توسيع نطاق سلاسل الكتل بأمان

التحقق من توفر البيانات

توافر البيانات يشير إلى ضمان أن جميع البيانات الموجودة في كتلة بلوكشين قد نُشرت بشكل صحيح ويمكن الوصول إليها عند الحاجة من قبل الشبكة. وهذا يضمن توفر جميع المعلومات الضرورية المتعلقة بالكتلة للعقد لتنزيلها والتحقق منها، حتى تتمكن الشبكة من التحقق من صحة واكتمال معاملات الكتلة وحالتها.

في أنظمة البلوكشين، يعد التحقق من توفر البيانات أمرًا حاسمًا في منع الجهات الخبيثة من إخفاء أو حجب أجزاء من بيانات الكتلة مع الاستمرار في الادعاء بأن الكتلة صالحة. بدون توفر البيانات، يمكن إضافة كتلة إلى السلسلة تحتوي على بيانات مفقودة أو غير مكتملة، مما قد يؤدي إلى معاملات غير صالحة، ومخاطر أمنية، وحالة غير متسقة عبر الشبكة.

تتطلب سلاسل الكتل التقليدية من المستخدمين (الذين يشغلون عقدًا كاملة) التحقق من جميع البيانات عن طريق مزامنة السلسلة بأكملها. لكن ضمان توفر البيانات قد يمثل تحديًا، خاصة مع تزايد أحجام الكتل.

تسمح تقنيات مثل أخذ عينات من توفر البيانات للعقد الخفيفة بالتحقق من توفر البيانات دون تنزيل الكتلة بأكملها، مما يجعل عملية التحقق من توفر البيانات أكثر كفاءة بشكل عام. تتبع سلاسل الكتل الحديثة هذا النهج للتحقق من توفر البيانات باستخدام موارد أقل. Celestia هي المثال الرائد في استخدام توفر البيانات لتشغيل جميع السلاسل الحديثة.

آليات التوسع، بأمان وبدون أمان

هناك عدة طرق يمكن من خلالها تحقيق التحقق من توفر البيانات بمستويات أمان مختلفة:

العقد الكاملة (أقصى درجات الأمان)

تتحقق العقد الكاملة من جميع البيانات عن طريق تنزيل كل شيء لضمان أقصى درجات الأمان من خلال رفض الكتل غير المكتملة. ومع ذلك، فإن هذا الحل الأساسي يصبح غير فعال بشكل متزايد مع تزايد حجم الكتل. ففي النهاية، يتطلب إجراء عملية التحقق هذه موارد مادية ومالية.

عدم ضمان توفر البيانات (أمان صفر)

لا يوجد ضمان بتوفر البيانات، بل مجرد التزام (مثل عناوين IPFS). قد يكون هذا كافياً في حالات مثل NFTs حيث لا تتطلب الأمان، لكنه بالتأكيد ليس حلاً لمعظم معاملات السلسلة ذات الرهانات الحقيقية.

لجنة توفر البيانات

من خلال أغلبية صادقة، تضمن لجنة مختارة توفر البيانات، مما يحقق التوازن بين توفر البيانات والأداء.

لجنة توفر البيانات مع الأمن الاقتصادي المشفر

تواجه هذه الطريقة أيضًا نفس مشكلة التوسع، حيث يواجه أعضاء اللجنة أعباءً متزايدةً من البيانات لأداء أعمال التحقق. ولتحسين هذا الأمر، يمكن أيضًا تقديم «حوافز اقتصادية قائمة على العملات المشفرة» للجان، أي منحها توكنات بما يتناسب مع حجم أعمال التحقق التي تقوم بها.

يمكن أيضًا معاقبة اللجان («تخفيض» أو «إيقاف») في حالة عدم نزاهتها، مما يزيد من مستوى الأمان العام. يعمل هذا عندما تكون اللجنة جزءًا من آلية التوافق الخاصة بالسلسلة.

العقد الخفيفة

يمكن أن يتيح إدخال العقد الخفيفة في هذا الإطار أيضًا إجراء فحوصات لتوافر البيانات، مما يقلل بشكل أكبر من متطلبات الموارد. هناك طريقتان للقيام بذلك:

1. توافر البيانات وأخذ العينات دون وجود أقلية نزيهة من العقد الخفيفة: تستخدم العقد الخفيفة تقنيات أخذ العينات للتحقق من البيانات دون تنزيل الكتلة بأكملها، لكنها لا تستطيع ضمان استعادة البيانات بالكامل في حالة فقدان بعض البيانات. يعتمد هذا على لجنة توفر البيانات وواجهات أخذ العينات.
2. أخذ عينات من توفر البيانات باستخدام أقلية صادقة من العقد الخفيفة: إذا كانت هناك أقلية من العقد الخفيفة الصادقة، فيمكنها إعادة بناء كتلة إذا تم حجب أي بيانات لتعزيز الأمان. لاحظ أن الشبكة المتزامنة ضرورية لكي تتمكن العقد من مشاركة البيانات بفعالية.

Unlinkable Data Availability Sampling

يمنع هذا المستوى المتقدم الهجمات الموجهة (مثل الكشف الانتقائي عن المشاركة، الذي سنتعمق فيه لاحقًا) من خلال جعل الطلبات الواردة من العقد الخفيفة غير قابلة للربط وعشوائية بشكل موحد. وهذا يتطلب مزيدًا من التطوير في تقنيات إخفاء الهوية، وهنا يأتي دور حل Nym.

ولكن أولاً، ما الذي يجعل هذه الحلول السابقة غير كافية وعرضة للخطر بالضبط؟

المشكلة: هجمات الكشف الانتقائي

هجوم الكشف الانتقائي هو نوع من هجمات توفر البيانات حيث يحاول مهاجم خبيث إقناع عقدة (أو عدة عقد) بأن بيانات الكتلة متوفرة بالكامل، في حين أن جزءًا منها محجوب في الواقع. وهذا يجعل الكتلة فعليًا غير مكتملة أو غير قابلة للاسترداد.

هدف المهاجم هو التلاعب بعملية التحقق من خلال الرد بشكل انتقائي على استفسارات بيانات الكتل في شبكة نظير إلى نظير. في النهاية، يؤدي ذلك إلى كسر الإجماع، وتفرع السلسلة، ويضر بالمعاملات الحقيقية والثقة العامة.

إليك كيفية عملها، بناءً على الفهم المحدث.

نظرة عامة على الهجوم

يتكون الهجوم من مكونين متزامنين:

1. يحتفظ الخصم بكمية كافية من أجزاء البيانات من الكتلة بحيث لا يمكن إعادة تكوينها بواسطة الشبكة، مما يجعل الكتلة غير متاحة.
2. في الوقت نفسه، يستجيب الخصم بشكل انتقائي للاستفسارات الواردة من العقد الخفيفة المستهدفة بحيث تعتقد أن الكتلة متاحة.

آلية الهجوم

تعتمد الشبكة على أسلوب أخذ عينات توفر البيانات (DAS) حيث تطلب العقد الخفيفة عينات عشوائية من بيانات الكتل من العقد الأخرى للتحقق من توفرها.

• في هجوم الكشف الانتقائي، يحدد المهاجم جزءًا من بيانات الكتلة ليحتجزه، مما يضمن عدم إمكانية إعادة بناء الكتلة.
• ومع ذلك، يستجيب الخصم بشكل انتقائي لاستفسارات العقد النزيهة، مثل العملاء الخفيفين، من خلال توفير البيانات من الحصص التي لم يتم حجبها. وهذا يخلق انطباعًا خاطئًا بأن الكتلة متاحة بالكامل.

التحديات التي تواجه العقد الصادقة

• نظرًا لأن العقد العدائية لا يمكن تمييزها عن العقد النزيهة وتستجيب بشكل صحيح عند الاستعلام عنها، فلا يمكن إدراجها في القائمة السوداء ما لم يتم اكتشافها.
• تقوم العقد النزيهة بإرسال طلبات عينة، وتبدو استجابات الخصم صالحة لأن البيانات المحجوبة مخفية عن الاستفسارات المحددة للعقد النزيهة.

حلان

1. أحد الإجراءات المضادة المقترحة هو إضافة طبقة إخفاء الهوية حيث لا يمكن ربط مصدر كل طلب عينة بالعميل (العقدة الخفيفة) وتتم معالجة الطلبات بترتيب عشوائي عبر الشبكة. وهذا يمنع الخصم من استهداف عقد معينة من خلال الكشف الانتقائي.
2. هناك نهج آخر يتمثل في ضمان قيام كل عقدة بإجراء عدد كافٍ من الاستعلامات (مما يزيد من فرص اكتشاف البيانات المحجوبة)، أو الاعتماد على عدد كبير بما يكفي من العقد لتغطية الحصص المفقودة.

نتائج المحاكاة

• إذا أجرى العميل عددًا صغيرًا من الاستعلامات (على سبيل المثال، 15)، فإن احتمال نجاح الهجوم يكون مرتفعًا نسبيًا (~0.0133) — يمكن للمهاجم خداع العميل بعد حوالي 75 محاولة.
• مع زيادة عدد الاستعلامات لكل عميل (على سبيل المثال، إلى 50 استعلامًا)، تنخفض احتمالية نجاح الهجوم بشكل كبير (إلى ما يقارب 0).
• وبالمثل، فإن استهداف المزيد من العملاء يزيد من معدل نجاح الهجوم، لكن الاحتمال ينخفض مع ارتفاع عدد الاستعلامات.

ملخص المشكلة

تتلاعب هجمة الكشف الانتقائي بعملية أخذ عينات من البيانات المتاحة عن طريق الكشف الانتقائي عن البيانات لعقد معينة، مما يقنعها بأن الكتلة متاحة بالكامل. تتضمن الإجراءات المضادة استخدام (1) تقنيات إخفاء الهوية و(2) ضمان قيام العملاء بإجراء استعلامات عشوائية كافية لاكتشاف البيانات المفقودة.

الحلول المحتملة التي تم بحثها

في "تقييم الشبكات الخاصة لـ Celestia،" حلل الباحثون حلولًا مختلفة محتملة لإضافة طبقة من إخفاء الهوية إلى بلوكشين Celestia. تشمل حلول الشبكات الخاصة المحتملة ما يلي:

• شبكة Tor متراكبة مع Snowflake لإخفاء حركة مرور Tor باستخدام WebRTC ومنع التنصت
• Mixnet، مثل Loopix من Nym، لإخفاء هوية حركة المرور
• تفاوتات زمنية تُنفذ تأخيرات عشوائية في حركة المرور لإلغاء تزامن استعلامات العملاء
• حركة مرور التغطية أو حركة المرور الوهمية لإخفاء أنماط الاستعلام الحقيقية
• استخدام شبكات VPN لتوفير حماية إضافية

لكل من هذه الحلول مزايا وعيوب (على سبيل المثال، من حيث التأخير المحتمل).

وبغض النظر عن المزايا والمشاكل العديدة التي تطرحها شبكة Tor التراكبية، من المهم ملاحظة أن العديد من هذه الحلول الأساسية هي تقنيات شبكية (مثل حركة المرور التمويهية والتأخيرات العشوائية) قيد التشغيل بالفعل مع شبكة Nym Mixnet. لذلك قرر فريق Nym الأساسي إجراء بحث وتطوير لمعرفة ما يمكن أن تفعله Nym لمساعدة Celestia وغيرها في توفير تجربة بلوكشين أكثر خصوصية.

حل «Anonymous Sampling» من Nym

تقترح Nym Technologies دمج بنيتها التحتية مع الشبكات المعيارية، مستفيدة من شبكة Nym Mixnet كـ طبقة إخفاء الهوية لمواجهة هجمات الكشف الانتقائي من خلال تقنية أخذ العينات من البيانات الخاصة (P-DAS).

P-DAS تتيح إرسال الطلبات عبر شبكة Nym Mixnet، مما يفصل الطلب عن الطالب، ويضمن عدم إمكانية استهداف الطالب. توفر هذه الطريقة نهجًا آمنًا يحافظ على الخصوصية لأخذ عينات من توفر البيانات، مما يسمح للعقد بالتحقق من توفر البيانات دون التعرض لهجمات عدائية.

قد يوفر تكامل Nym Mixnet عدة مزايا رئيسية:

• وحدة Anonymized Data Availability Sampling متوافقة مع شبكة Nym Mixnet، مما يضمن التحقق من البيانات مع الحفاظ على الخصوصية
• الوقاية من هجمات الكشف الانتقائي عن طريق توجيه حركة المرور المشفرة عبر شبكة Nym Mixnet، مما يخفي نشاط المستخدم مع الحفاظ على سلامة البيانات باستخدام تقنيات مثل حركة المرور التمويهية، والخلط، والتعتيم الزمني
• تحسين الأداء من خلال عمليات المحاكاة لتحديد المعلمات المثالية لشبكة المزج (Mixnet) لتحقيق التوازن بين الأداء والأمان

سيعزز تكامل Mixnet أمن البيانات للشبكات المعيارية، مما يجعلها أكثر مقاومة للتلاعب مع حماية خصوصية المستخدمين. ستواصل أبحاث Nym عملها لتقديم حماية قوية لمستقبل معياري.

تابعونا لمزيد من التحديثات حول المشروع!

---

انضم إلى مجتمع Nym

Telegram // Element // Twitter

الخصوصية تحب الرفقة

English // 中文 // Русский // Türkçe // Tiếng Việt // 日本 // Française // Español // Português // 한국인