase] Ngưỡng chữ ký kỹ thuật số – AZCoin News

Bởi Cassandra Heart, Arash Afshar

Chữ ký điện tử là một khái niệm nền tảng trong blockchain và tiền điện tử. Các blockchain hiện đại sử dụng chữ ký điện tử để bảo đảm giá trị hàng tỷ đô la. Chữ ký điện tử sử dụng những gì được gọi là cặp khóa, một cặp giá trị tìm kiếm ngẫu nhiên, trong đó một khóa là “khóa cá nhân” và khóa còn lại là “khóa công khai”. Thông qua chữ ký điện tử, bất kỳ người nào có “khóa cá nhân” đều có thể “ký” một giao dịch và chi tiêu các loại tiền kỹ thuật số. Do đó, điều quan trọng là phải bảo vệ “khóa riêng”. Một số người dùng hiểu biết về công nghệ của các blockchain chọn tự bảo vệ khóa này và chấp nhận rủi ro bị đánh cắp hoặc mất khóa (và do đó mất tiền của họ). Ngược lại, những người dùng blockchain khác tin tưởng các ví hoặc sàn giao dịch trực tuyến với việc bảo vệ khóa của họ. Tất nhiên, quyết định này đi kèm với những rủi ro riêng dựa trên năng lực của bên thứ ba.

Trong cả hai tùy chọn này, người dùng đang đặt tất cả niềm tin của họ vào một thực thể duy nhất, điều này có thể không được mong muốn. Nhập Chữ ký số theo ngưỡng: một giải pháp yêu cầu “ngưỡng” của ít nhất hai người tham gia hợp tác để tạo ra chữ ký và giải pháp này loại bỏ vấn đề tin tưởng một thực thể duy nhất. Trong bài viết này, chúng tôi:

• Cung cấp mô tả trực quan về Chữ ký ngưỡng và các ứng dụng của chúng,
• Tìm hiểu sâu hơn một chút và xem xét các lược đồ Chữ ký ngưỡng khác nhau và
• So sánh Chữ ký ngưỡng với các kỹ thuật khác, chẳng hạn như ví Mulitsig.

Trực giác cho các chữ ký ngưỡng

Là một nhà phát triển trong lĩnh vực mật mã ngưỡng, thật sự thú vị khi thấy những đổi mới này trở thành một chủ đề phổ biến, nhưng những độc giả không quen thuộc với mật mã hoặc toán học đằng sau nó nhanh chóng gặp trở ngại khi gặp các cụm từ như “Hệ thống mật mã ghép nối”, “mã hóa đồng hình” hoặc “trường Galois”. Nó thậm chí còn trở nên phức tạp hơn khi bạn thảo luận về tất cả các phần chuyển động đằng sau nó để điều phối thông tin liên lạc, và kết quả là, rất ít tổ chức sẵn sàng điều tra tiềm năng của nó. Nhưng nó không cần phải đáng sợ; cuối cùng, toán học không nhiều hơn phép nhân và phép cộng. Vì vậy, hãy ELI5: Chữ ký ngưỡng là cái quái gì vậy?

Theo thuật ngữ ẩn dụ, chữ ký giống như thả diều trên một sợi dây vô hình. Bản thân con diều là chìa khóa công khai – mọi người đều có thể nhìn thấy nó trên bầu trời. Người thả diều di chuyển diều xung quanh bằng cách điều khiển dây vô hình – khóa riêng. Con đường mà nó đi trên bầu trời khi nó bay là chữ ký. Mọi người đều nhìn thấy con diều bay qua bầu trời theo con đường đó, và chỉ thông qua việc sử dụng sợi dây vô hình đó, con đường bay đó mới có thể thực hiện được. Điều này cảm thấy thực sự đơn giản so với phép toán cơ bản, nhưng cuối cùng phép ẩn dụ này rất hữu ích để chứng minh sự phối hợp và công việc cần thiết để thực hiện ngưỡng cửa ký có thể.

Nhập mật mã ngưỡng. Tiền đề của ngưỡng theo đúng nghĩa đen trong tên gọi của nó: một số giá trị số phải được đáp ứng để một hoạt động thành công. Thông thường, các quy trình này được định nghĩa bằng cách sử dụng cụm từ “t trong số n”, trong đó n là tổng số người tham gia có thể có và t là số ngưỡng phải được đáp ứng. Một sơ đồ mật mã ngưỡng phổ biến đã được sử dụng trong một thời gian khá dài là sơ đồ chia sẻ bí mật của Shamir. Đối với những người không quen thuộc, quy trình liên quan sử dụng một kỹ thuật toán học được gọi là nội suy Lagrange để kết hợp lại các giá trị đã tách thành một giá trị bí mật. Trong thế giới ẩn dụ, nó đang lấy sợi dây vô hình đó và tách nó thành những sợi riêng lẻ mà nhiều người có thể nắm giữ, và để thả diều, số lượng người phải đến với nhau và kết hợp các sợi của họ lại thành chuỗi.

Quá trình này hoạt động tốt và các dịch vụ trên toàn thế giới sử dụng nó để bảo mật dữ liệu bí mật. Nhược điểm là tất cả những người tham gia phải thực hiện quá trình này ở một vị trí an toàn khi phá vỡ và kết hợp lại bí mật. Trong tiền điện tử, điều này cũng có nghĩa là một khi khóa cá nhân được kết hợp lại và được sử dụng để ký, nó sẽ được coi là bị lộ và tất cả các khoản tiền do khóa nắm giữ sẽ được chuyển đi, vì vậy nếu bất kỳ người tham gia nào đã giúp kết hợp lại khóa bỏ đi, họ không thể làm bất cứ điều gì có ý nghĩa. Điều này là tốn kém, và chưa kể, cần rất nhiều sự phối hợp của Mọi người. Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta có thể sử dụng toán học mạnh mẽ đằng sau mật mã và cải thiện điều này để không ai phải gặp ở một địa điểm an toàn?

Tin vui là chúng ta có thể làm được! Có hàng núi tài liệu đã tăng lên chỉ sau một đêm với các cách tiếp cận mới đối với các hệ thống mật mã hiện có, các cải tiến trên các hệ thống trước đó và các giao thức mật mã hoàn toàn mang tính đột phá. Điều hướng lĩnh vực này đòi hỏi thời gian và kiến ​​thức chuyên môn đáng kể, nhưng tại Coinbase, chúng tôi đã tìm ra và triển khai các chiến lược cho phép chúng tôi tận dụng các phương pháp này và hỗ trợ các phương pháp mới khi chúng được phát hiện và đánh giá ngang hàng. Có rất nhiều thứ liên quan đến quá trình này, vì vậy hãy đưa nó trở lại phép ẩn dụ.

Quá trình thiết lập để chuẩn bị sẵn sàng những người thả diều khao khát của chúng tôi cuối cùng là bước ngoặt duy nhất cho phép toàn bộ quy trình này hoạt động: mỗi người tham gia tuân theo cùng một quy tắc: họ mang theo sợi chỉ vô hình và mảnh diều của riêng họ. Mỗi người lái máy bay đồng ý trước với những người khác về cách họ sẽ bay, và tất cả họ tiến hành chạy với mảnh diều của mình ở tốc độ, góc độ và thời gian đã thỏa thuận. Nếu bất kỳ ai đi lạc khỏi kế hoạch bay đã thống nhất, cả mớ diều lộn xộn sẽ rơi xuống đất, nhưng nếu mọi người tiến hành theo thỏa thuận, thì cánh diều sẽ cất cánh thành một mảnh ghép lại trên bầu trời, có thể thực hiện chuyến bay theo kế hoạch. Khi chuyến bay kết thúc, các bộ phận sẽ tháo rời giữa không trung và mọi người trở về nhà với cánh diều và sợi chỉ của họ. Tại thời điểm không có bất kỳ người nào giữ toàn bộ con diều hoặc dây, và mỗi bên xem kế hoạch bay trước thời hạn để biết rằng không ai sẽ thử một số trò hề hoang dã sẽ khiến họ bỏ chạy với con diều.

Tìm hiểu sâu hơn về chữ ký ngưỡng

Bây giờ chúng ta đã có hiểu biết trực quan về chữ ký ngưỡng, hãy đi sâu hơn vào các khái niệm và thuật ngữ. Các lược đồ chữ ký ngưỡng là một phần của tính toán đa bên an toàn (MPC) lĩnh vực mật mã. Mục tiêu chính của MPC là cho phép tính toán dữ liệu cá nhân mà không tiết lộ chúng cho bất kỳ ai ngoại trừ chủ sở hữu của dữ liệu cá nhân. Ví dụ, trong phép ẩn dụ cánh diều, các mảnh vô hình của chuỗi là những chia sẻ bí mật của khóa riêng tư và chữ ký ngưỡng sử dụng những chia sẻ bí mật này để tạo lại khóa cá nhân và ký kết giao dịch mà không tiết lộ khóa cá nhân tổng hợp, cũng như các chia sẻ bí mật.

Một thành phần rất quan trọng của việc ký ngưỡng là một cấu trúc toán học được gọi là Mật mã đường cong Elliptic. Phiên bản TL; DR được cung cấp cho `y = x · G`, trong đó` y` và `G` là các giá trị được biết đến công khai, rất khó hoặc thậm chí không thể tìm thấy` x` trong một khung thời gian hợp lý. Có nhiều “đường cong” cung cấp thuộc tính này:

• Secp256k1, được sử dụng trong Bitcoin, Etherium và nhiều loại khác
• Edwards25519, được sử dụng trong Cardano, Monero và nhiều nơi khác
• BLS12–381, được sử dụng trong Ethereum 2.0 và một số chuỗi khác

Đưa ra một đường cong elliptic thích hợp, bước tiếp theo đối với chữ ký ngưỡng trước tiên là chọn một lược đồ chữ ký số chuẩn (tức là một người ký). Các chương trình chữ ký điện tử phổ biến như sau:

• ECDSA, dựa trên đường cong Secp256k1 được sử dụng bởi Bitcoin
• Schnorr, dựa trên đường cong Secp256k1 được sử dụng bởi Bitcoin Cash và Mina
• Ed25519, dựa trên đường cong Edwards25519 được Cardano sử dụng

Cuối cùng, với một chữ ký điện tử, giờ đây chúng ta có thể thảo luận về các sơ đồ chữ ký ngưỡng. Các lược đồ chữ ký ngưỡng bắt đầu từ lược đồ một người ký và phân chia khóa cá nhân giữa `n` người tham gia. Sau đó, trong giai đoạn ký, t-out-of-n người tham gia có thể chạy thuật toán ký để có được chữ ký. Cuối cùng, bất kỳ bên nào (bên ngoài) đơn lẻ đều có thể xác minh chữ ký bằng cách sử dụng cùng một thuật toán để xác minh chữ ký của một người ký. Nói cách khác, các chữ ký được tạo ra bởi các lược đồ chữ ký ngưỡng và chữ ký một người ký có thể hoán đổi cho nhau. Nói cách khác, thuật toán ký ngưỡng có ba giai đoạn.

1. Tạo cặp khóa công khai / riêng tư. Tiếp theo, chia khóa cá nhân thành nhiều chia sẻ bí mật và phân phối những chia sẻ này giữa các bên `n`. Giai đoạn này có thể được thực hiện ở hai chế độ.
2. Chế độ Đại lý đáng tin cậy: Một bên đáng tin cậy sẽ tạo khóa cá nhân, sau đó tách và phân phối khóa. Vấn đề chính của cách tiếp cận này là nhà cái sẽ nhìn thấy khóa cá nhân trong bản rõ.
3. Tạo khóa phân tán (DKG): một giao thức MPC được chạy giữa `n` người tham gia sao cho cuối cùng, những người tham gia sẽ có được các chia sẻ bí mật và không ai sẽ thấy khóa cá nhân trong văn bản rõ ràng tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình.
4. Thu thập ngưỡng người tham gia `t` và chạy giao thức MPC để ký giao dịch.
5. Xác minh chữ ký, sử dụng thuật toán xác minh chữ ký chuẩn.

Các kế hoạch chữ ký ngưỡng đang phát triển nhanh chóng. Tại thời điểm viết bài này, các kế hoạch an toàn và phổ biến bao gồm những điều sau đây.

• FROST là một chữ ký ngưỡng và giao thức DKG cung cấp các vòng giao tiếp tối thiểu và an toàn khi chạy song song. Giao thức FROST là một phiên bản ngưỡng của lược đồ chữ ký Schnorr.
• DKLs18: là giao thức chữ ký ngưỡng 2-trong-2 và DKG cung cấp tính toán chữ ký nhanh chóng cho lược đồ chữ ký ECDSA.

Chữ ký ngưỡng và Multisig

Multisig, hoặc đa chữ ký các chương trình cung cấp các khả năng tương tự cho chữ ký ngưỡng với sự khác biệt: mỗi người tham gia có khóa công khai của riêng mình (thay vì chia sẻ bí mật của một khóa công khai chung duy nhất). Sự khác biệt nhỏ này có tác động rất lớn đến chi phí, tốc độ và tính khả dụng của multisig trên các blockchains khác nhau.

• Hiệu quả: trong các lược đồ chữ ký ngưỡng, mỗi khóa công khai và các chia sẻ khóa riêng tương ứng của nó, vĩnh viễn thuộc về một nhóm người ký cố định, duy nhất; trong multisignatures, mỗi người tham gia cá nhân có khóa công khai riêng biệt, chuyên dụng. Lợi ích của chương trình thứ hai này là mỗi người tham gia như vậy có thể tái sử dụng cặp khóa riêng tư – công khai của nó để tham gia vào nhiều nhóm ký kết riêng biệt. Tuy nhiên, cái giá phải trả của việc sử dụng multisignatures là kích thước của “khóa công khai” (thực ra là danh sách các khóa công khai) đại diện cho bất kỳ nhóm cụ thể nào như vậy phải tăng tuyến tính về số lượng thành viên của nhóm đó. Tương tự, thời gian xác minh của nhiều chữ ký rõ ràng phải tăng tuyến tính theo quy mô của nhóm, vì người xác minh đặc biệt phải đọc toàn bộ danh sách các khóa công khai đại diện cho nhóm. Ngược lại, trong lược đồ ngưỡng, chỉ một khóa công khai đại diện cho toàn bộ nhóm và cả kích thước khóa và thời gian xác minh đều không đổi.
• Tính khả dụng: để đảm bảo rằng ngưỡng tối thiểu của `t` được đáp ứng, blockchain phải có hỗ trợ gốc cho các cấu trúc đa dạng. Trong hầu hết các trường hợp, hỗ trợ này ở dạng hợp đồng thông minh. Do đó, không phải tất cả các blockchains đều hỗ trợ ví multisig. Ngược lại, các chữ ký ngưỡng dựa trên MPC độc lập với blockchain miễn là lược đồ chữ ký được blockchain sử dụng có phiên bản ngưỡng an toàn.

Ghi chú cuối cùng

Chữ ký kỹ thuật số ngưỡng cho phép chúng tôi làm những điều đáng kinh ngạc mà trước đây không thể có trong tiền điện tử – các hợp đồng multisig đòi hỏi chi phí bổ sung để hoạt động, nhưng điều này có thể xảy ra mà không cần hợp đồng thông minh. Điều này có nghĩa là chúng tôi có thể hỗ trợ một cấp ví hoàn toàn mới: nơi trước khi có ví lưu ký truyền thống như Coinbase cung cấp theo nhiều cách khác nhau hoặc các tùy chọn ví tự lưu ký như ứng dụng Ví Coinbase của chúng tôi, phương pháp tiếp cận ECDSA ngưỡng này cho phép khách hàng trở thành tham gia tích cực vào quá trình ký kết này. Trong cách tiếp cận này, người dùng nắm giữ một phần của khóa cá nhân và Coinbase nắm giữ một phần khác, và chỉ khi cả hai đồng ý với kế hoạch bay, các giao dịch mới có thể được ký kết. Điều này cung cấp sự bảo mật và sự tin tưởng mà chúng tôi được biết đến tại Coinbase, với người dùng vẫn là người kiểm soát.

Nếu bạn quan tâm đến mật mã tiên tiến, kiểm tra các vai trò mở của chúng tôi ở đây.

Threshold Digital Signatures ban đầu được xuất bản trên The Coinbase Blog trên Medium, nơi mọi người đang tiếp tục cuộc trò chuyện bằng cách nêu bật và phản hồi câu chuyện này.

>> Xem trên Coinbase