Khoa học phổ thông: Một số phương pháp bảo vệ khóa xác minh

Tiêu đề gốc: "Khoa học phổ biến | Một số phương pháp bảo vệ khóa xác minh"

Nguồn gốc: Những người đam mê Ethereum

Chúng tôi cho rằng người đọc hiểu rõ nhất về người xác minh. Cơ bản hiểu biết, bao gồm nhưng không giới hạn ở các khái niệm như "người xác minh là gì", "tại sao họ cần khóa" và "họ thường yêu cầu những thao tác nào".

Khóa xác thực là gì?

Trong ETH 2.0, khóa xác minh được sử dụng để xác định trình xác minh nào của thông báo liên quan do . Người xác thực cần gửi những tin nhắn này để nhận phần thưởng (và tránh bị phạt).

Rủi ro của khóa trình xác thực rất khó đo lường: bản thân khóa trình xác thực không thể được sử dụng để truy cập vào nội dung. Do đó, ngay cả khi kẻ tấn công lấy được khóa xác thực của bạn, chúng cũng không thể trực tiếp đánh cắp tài sản. Tuy nhiên, họ có thể thu lợi gián tiếp thông qua tống tiền1 và hơn thế nữa, thậm chí có thể quan tâm đến việc khiến bạn mất tiền hơn là tự kiếm tiền2. Do đó, chúng tôi thường coi các yêu cầu bảo mật của khóa xác thực là cao.

- Hình 1: Yêu cầu bảo mật của trình xác minh-

Tuy nhiên, không giống như khóa rút tiền (bạn có thể lưu ngoại tuyến), khóa trình xác thực cần phải có sẵn vì trình xác thực luôn có sẵn mỗi thời điểm (khoảng 6,5 phút) Nhiều tin nhắn phải được ký. Vì vậy, nhu cầu truy cập vào validator key cũng rất cao.


- Hình 2: Yêu cầu truy cập của khóa xác minh-

Do đó, chúng tôi rơi vào tình thế khó xử: Theo truyền thống, việc đáp ứng đồng thời các yêu cầu về bảo mật và khả năng truy cập rất khó đạt được vì việc tăng cường bảo mật có xu hướng làm giảm khả năng truy cập. Khả năng truy cập và ngược lại.


- Hình 3: Yêu cầu kép đối với khóa xác minh-

Để đáp ứng nhu cầu kép về bảo mật và khả năng truy cập, chúng tôi cần thực hiện các biện pháp nâng cao hơn để đáp ứng cả hai khía cạnh ở mức độ cao mà không cần phải thỏa hiệp lớn. Điều này có thể đạt được thông qua việc phân lớp. Mục đích của bài viết này là khám phá các tính năng được cung cấp bởi mỗi lớp và hiểu những tính năng nào áp dụng hoặc không áp dụng cho thiết lập trình xác thực.

Cặp khóa trong Eth2 có khóa chung và khóa riêng. Vì mục đích của bài viết này, từ "khóa" được sử dụng xuyên suốt bài viết này đề cập đến cái thường được gọi là khóa riêng; nếu nó đề cập đến khóa chung, nó sẽ được nêu rõ ràng.

(Lưu ý của người dịch: khóa xác thực và khóa rút tiền là các cặp khóa, cả hai đều được chia thành khóa chung và khóa riêng. Khóa chung là It được sử dụng để đăng ký trên chuỗi Eth1 và có thể được công khai; khóa riêng thực sự được sử dụng bởi chính người xác minh và không thể công khai. Nếu nó được công khai, tài sản của anh ta và người xác minh sẽ hoàn toàn bị kiểm soát bởi người khác.)

Mục tiêu và phân lớp

Đầu tiên, chúng ta cần xác định mục tiêu của kẻ tấn công và người dùng. Bây giờ chúng ta đã biết lý do tại sao chúng ta muốn bảo vệ khóa của trình xác thực, chúng ta có thể nghĩ về mức độ mà mỗi tính năng có thể đạt được mục tiêu này. Trước hết, mục tiêu của kẻ tấn công có thể được xác định là:

Mục tiêu của kẻ tấn công là có thể kiểm tra cùng một thông báo như target khi ký một tin nhắn Chữ ký tương ứng với khóa chung của người xác minh (nghĩa là chữ ký của người xác minh trên một tin nhắn nhất định có thể bị giả mạo).

Tất nhiên, nếu đây là mục tiêu duy nhất thì chỉ cần phá hủy khóa xác thực sẽ ngăn chặn kẻ tấn công. Tuy nhiên, điều này hoàn toàn không giúp ích gì cho người dùng. Vì vậy, mục tiêu thứ hai chúng ta cần xem xét, đó là mục tiêu của người dùng, có thể được xác định là:

Mục tiêu của người dùng chỉ là Sign tin tốt, đừng ký tin xấu.

Đối với mục đích của bài viết này, tin tức lý tưởng là những tin tức có thể nhận được phần thưởng và tin xấu là những tin tức kích hoạt các sự kiện chặt chém . 3 tin tức.

Lưu ý rằng kẻ tấn công chỉ cần ký bất kỳ tin nhắn nào để đạt được mục tiêu của mình, còn mục tiêu của người dùng là kiên trì. Sự bất đối xứng này là một đặc điểm của hệ thống bảo mật, tức là kẻ tấn công chỉ phải thắng một lần, trong khi người dùng cần phải thắng mọi lần.

Để làm được điều này, chúng tôi cần một hệ thống bao gồm các lớp khác nhau hoặc các chức năng độc lập để cung cấp khả năng bảo mật nâng cao hoặc độ tin cậy nâng cao. Khả năng truy cập và cả hai điều này có thể được kết hợp để đạt được cấp độ cao hơn với nhau. Một mô hình bảo mật tốt yêu cầu nhiều lớp, mỗi lớp (riêng lẻ hoặc kết hợp với các lớp khác) cung cấp một số đảm bảo hoặc sao lưu cho các lớp khác và có đủ lớp để cung cấp khả năng truy cập, đảm bảo rằng mục tiêu của người dùng có thể đạt được. Xin lưu ý rằng bài viết này tập trung vào bảo vệ kỹ thuật: bảo mật ở các cấp độ khác (ví dụ: hoạt động và xã hội) nằm ngoài phạm vi của bài viết này, mặc dù chúng là một phần quan trọng của bất kỳ mô hình bảo mật nào và cần được triển khai bằng các giải pháp tương ứng.

Phân lớp

Để thảo luận về cách bảo vệ khóa xác minh, trước tiên chúng ta hãy thực hiện một minh họa đơn giản:


- Hình 4: Khóa xác thực-

Với ETH 2.0 Giống như tất cả khóa, khóa xác minh cũng là một chuỗi số 4. Nếu người xác thực lưu trữ khóa xác thực mà không thực hiện bất kỳ biện pháp bảo vệ nào thì kẻ tấn công có thể dễ dàng lấy được khóa và đạt được mục tiêu của chúng. Những người sau đây có thể lấy khóa chứng nhận:

- Bất kỳ ai có quyền truy cập vào tài khoản máy tính đang chạy ứng dụng khách chứng nhận span>

- Bất kỳ ai được ủy quyền truy cập vào máy tính đang chạy ứng dụng khách xác thực

- Bất kỳ ai có quyền truy cập vật lý vào máy tính đang chạy ứng dụng khách trình xác thực

- Bất kỳ ai có quyền truy cập vật lý vào máy tính chạy ứng dụng xác thực xác thực Người thao tác dữ liệu trên máy tính của khách hàng (ví dụ: sao lưu dữ liệu)

Do đó, người dùng không thể đạt được mục tiêu của anh ấy hoặc cô ấy (tức là Không ký tin xấu). Vì vậy, trước tiên chúng ta cần bảo vệ khóa của trình xác minh thông qua mã hóa:



- Hình 5: Mã hóa trình xác minh key -

Chúng tôi có thể mã hóa khóa xác minh theo một số cách, ví dụ: tiêu chuẩn EIP-2335 5. Khi khóa xác minh được mã hóa, khóa không thể được giải mã trừ khi kẻ tấn công có mật khẩu mã hóa (cụm mật khẩu) 6. Bằng cách này, khóa chứng nhận được bảo vệ tốt (cho dù nó được lưu trữ trong ứng dụng khách chứng nhận hay trong bản sao lưu dữ liệu).

Thoạt nhìn, có vẻ như kẻ tấn công không có cách nào để đạt được mục tiêu của mình. Tuy nhiên, người dùng không có cách nào để đạt được mục tiêu của mình, vì họ không thể ký vào tin nhắn mong muốn nữa: khóa được mã hóa là vô dụng đối với cả người dùng và kẻ tấn công, vì trước tiên người dùng phải giải mã nó, sau đó nó có thể được sử dụng để ký. tin nhắn. Trong trường hợp này, quá trình xác minh phải bao gồm bước truy cập mật khẩu giải mã. Giờ đây, quy trình xác thực đã có quyền truy cập vào mật khẩu đã được giải mã, kẻ tấn công cũng có thể truy cập vào mật khẩu đó, đặc biệt nếu mật khẩu được giải mã được lưu trữ trên máy khách của trình xác thực, điều này có thể bị xâm phạm.

Do đó, bản thân sự thay đổi này không phải là một ý tưởng hay. Tuy nhiên, nếu kết hợp nó với lớp thứ hai, chúng ta có thể cung cấp khả năng bảo vệ mạnh mẽ hơn nữa:

- Hình 6 : Mật khẩu từ xa -

Nếu mật khẩu giải mã được lưu trữ từ xa, việc mã hóa khóa xác thực sẽ mang lại khả năng bảo vệ mạnh mẽ hơn7. Vì mật khẩu không còn được lưu trữ trong máy khách xác thực nên kẻ tấn công không thể lấy được khóa riêng không được mã hóa từ dữ liệu đĩa. Kẻ tấn công chỉ có thể khởi động các cuộc tấn công phức tạp hơn, chẳng hạn như lấy khóa được giải mã từ bộ nhớ hoặc mạo danh quy trình máy khách của trình xác thực để lấy khóa được giải mã.

Mặc dù cuộc tấn công khó khăn hơn nhưng các cuộc tấn công phức tạp vẫn có thể lấy được khóa xác minh. Ngoài ra, người dùng vẫn có thể vô tình đăng ký nhận những tin nhắn xấu. Do đó, chúng tôi có thể cải thiện tính bảo mật và khả năng truy cập cho người dùng bằng cách thêm lớp người ký từ xa.


- Hình 7: Remote Signer-

Người ký từ xa tách chức năng cốt lõi của ứng dụng khách xác thực: xác định dữ liệu để đưa vào tin nhắn, ký tin nhắn và gửi tin nhắn đến mạng ETH 2.0. Chức năng thứ nhất và thứ ba vẫn nằm trong tay ứng dụng xác nhận và chức năng thứ hai được thực hiện bởi người ký từ xa. Người ký từ xa cũng giới thiệu một cơ chế bảo vệ gạch chéo, có thể xác định tin nhắn nào tốt và tin nhắn nào xấu và ký hoặc từ chối chúng.

Làm cách nào để ngăn chặn kẻ tấn công chuyển mục tiêu tấn công từ ứng dụng khách xác thực sang người ký từ xa? Đầu tiên, người ký có thể có độ bảo mật cao hơn máy khách xác minh. Máy khách xác thực cần thực hiện nhiều tác vụ, bao gồm liên lạc với các thành phần khác của mạng ETH 2.0, chẳng hạn như các nút báo hiệu. Những thông tin liên lạc này có thể cung cấp cho kẻ tấn công thông tin và bề mặt tấn công. Vì người ký chỉ liên lạc với khách hàng của người xác thực nên hoạt động của họ phải chịu nhiều hạn chế, điều này mang lại sự bảo mật cao hơn cho máy chủ của cả hai bên.

Thứ hai, người ký từ xa mang lại những lợi ích khác cho người dùng. Giờ đây, cùng một người ký từ xa có thể giao tiếp với nhiều máy khách xác thực, cho phép chúng tôi tạo cơ sở hạ tầng máy khách xác thực có tính sẵn sàng cao. Người ký từ xa đảm bảo rằng máy khách xác thực không ký bất kỳ tin nhắn xấu nào.

Tuy nhiên, trên thực tế, người ký từ xa có một vấn đề lỗi duy nhất: nếu người ký từ xa bị tấn công hoặc thất bại, người dùng sẽ Ngay cả tin nhắn lý tưởng cũng không thể được ký. Có cách nào giúp người ký từ xa có khả năng chống lại các cuộc tấn công tốt hơn mà không mất bất kỳ lợi ích nào ở trên không?


- Hình 8: Chữ ký ngưỡng-

Chúng tôi cũng có thể xây dựng một lớp chữ ký ngưỡng khác dựa trên các cấp độ trên để tăng cường hơn nữa tính bảo mật và khả năng truy cập. Khóa của trình xác minh cần được xử lý bằng quy trình tách khóa Shamir, tức là sử dụng khóa riêng của trình xác minh để tạo nhiều khóa rồi gửi chúng đến người ký từ xa.


- Hình 9: Tách khóa Shamir-

Bây giờ, mỗi người ký từ xa nắm giữ một khóa được tạo bởi khóa riêng của người xác minh và chỉ một số người ký từ xa mới có thể tạo chữ ký hợp lệ, cái gọi là chữ ký ngưỡng (chữ ký ngưỡng). Giả sử có 3 người ký từ xa, 2 trong số đó cung cấp chữ ký riêng để tạo chữ ký tổng hợp, như minh họa trong hình sau:


- Hình 10: Tạo chữ ký tổng hợp-

Biểu thức chữ ký ngưỡng thường được viết là m/n, tức là giả sử có tổng cộng n chữ ký, thì cần có m chữ ký bất kỳ để tạo chữ ký hợp lệ. Nếu ngưỡng là 2/3 thì có thể sử dụng hai chữ ký bất kỳ để tạo chữ ký hợp lệ.

Sau khi giới thiệu chữ ký ngưỡng, ngay cả khi một máy chủ 8 bị lỗi, người dùng vẫn có thể ký các tin nhắn lý tưởng và sẽ không có sự gia tăng nào trong người dùng vô ý Xác suất ký một tin nhắn xấu giữa các lần. Do không thể loại bỏ khả năng xảy ra lỗi phần cứng, phần mềm và vận hành, chữ ký ngưỡng thực sự là một chức năng của cơ sở hạ tầng xác minh linh hoạt.

Mặc dù cơ chế chữ ký ngưỡng sẽ mang lại sự bảo mật bổ sung nhưng nó có hai nhược điểm lớn. Đầu tiên, việc phân phối khóa không thể ngăn chặn các cuộc tấn công dài hạn: giả sử ngưỡng là 2/3, nếu một người ký bị xâm phạm thì toàn bộ cơ chế sẽ để lại lỗ hổng vĩnh viễn, chỉ cần một người ký khác bị xâm phạm thì kẻ tấn công có thể đạt được mục tiêu. Thứ hai, kẻ tấn công có thể lấy được khóa trước khi quá trình phân phối khóa bắt đầu, khiến toàn bộ cơ chế trở nên vô nghĩa. Việc tạo khóa phân tán có thể giải quyết hai vấn đề này một cách nhanh chóng:


- Hình 11: Tạo khóa phân tán-

Tạo khóa phân tán là một chủ đề tương đối phức tạp. Cách thức hoạt động của nó nằm ngoài phạm vi của bài viết này. Tuy nhiên, chúng tôi sẽ cung cấp một mô tả chức năng ngắn gọn về cách nó khắc phục những hạn chế của chữ ký ngưỡng đơn giản.

Trước khi bắt đầu tạo khóa phân phối, trước tiên người dùng phải xác định giá trị ngưỡng, chẳng hạn như 2/3. Họ có thể chọn 3 người ký từ xa và bắt đầu quá trình tạo. 3 người ký từ xa này sẽ tạo khóa riêng thông qua Key Manager 9, khóa này không được chia sẻ với người dùng hoặc bất kỳ người ký nào khác, cũng như một số thông tin công khai. Khóa công khai tổng hợp được tạo bằng cách kết hợp thông tin công khai từ 3 người ký.


- Hình 12: Tạo khóa công khai tổng hợp-

Bạn chỉ cần 2 trong 3 người ký bất kỳ để tạo chữ ký, tương tự như chữ ký ngưỡng đơn giản.


- Hình 13: Một nhóm người ký tên vào tin nhắn-

Nếu một người ký không khả dụng, chẳng hạn vì nó đang ngoại tuyến để bảo trì hoặc đang bị tấn công, thì chữ ký cũng có thể được tạo bởi hai người ký khác.


- Hình 14: Một nhóm người ký khác đang ký tin nhắn-

Có thể thấy rằng việc tạo khóa phân tán có những ưu điểm tương tự như chữ ký ngưỡng đơn giản và có thể tránh được rủi ro phải phân phối khóa ngay từ đầu. Tuy nhiên, vấn đề người ký bị xâm phạm để lại lỗ hổng vĩnh viễn vẫn còn. Có thủ thuật nào khác để tạo khóa phân tán không?

Có, đó là "cập nhật khóa". Cập nhật khóa có nghĩa là hủy khóa hiện có và tạo lại khóa mới bởi mỗi người ký. Khóa mới được tạo vẫn giữ nguyên các thuộc tính của khóa gốc, nghĩa là có thể kết hợp hai khóa bất kỳ để tạo chữ ký hợp lệ. Khóa mới không liên quan đến khóa gốc nên không thể tính khóa mới từ khóa gốc.


- Hình 15: Cập nhật chính-

Nếu một người ký bị xâm phạm, những người ký khác có thể kích hoạt cập nhật khóa. Khóa cũ và khóa mới không thể kết hợp để tạo ra chữ ký hợp lệ. Bằng cách này, chìa khóa bị kẻ tấn công đánh cắp sẽ trở nên vô dụng.


- Hình 16: Tấn công thất bại-

Có thể thực hiện cập nhật khóa nhiều lần để ngăn chặn nhiều người ký bị tấn công.

Các điểm khác cần xem xét

Bảo mật là một khái niệm lớn. Phần trên giải thích khả năng và lợi ích của các lớp bảo mật khác nhau và không đề xuất bất kỳ giải pháp hoàn hảo hoặc thậm chí tối ưu nào. Có nhiều điểm cần cân nhắc khi bảo vệ khóa xác thực, chẳng hạn như:

Ví phần cứng

Ví phần cứng hỗ trợ BLS12-381 dự kiến sẽ sớm xuất hiện trực tuyến. Ví phần cứng có thể thay thế các hệ thống lưu trữ đĩa đơn giản được sử dụng bên dưới. Nhưng theo cách này, chúng tôi có thể không thể giới thiệu các công nghệ tiên tiến như tạo khóa phân tán.

Tiết kiệm chi phí

Bất kỳ giải pháp nào liên quan đến bảo mật đều có thể tốn rất nhiều tiền chỉ để cải thiện một chút bảo mật. Mỗi người dùng cần quyết định những cuộc tấn công nào họ muốn bảo vệ và mức giá họ sẵn sàng trả cho nó.

Lưu trữ từ xa các khóa chứng nhận

Lưu trữ mật khẩu từ xa đã được thảo luận ở trên. Nhưng việc lưu trữ từ xa các khóa xác thực có mang lại những lợi thế khác không (hay ngược lại)? Mặc dù nó không tăng cường bảo mật nhưng nó sẽ có lợi cho người dùng bằng cách cho phép các máy khách xác thực phục hồi nhanh hơn trong trường hợp xảy ra lỗi phần cứng. Tuy nhiên, lưu trữ từ xa cũng gây ra những rủi ro bổ sung, vì lưu trữ từ xa phải được cấu hình đúng cách để đảm bảo rằng chỉ những người được phép mới có thể truy cập vào khóa.

Khóa chứng nhận dự phòng

Mặc dù bài viết này tập trung vào cách bảo vệ khóa của trình xác thực khỏi các cuộc tấn công, nhưng lý do đằng sau hầu hết các sự cố mất khóa của trình xác thực thực ra rất bình thường. Phổ biến nhất là mất phần cứng lưu trữ chìa khóa. Người dùng cần có chiến lược dự phòng và họ cần biết rằng khi kẻ tấn công lấy được khóa dự phòng, họ có thể ký chữ ký tương ứng với khóa chung của người xác minh trên bất kỳ tin nhắn nào. Chúng ta nên thực hiện các bước thích hợp để đảm bảo rằng kẻ tấn công không thể truy cập vào các khóa xác thực được sao lưu. Lý tưởng nhất là các khóa này sẽ được lưu trữ hoàn toàn ngoại tuyến, không người ngoài nào có thể truy cập vào thiết bị lưu trữ.

Nhiều khóa xác thực

Nếu có nhiều khóa xác thực, liệu có bất kỳ mối quan hệ nào giữa chúng hoặc với các khóa rút tiền tương ứng không? Ví dụ: việc sao lưu nhiều khóa xác thực vào một hạt giống thực sự thuận tiện hơn khi sử dụng nhưng nó không mang lại lợi ích bảo mật. Người dùng nên cân nhắc xem liệu họ có muốn có toàn quyền kiểm soát các khóa xác thực ở bất kỳ giai đoạn nào hay không và lên kế hoạch cho phù hợp.

Kết luận

Bài viết này cung cấp một số cách để bảo vệ khóa của trình xác thực trong khi vẫn đảm bảo chúng có thể được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ xác minh.

Mỗi người dùng nên cân nhắc mức độ bảo mật mà họ muốn cung cấp cũng như các bước họ nên thực hiện. Cần lưu ý rằng khóa xác thực không kiểm soát tiền, vì vậy kẻ tấn công đánh cắp khóa xác thực sẽ không thể thu được bất kỳ lợi ích trực tiếp nào10.

Bài viết này khám phá cách bảo vệ khóa xác minh từ góc độ kỹ thuật thuần túy. Chúng ta cũng nên xem xét nhu cầu vận hành và an toàn xã hội. Nếu muốn bảo vệ hoàn toàn khóa xác thực, bạn cần xem xét tất cả các khía cạnh này.

Ngoài ra, bạn có thể sử dụng dịch vụ đặt cược cung cấp loại chức năng này. Lưu ý đến công nghệ, rủi ro và quản lý tiền, Attestant đang xây dựng phần cứng, phần mềm và dịch vụ vận hành để cung cấp dịch vụ đặt cược cấp tổ chức giúp bạn luôn kiểm soát tiền của mình.

Chú thích cuối trang

1. "Giao tiền chuộc, nếu không bạn sẽ bị mất."

2. Thông qua "Cuộc tấn công ngón tay vàng ( Goldfinger) tấn công" hoặc kết hợp một cuộc tấn công có quy mô phù hợp với các công cụ phái sinh ETH, điều này có thể có tác động gián tiếp đến tài sản của kẻ tấn công.

3. Sự kiện cắt giảm đề cập đến thực tế là nếu trình xác thực gây hại cho mạng ETH 2.0 thì một phần lớn tài sản thế chấp sẽ bị mất. .

4. Phạm vi của nó nằm trong khoảng từ 1 đến 52.435.875.175.126.190.479.447.740.508.185.965.837.690.552.500.527.637.822.603.658.699.938, Giữa 581 ,184.512.

5. Tính đến thời điểm viết bài, tiêu chuẩn EIP-2335 vẫn đang trong giai đoạn soạn thảo, nhưng đã có rất nhiều ETH Trình tạo khóa 2.0 trong Sử dụng tiêu chuẩn này.

6. Chúng tôi cho rằng mật khẩu đủ mạnh và không thể bị ép buộc một cách thô bạo.

7. Ví dụ này là ví dụ điển hình về cách kết hợp hai lớp để mang lại mức độ bảo mật cao hơn.

8. Các biến thể khác của chữ ký ngưỡng có thể cải thiện tính dư thừa.

9. Chúng tôi sử dụng thuật ngữ trình quản lý khóa để chỉ các máy chủ từ xa hoạt động nhiều hơn là chỉ ký .

10. Cũng cần lưu ý rằng những kẻ tấn công tiềm năng không nhất thiết phải biết về thực tế này.

Liên kết gốc: https://mp.weixin.qq.com

Chào mừng bạn tham gia cộng đồng chính thức của BlockBeats:

Nhóm Telegram đăng ký: https://t.me/theblockbeats

Nhóm Telegram thảo luận: https://t.me/BlockBeats_App

Tài khoản Twitter chính thức: https://twitter.com/BlockBeatsAsia