Escalar las cadenas de bloques de forma segura

Verificación de la disponibilidad de los datos

La disponibilidad de datos se refiere a la garantía de que todos los datos de un bloque de la cadena de bloques se han publicado correctamente y la red puede acceder a ellos cuando sea necesario. Esto garantiza que toda la información necesaria relacionada con un bloque esté disponible para que los nodos la descarguen y verifiquen, de modo que la red pueda validar la corrección y la integridad de las transacciones y el estado del bloque.

En los sistemas de cadena de bloques, verificar la disponibilidad de los datos es fundamental para evitar que actores malintencionados oculten o retengan partes de los datos de un bloque y, aun así, sigan afirmando que dicho bloque es válido. Sin disponibilidad de datos, se podría añadir un bloque a la cadena con datos que faltan o están incompletos, lo que podría dar lugar a transacciones no válidas, riesgos de seguridad y un estado incoherente en toda la red.

Las cadenas de bloques tradicionales requieren que los usuarios (que ejecutan nodos completos) verifiquen todos los datos sincronizando la cadena al completo. Pero garantizar la disponibilidad de los datos puede suponer un reto, especialmente a medida que aumenta el tamaño de los bloques.

Técnicas como el muestreo de disponibilidad de datos permiten a los nodos ligeros verificar la disponibilidad de los datos sin descargar el bloque completo, lo que hace que la verificación de la disponibilidad de datos sea, en general, más eficiente. Las cadenas de bloques modernas adoptan este enfoque para verificar la disponibilidad de los datos con menos recursos. Celestia es el ejemplo más destacado en el uso de la disponibilidad de datos para impulsar todas las cadenas modernas.

Mecanismos de escalabilidad, de forma segura y no segura

Existen varias formas de llevar a cabo la verificación de la disponibilidad de los datos con distintos niveles de seguridad:

Nodos completos (máxima seguridad)

Los nodos completos verifican todos los datos descargándolo todo para garantizar la máxima seguridad al rechazar los bloques incompletos. Sin embargo, esta solución básica se vuelve cada vez más ineficaz a medida que aumenta el tamaño de los bloques. Al fin y al cabo, se necesitan recursos físicos y financieros para llevar a cabo esta labor de verificación.

Sin garantía de disponibilidad de datos (seguridad nula)

No hay garantía de que los datos estén disponibles, solo un compromiso (como los URI de IPFS). Esto puede ser suficiente para casos como los NFT, en los que no se requiere seguridad, pero desde luego no es una solución para la mayoría de las transacciones en la cadena con intereses reales.

Comité de Disponibilidad de Datos

Mediante una mayoría honesta, una comisión especial garantiza que los datos estén disponibles, equilibrando así la disponibilidad de los datos con el rendimiento.

Comité de Disponibilidad de Datos con Seguridad Criptoeconómica

Este método también se enfrenta al mismo problema de escalabilidad, ya que los miembros del comité se enfrentan a una carga de datos cada vez mayor para llevar a cabo el trabajo de verificación. Para mejorar esta situación, también se puede ofrecer a los comités «incentivos criptoeconómicos», es decir, proporcionarles tokens en proporción al trabajo de verificación realizado.

Los comités también pueden ser sancionados («recortados» o «suspendidos») si actúan de forma deshonesta, lo que aumenta la seguridad general. Esto funciona cuando el comité forma parte del mecanismo de consenso de la cadena.

Nodos ligeros

La introducción de nodos ligeros en este marco también puede permitir la realización de comprobaciones de disponibilidad de datos, lo que reduce aún más los requisitos de recursos. Hay dos formas de hacerlo:

1. Muestreo de la disponibilidad de datos sin una minoría honesta de nodos ligeros: Los nodos ligeros utilizan técnicas de muestreo para verificar los datos sin descargar el bloque completo, pero no pueden garantizar la recuperación total de los datos si faltan algunos de ellos. Esto depende del comité de disponibilidad de datos y de las interfaces de muestreo.
2. Muestreo de disponibilidad de datos con una minoría honesta de nodos ligeros: si hay una minoría de nodos ligeros honestos, estos pueden reconstruir un bloque si se oculta algún dato para mejorar la seguridad. Tenga en cuenta que se necesita una red síncrona para que los nodos compartan datos de forma eficaz.

Muestreo de disponibilidad de datos no vinculables

Este nivel avanzado evita los ataques dirigidos (como las divulgaciones selectivas de información compartida, que analizaremos a continuación) al hacer que las solicitudes de los nodos ligeros sean no vinculables y uniformemente aleatorias. Esto requeriría nuevos avances en tecnologías de anonimización, y ahí es donde entra en juego la solución de Nym.

Pero, en primer lugar, ¿qué es lo que hace que estas soluciones anteriores sean inadecuadas y vulnerables exactamente?

El problema: los ataques de divulgación selectiva

Un ataque de divulgación selectiva es un tipo de ataque a la disponibilidad de datos en el que un adversario malintencionado intenta convencer a un nodo (o a varios nodos) de que los datos de un bloque están totalmente disponibles cuando, en realidad, parte de ellos se ocultan. Esto hace que, en la práctica, el bloque quede incompleto o sea irrecuperable.

El objetivo del atacante es manipular el proceso de verificación respondiendo de forma selectiva a las consultas sobre datos de bloques en una red peer-to-peer. Al final, rompe el consenso, crea una bifurcación en la cadena y pone en peligro las transacciones reales y la confianza general.

Así es como funciona, según lo que sabemos ahora.

Resumen del ataque

El ataque tiene dos componentes simultáneos:

1. El adversario retiene suficientes datos compartidos del bloque para que la red no pueda reconstruirlo, lo que hace que el bloque quede indisponible.
2. Al mismo tiempo, el adversario responde de forma selectiva a las consultas de los nodos ligeros objetivo para que estos crean que el bloque está disponible.

Mecanismo del ataque

La red se basa en el muestreo de disponibilidad de datos (DAS), mediante el cual los nodos ligeros solicitan muestras aleatorias de datos de bloques a otros nodos para verificar la disponibilidad.

• En un ataque de divulgación selectiva, el adversario identifica una parte de los datos del bloque que va a ocultar, asegurándose de que el bloque no pueda reconstruirse.
• Sin embargo, el adversario responde de forma selectiva a las consultas de los nodos honestos, como los clientes ligeros, proporcionando datos de las partes que no se retuvieron. Esto crea la falsa impresión de que el bloque está totalmente disponible.

Retos para los nodos honestos

• Dado que los nodos maliciosos son indistinguibles de los honestos y responden correctamente cuando se les consulta, no pueden incluirse en una lista negra a menos que se detecten.
• Los nodos honestos realizan solicitudes de muestra, y las respuestas del adversario parecen válidas porque los datos ocultados quedan ocultos a las consultas específicas de los nodos honestos.

Dos soluciones

1. Una contramedida sugerida es añadir una capa de anonimización en la que el origen de cada solicitud de muestra no pueda vincularse al cliente (nodo ligero) y las solicitudes se procesen en orden aleatorio a través de la red. Esto impide que el adversario se dirija a nodos específicos mediante la divulgación selectiva.
2. Otro enfoque consiste en garantizar que cada nodo realice un número suficiente de consultas (lo que aumenta las posibilidades de detectar datos ocultos) o en contar con un número de nodos lo suficientemente grande como para cubrir las partes que faltan.

Resultados de la simulación

• Si un cliente realiza un número reducido de consultas (por ejemplo, 15), la probabilidad de que el ataque tenga éxito es relativamente alta (~0,0133): el atacante podría engañar al cliente tras unos 75 intentos.
• A medida que aumenta el número de consultas por cliente (por ejemplo, hasta 50 consultas), la probabilidad de que el ataque tenga éxito se reduce drásticamente (hasta casi 0).
• Del mismo modo, dirigirse a más clientes aumenta la tasa de éxito del ataque, pero la probabilidad disminuye a medida que aumenta el número de consultas.

Resumen del problema

El ataque de divulgación selectiva manipula el muestreo de la disponibilidad de datos revelando selectivamente datos a nodos específicos, convenciéndolos de que el bloque está totalmente disponible. Las contramedidas consisten en utilizar (1) técnicas de anonimización y (2) asegurarse de que los clientes realicen suficientes consultas aleatorias para detectar datos que falten.

Posibles soluciones estudiadas

En una «Evaluación de redes privadas para Celestia», los investigadores analizaron diferentes soluciones posibles para añadir una capa de anonimato a la cadena de bloques de Celestia. Entre las posibles soluciones de red privada se incluyen:

• Una red superpuesta Tor con Snowflake para enmascarar el tráfico de Tor con WebRTC y evitar las escuchas ilegales
• Mixnet, como con Loopix de Nym, para la anonimización del tráfico
• Tolerancias de latencia que implementan retrasos aleatorios en el tráfico para desincronizar las consultas de los clientes
• Tráfico de cobertura o tráfico ficticio para ocultar los patrones de búsqueda reales
• El uso de VPN para obtener protecciones adicionales

Cada una de estas soluciones tiene ventajas e inconvenientes (por ejemplo, en cuanto a la posible latencia).

Dejando a un lado las ventajas y los numerosos problemas que plantea una superposición de Tor, es importante señalar que muchas de estas soluciones fundamentales son técnicas de red (por ejemplo, el tráfico de cobertura y los retrasos aleatorios) que ya se utilizan en la red mixta Nym. Por eso, el equipo central de Nym decidió llevar a cabo una investigación de I+D para ver qué podía hacer Nym para ayudar a Celestia y a otros a crear una experiencia de cadena de bloques más privada.

Solución de muestreo anónimo de Nym

Nym Technologies propone integrar su infraestructura con redes modulares, aprovechando la red mixta de Nym como una capa de anonimización para hacer frente a los ataques de divulgación selectiva mediante el muestreo de disponibilidad de datos privados (P-DAS).

P-DAS permite realizar solicitudes a través de la red Nym Mixnet, desacoplando la solicitud del solicitante, lo que garantiza que este no pueda ser objeto de ataques. Este método ofrece un enfoque seguro y que preserva la privacidad para el muestreo de la disponibilidad de datos, lo que permite a los nodos verificar la disponibilidad de los datos sin exponerse a ataques maliciosos.

Una integración con Nym Mixnet podría ofrecer varias ventajas clave:

• Un módulo de muestreo de disponibilidad de datos anonimizados compatible con la red mixta Nym, que garantiza la verificación de datos preservando la privacidad
• Prevención de ataques de divulgación selectiva al enrutar el tráfico cifrado a través de la red mixta Nym, ocultando la actividad del usuario y manteniendo al mismo tiempo la integridad de los datos mediante técnicas como el tráfico de cobertura, el mezclado y la ofuscación temporal
• Optimización del rendimiento mediante simulaciones para determinar los parámetros ideales de la red mixnet con el fin de equilibrar rendimiento y seguridad

La integración de Mixnet reforzaría la seguridad de los datos en las redes modulares, haciéndolas más resistentes a la manipulación y protegiendo al mismo tiempo la privacidad de los usuarios. La investigación de Nym seguirá trabajando para ofrecer una protección sólida de cara a un futuro modular.

¡Estad atentos a más novedades sobre el proyecto!

---

Únete a la comunidad Nym

Telegram // Elemento // Twitter

Privacidad ama compañía

English // 中文 // Русский // Türkçe // Embestida ́ng Vietambién // 日本 // Française // Español // Português // 한국인