Tecnologia del validatore distribuito

La tecnologia del validatore distribuito (DVT) è un approccio alla sicurezza del validatore che distribuisce le responsabilità di gestione delle chiavi e firma tra più parti, per ridurre i singoli punti di guasto e incrementare la resilienza del validatore.

Lo fa dividendo la chiave privata utilizzata per proteggere un validatore tra molti computer organizzati in un "cluster". Il vantaggio è che rende molto difficile, per gli utenti malevoli, l'ottenimento dell'accesso alla chiave, poiché non è memorizzata per intero su una singola macchina. Inoltre, consente a certi nodi di andare offline, poiché la firma necessaria è effettuabile da un sottoinsieme di macchine, in ogni cluster. Ciò riduce i singoli punti di guasto dalla rete, rendendo l'intero validatore più robusto.

Perché ci occorre la DVT?

Sicurezza

I validatori generano due coppie di chiavi pubblica-privata: le chiavi del validatore per partecipare al consenso e le chiavi di prelievo per accedere ai fondi. Mentre i validatori possono proteggere le chiavi di prelievo nell'archiviazione a freddo, le chiavi private del validatore devono essere sempre online. Se una chiave privata del validatore è compromessa, un utente malevolo può controllare il validatore, portando potenzialmente al frazionamento o alla perdita degli ETH dello staker. La DVT può aiutare a mitigare tale rischio. Ecco come:

Utilizzando la DVT, gli staker possono partecipare allo staking mantenendo la chiave privata del validatore in archiviazione a freddo. Ciò è possibile crittografando la chiave originale del validatore completo e quindi dividendola in parti. Le parti di chiave risiedono online e sono distribuite a più nodi, che consentono l'operazione distribuita del validatore. Ciò è possibile perché i validatori di Ethereum utilizzano le firme BLS, che sono additive, il che significa che la chiave intera è ricostruibile sommandone le parti componenti. Ciò consente allo staker di mantenere in sicurezza offline la chiave "principale" del validatore intera e originale.

Nessun punto di guasto singolo

Quando un validatore è diviso tra più operatori e macchine, può resistere a singoli guasti hardware e software, senza andare offline. Il rischio di guasti è inoltre riducibile utilizzando configurazioni hardware e software differenti tra i nodi di un cluster. Questa resilienza non è disponibile per le configurazioni del validatore a nodo singolo; proviene dal livello della DVT.

Se uno dei componenti di una macchina in un cluster si guasta (ad esempio, se ci sono quattro operatori in un cluster del validatore e uno utilizza un client specifico avente un bug), gli altri assicurano che il validatore resti in esecuzione.

Decentralizzazione

Lo scenario ideale per Ethereum è avere quanti più validatori operati indipendentemente possibili. Tuttavia, alcuni fornitori di staking sono diventati molto popolari e rappresentano una porzione sostanziale degli ETH in staking totali sulla rete. La DVT può consentire a questi operatori di esistere, preservando la decentralizzazione dello stake. Questo perché le chiavi per ogni validatore sono distribuite tra molte macchine, e sarebbe necessaria una collusione molto maggiore, affinché un validatore diventi dannoso.

Senza la DVT, è più facile per i fornitori di staking supportare soltanto una o due configurazioni del clirnt per tutti i loro validatori, incrementando l'impatto di un bug del client. La DVT è utilizzabile per diffondere il rischio tra più configurazioni del client e hardware differenti, creando resilienza tramite la diversità.

La DVT offre i seguenti benefici a Ethereum:

Decentralizzazione del consenso di proof-of-stake di Ethereum
Assicura la vitalità della rete
Crea la tolleranza ai guasti del validatore
Operazione del validatore a fiducia minimizzata
Rischi di inattività e frammentazione minimizzati
Migliora la diversità (client, data center, posizione, regolamentazione, ecc.)
Sicurezza migliorata della gestione della chiave del validatore

Come funziona la DVT?

Una soluzione DVT contiene i seguenti componenti:

Condivisione segreta di Shamir(opens in a new tab): I validatori utilizzano le chiavi BLS(opens in a new tab). Le singole "azioni chiave" BLS sono combinabili in una singola chiave aggregata (firma). Nella DVT, la chiave privata per un validatore è la firma BLS combinata di ogni operatore nel cluster.
Schema della firma di soglia(opens in a new tab): determina il numero di singole parti della chiave necessarie per firmare le azioni obbligatorie, es. 3 di 4.
Generazione della chiave distribuita (DKG)(opens in a new tab): processo crittografico che genera le parti di chiave ed è utilizzato per distribuire le parti di una chiave del validatore esistente o nuova ai nodi di un cluster.
Calcolo multiparte (MPC)(opens in a new tab): la chiave del validatore intera è generata in segreto utilizzando il calcolo multiparte. La chiave intera non è mai nota ad alcun singolo operatore, che ne conosce solo la propria parte (la propria "quota").
Protocollo del consenso: il protocollo del consenso seleziona un nodo affinché sia il propositore dei blocchi. Condividono il blocco con altri nodi nel cluster che aggiungono le proprie parti di chiave alla firma aggregata. Quando sono state aggregate abbastanza parti di chiave, il blocco viene proposto su Ethereum.

I validatori distribuiti hanno una tolleranza al guasto integrata e possono continuare a funzionare anche se alcuni nodi singoli sono offline. Ciò significa che il cluster è resiliente anche se alcuni dei nodi al suo interno risultano essere dannosi o "pigri".

Casi d'uso della DVT

La DVT ha implicazioni significative per il più ampio settore dello staking:

Staker in solo

Inoltre, la DVT consente lo staking non custodito, permettendoti di distribuire la chiave del tuo validatore tra i nodi remoti pur mantenendo la chiave completa interamente offline. Ciò significa che gli staker domestici non devono per forza sborsare per l'hardware distribuendo le parti di chiave che aiutano a rafforzarli contro potenziali attacchi.

Staking come servizio (SaaS)

Gli operatori (quali gruppi di staking e staker istituzionali) che gestiscono molti validatori, possono utilizzare la DVT per ridurre i propri rischi. Distribuendo la propria infrastruttura, possono aggiungere ridondanza alle proprie operazioni e diversificare i tipi di hardware che utilizzano.

La DVT condivide la responsabilità della gestione delle chiavi tra più nodi, a significare che anche i costi operativi sono condivisibili. La DVT, inoltre, può ridurre il rischio operativo e i costi assicurativi per i fornitori di staking.

Pool di staking

A causa delle configurazioni standard dei validatori, i gruppi di staking e i fornitori di staking liquido sono costretti ad avere livelli variabili di fiducia nel singolo operatore, poiché guadagni e perdite sono socializzati in tutto il gruppo. Inoltre, si affidano agli operatori per salvaguardare le chiavi di firma, poiché, finora, non c'erano altre opzioni per farlo.

Anche se, tradizionalmente, si compiono sforzi per suddividere il rischio distribuendo gli stake tra più operatori, ogni operatore gestisce ancora indipendentemente uno stake significativo. Affidarsi a un singolo operatore pone rischi immensi se ha performance ridotte, riscontra tempi di inattività, viene compromesso o agisce in modo dannoso.

Facendo leva sulla DVT, la fiducia degli operatori è richiesta molto meno. I gruppi possono consentire agli operatori di detenere stake senza necessitare della custodia delle chiavi del validatore (poiché soltanto le parti di chiave sono utilizzate). Inoltre, consente agli stake gestiti di essere distribuiti tra più operatori (es., invece di avere un singolo operatore che gestisce 1000 validatori, la DVT consente a tali validatori di essere eseguiti collettivamente da più operatori). Diverse configurazioni dell'operatore assicureranno che se un operatore dovesse divenire inattivo, gli altri potrebbero comunque attestare. Questo risulta in ridondanza e diversificazione, che comporta prestazioni e resilienza migliori, pur massimizzando le ricompense.

Un altro beneficio per minimizzare la fiducia del singolo operatore è che i gruppi di staking possono consentire una partecipazione dell'operatore più aperta e priva di autorizzazioni. Così, i servizi possono ridurre il rischio e supportare la decentralizzazione di Ethereum, utilizzando serie di operatori curate e prive di autorizzazioni, ad esempio associando gli staker domestici o minori a quelli più grandi.

Potenziali svantaggi dell'utilizzo della DVT

Componente aggiuntivo: introdurre un nodo DVT aggiunge un'altra parte che potrebbe essere difettosa o vulnerabile. Un modo per mitigare tale problema è sforzarsi per maggiori implementazioni di un nodo DVT, quindi, di più client DVT (analogamente al fatto che esistono più client per i livelli del consenso e dell'esecuzione).
Costi operativi: poiché la DVT distribuisce il validatore tra più parti, sono necessari più nodi per l'operazione, invece di un singolo nodo, introducendo costi operativi maggiori.
Latenza potenzialmente incrementata: poiché la DVT utilizza un protocollo di consenso per raggiungere il consenso tra più nodi che operano un validatore, potrebbe introdurre una maggiore latenza.