Scalare le blockchain in modo sicuro

Verifica della disponibilità dei dati

La disponibilità dei dati si riferisce alla garanzia che tutti i dati contenuti in un blocco della blockchain siano stati correttamente pubblicati e siano accessibili quando necessario dalla rete. Ciò garantisce che tutte le informazioni necessarie relative a un blocco siano disponibili per i nodi da scaricare e verificare, in modo che la rete possa convalidare la correttezza e la completezza delle transazioni e dello stato del blocco.

Nei sistemi blockchain, la verifica della disponibilità dei dati è fondamentale per impedire che soggetti malintenzionati nascondano o trattengano parti dei dati di un blocco, pur continuando a dichiararlo valido. In assenza di disponibilità dei dati, un blocco potrebbe essere aggiunto alla catena con dati mancanti o incompleti, portando potenzialmente a transazioni non valide, rischi per la sicurezza e uno stato incoerente in tutta la rete.

Le blockchain tradizionali richiedono agli utenti (che eseguono nodi completi) di verificare tutti i dati sincronizzando l’intera catena. Ma garantire la disponibilità dei dati può essere difficile, soprattutto con l’aumentare delle dimensioni dei blocchi.

Tecniche come il campionamento della disponibilità dei dati consentono ai nodi leggeri di verificare la disponibilità dei dati senza scaricare l’intero blocco, rendendo la verifica della disponibilità dei dati complessivamente più efficiente. Le blockchain moderne adottano questo approccio per verificare la disponibilità dei dati con meno risorse. Celestia è l’esempio di spicco nell’uso della disponibilità dei dati per alimentare tutte le catene moderne.

Meccanismi di scalabilità, sicuri e non sicuri

Esistono diversi modi per ottenere la verifica della disponibilità dei dati con diversi livelli di sicurezza:

Full Nodes (massima sicurezza)

I nodi completi verificano tutti i dati scaricando l’intera catena per garantire la massima sicurezza, rifiutando i blocchi incompleti. Questa soluzione di base, tuttavia, diventa sempre più inefficiente all’aumentare delle dimensioni dei blocchi. Dopotutto, per svolgere questo lavoro di verifica occorrono risorse fisiche e finanziarie.

Nessuna garanzia di disponibilità dei dati (sicurezza zero)

Non vi è alcuna garanzia che i dati siano disponibili, ma solo un impegno (come gli URI IPFS). Questo potrebbe essere sufficiente per scenari come gli NFT, dove la sicurezza non è richiesta, ma non è certamente una soluzione per la maggior parte delle transazioni sulla blockchain con interessi reali.

Comitato per la disponibilità dei dati

Attraverso una maggioranza onesta, un comitato ristretto garantisce la disponibilità dei dati, bilanciando così la disponibilità dei dati con le prestazioni.

Comitato per la disponibilità dei dati con sicurezza criptoeconomica

Anche questo metodo deve affrontare lo stesso problema di scalabilità, poiché i membri del comitato devono gestire un carico di dati sempre maggiore per eseguire le operazioni di verifica. Per ovviare a ciò, i comitati possono anche essere “incentivati dal punto di vista cripto-economico”, ovvero ricevere token in proporzione al lavoro di verifica svolto.

I comitati possono inoltre essere penalizzati (“slashed” o “halted”) in caso di disonestà, aumentando così la sicurezza complessiva. Ciò funziona quando il comitato fa parte del meccanismo di consenso della catena.

Light nodes

L’introduzione di light node in questo quadro può inoltre consentire di effettuare controlli sulla disponibilità dei dati, riducendo così ulteriormente il fabbisogno di risorse. Ci sono due modi per farlo:

1. Campionamento della disponibilità dei dati senza una minoranza onesta di nodi leggeri: I nodi leggeri utilizzano tecniche di campionamento per verificare i dati senza scaricare l’intero blocco, ma non possono garantire il recupero completo dei dati se alcuni dati mancano. Ciò si basa sul comitato di disponibilità dei dati e sulle interfacce di campionamento.
2. Campionamento della disponibilità dei dati con una minoranza onesta di nodi leggeri: se è presente una minoranza di nodi leggeri onesti, questi possono ricostruire un blocco qualora alcuni dati vengano trattenuti per migliorare la sicurezza. Si noti che è necessaria una rete sincrona affinché i nodi possano condividere i dati in modo efficace.

Campionamento della disponibilità dei dati non collegabili

Questo livello avanzato impedisce attacchi mirati (come la divulgazione selettiva di share, di cui parleremo in seguito) rendendo le richieste provenienti dai nodi leggeri non collegabili e uniformemente casuali. Ciò richiederebbe ulteriori progressi nelle tecnologie di anonimizzazione, ed è qui che entra in gioco la soluzione di Nym.

Ma innanzitutto, cosa rende esattamente queste soluzioni precedenti inadeguate e vulnerabili?

Il problema: attacchi di divulgazione selettiva

Un attacco di divulgazione selettiva è un tipo di attacco alla disponibilità dei dati in cui un avversario malintenzionato cerca di convincere un nodo (o più nodi) che i dati di un blocco siano completamente disponibili quando, in realtà, una parte di essi è stata omessa. Questo rende di fatto il blocco incompleto o irrecuperabile.

L’obiettivo dell’attaccante è manipolare il processo di verifica rispondendo in modo selettivo alle richieste di dati a blocchi in una rete peer-to-peer. Alla fine, rompe il consenso, crea un fork della catena e compromette le transazioni reali e la fiducia generale.

Ecco quindi come funziona, sulla base delle conoscenze attuali.

Panoramica dell’attacco

L’attacco presenta due componenti simultanee:

1. L’avversario trattiene una quantità sufficiente di parti di dati dal blocco in modo che esso non possa essere ricostruito dalla rete, rendendo il blocco indisponibile.
2. Contemporaneamente, l’avversario risponde in modo selettivo alle richieste provenienti dai nodi leggeri di destinazione, in modo che questi credano che il blocco sia disponibile.

Meccanismo dell’attacco

La rete si basa sul campionamento della disponibilità dei dati (DAS), in cui i nodi leggeri richiedono campioni casuali di dati di blocco ad altri nodi per verificarne la disponibilità.

• In un attacco di divulgazione selettiva, l’avversario identifica una porzione dei dati del blocco da nascondere, assicurandosi che il blocco non possa essere ricostruito.
• Tuttavia, l’avversario risponde in modo selettivo alle richieste dei nodi onesti, come i light client, fornendo dati provenienti dalle quote che non sono state trattenute. Questo crea la falsa impressione che il blocco sia completamente disponibile.

Sfide per i nodi onesti

• Poiché i nodi ostili sono indistinguibili da quelli onesti e rispondono correttamente quando vengono interrogati, non possono essere inseriti nella lista nera a meno che non vengano rilevati.
• I nodi onesti effettuano richieste campione e le risposte dell’avversario appaiono valide perché i dati nascosti sono occultati dalle query specifiche dei nodi onesti.

Due soluzioni

1. Una contromisura suggerita consiste nell’aggiungere un livello di anonimizzazione in cui la fonte di ciascuna richiesta campione non possa essere collegata al client (nodo leggero) e le richieste vengano elaborate in ordine casuale all’interno della rete. Ciò impedisce all’avversario di prendere di mira nodi specifici con una divulgazione selettiva.
2. Un altro approccio consiste nel garantire che ogni nodo effettui un numero sufficiente di richieste (aumentando le possibilità di individuare i dati nascosti) oppure nell’affidarsi a un numero di nodi sufficientemente ampio da coprire le quote mancanti.

Risultati della simulazione

• Se un client effettua un numero ridotto di richieste (ad esempio, 15), la probabilità di un attacco riuscito è relativamente alta (~0,0133) — l'avversario potrebbe ingannare il client dopo circa 75 tentativi.
• Man mano che il numero di query per cliente aumenta (ad esempio, a 50 query), la probabilità che l’attacco abbia successo cala drasticamente (fino a quasi 0).
• Allo stesso modo, prendere di mira un numero maggiore di clienti aumenta il tasso di successo dell’attacco, ma la probabilità diminuisce all’aumentare del numero di query.

Sintesi del problema

L'attacco di divulgazione selettiva manipola il campionamento della disponibilità dei dati rivelando selettivamente i dati a nodi specifici, convincendoli che il blocco sia completamente disponibile. Le contromisure prevedono l’uso di (1) tecniche di anonimizzazione e (2) la garanzia che i clienti effettuino un numero sufficiente di query casuali per rilevare i dati mancanti.

Possibili soluzioni esaminate

In una “Valutazione delle reti private per Celestia”, i ricercatori hanno analizzato diverse possibili soluzioni per aggiungere un livello di anonimato alla blockchain di Celestia. Tra le possibili soluzioni di rete privata figuravano:

• Una rete overlay Tor con Snowflake per mascherare il traffico Tor con WebRTC e impedire le intercettazioni
• l’integrazione di Mixnet, come ad esempio Loopix di Nym, per l’anonimizzazione del traffico
• tolleranze di latenza che implementano ritardi casuali nel traffico per desincronizzare le richieste dei client
• Traffico di copertura o traffico fittizio per nascondere i reali modelli di query
• L’uso delle VPN per una protezione aggiuntiva

Ciascuna di queste soluzioni presenta vantaggi e svantaggi (ad esempio, in termini di possibile latenza).

Mettendo da parte i vantaggi e i numerosi problemi posti da un overlay Tor, è importante notare che molte di queste soluzioni fondamentali sono tecniche di rete (ad esempio traffico di copertura e ritardi casuali) già in uso con la Mixnet Nym. Pertanto, il team principale di Nym ha deciso di avviare un’indagine di ricerca e sviluppo per capire cosa Nym potesse fare per aiutare Celestia e altri a creare un’esperienza blockchain più riservata.

Soluzione di campionamento anonimo di Nym

Nym Technologies propone di integrare la propria infrastruttura con reti modulari, sfruttando la Mixnet di Nym come livello di anonimizzazione per contrastare gli attacchi di divulgazione selettiva attraverso il Private Data Availability Sampling (P-DAS).

P-DAS consente di effettuare richieste tramite la rete Nym Mixnet, dissociando la richiesta dal richiedente, il che garantisce che quest’ultimo non possa essere preso di mira. Questo metodo fornisce un approccio sicuro e che preserva la privacy al campionamento della disponibilità dei dati, consentendo ai nodi di verificare la disponibilità dei dati senza esporsi ad attacchi ostili.

Un’integrazione con Nym Mixnet potrebbe offrire diversi vantaggi chiave:

• Un modulo Anonymized Data Availability Sampling compatibile con la Mixnet Nym, che garantisce la verifica dei dati nel rispetto della privacy
• prevenire gli attacchi di divulgazione selettiva instradando il traffico crittografato attraverso la Mixnet Nym, oscurando l’attività degli utenti pur mantenendo l’integrità dei dati tramite tecniche quali il traffico di copertura, il mixing e l’offuscamento temporale
• Ottimizzazione delle prestazioni tramite simulazioni per determinare i parametri ideali della Mixnet, al fine di bilanciare prestazioni e sicurezza

L’integrazione di Mixnet rafforzerebbe la sicurezza dei dati per le reti modulari, rendendole più resistenti alla manipolazione e proteggendo al contempo la privacy degli utenti. La ricerca di Nym proseguirà il proprio lavoro per offrire una protezione solida in vista di un futuro modulare.

Restate sintonizzati per ulteriori aggiornamenti sul progetto!

---

Unisciti alla comunità di Nym

Telegram // Element // Twitter

La privacy ama la compagnia

Inglese // Cinese // Русский // Türkçe // Tiếng Việt // 日本 // Française // Español // Português // 한국인