Klucze w Ethereum opartym na dowodzie stawki (PoS)

Ethereum zabezpiecza aktywa użytkowników za pomocą kryptografii klucza publicznego i prywatnego. Klucz publiczny służy jako podstawa dla adresu Ethereum — to znaczy, że jest widoczny dla ogółu i używany jako unikalny identyfikator. Klucz prywatny (lub „tajny”) powinien być zawsze dostępny tylko dla właściciela konta. Klucz prywatny jest używany do „podpisywania” transakcji i danych, dzięki czemu kryptografia może udowodnić, że posiadacz zatwierdza określone działanie konkretnego klucza prywatnego.

Klucze Ethereum są generowane przy użyciu kryptografii krzywych eliptycznych (opens in a new tab).

Jednakże, gdy Ethereum przeszło z dowodu pracy (PoW) na dowód stawki (PoS), do Ethereum dodano nowy typ klucza. Oryginalne klucze nadal działają dokładnie tak samo jak wcześniej — nie wprowadzono żadnych zmian w kluczach opartych na krzywych eliptycznych zabezpieczających konta. Użytkownicy potrzebowali jednak nowego typu klucza do uczestnictwa w dowodzie stawki poprzez stakowanie ETH i uruchamianie walidatorów. Potrzeba ta wynikała z wyzwań związanych ze skalowalnością, związanych z wieloma wiadomościami przesyłanymi między dużą liczbą walidatorów, co wymagało metody kryptograficznej, którą można by łatwo agregować w celu zmniejszenia ilości komunikacji wymaganej do osiągnięcia konsensusu przez sieć.

Ten nowy typ klucza wykorzystuje schemat podpisu Boneh-Lynn-Shacham (BLS) (opens in a new tab). BLS umożliwia bardzo wydajną agregację podpisów, ale pozwala również na inżynierię wsteczną zagregowanych indywidualnych kluczy walidatorów i jest idealny do zarządzania działaniami między walidatorami.

Dwa typy kluczy walidatora

Przed przejściem na dowód stawki użytkownicy Ethereum mieli tylko jeden klucz prywatny oparty na krzywych eliptycznych, aby uzyskać dostęp do swoich środków. Wraz z wprowadzeniem dowodu stawki użytkownicy, którzy chcieli być samodzielnymi stakerami (solo stakers), potrzebowali również klucza walidatora i klucza wypłaty.

Klucz walidatora

Klucz podpisujący walidatora składa się z dwóch elementów:

Prywatny klucz walidatora
Publiczny klucz walidatora

Celem klucza prywatnego walidatora jest podpisywanie operacji onchain, takich jak propozycje bloków i poświadczenia. Z tego powodu klucze te muszą być przechowywane w gorącym portfelu.

Ta elastyczność ma tę zaletę, że pozwala na bardzo szybkie przenoszenie kluczy podpisujących walidatora z jednego urządzenia na drugie, jednak jeśli zostaną zgubione lub skradzione, złodziej może działać złośliwie na kilka sposobów:

Doprowadzić do cięcia walidatora poprzez:
- Bycie proponującym i podpisanie dwóch różnych bloków łańcucha śledzącego (beacon blocks) dla tego samego slotu
- Bycie poświadczającym i podpisanie poświadczenia, które „otacza” inne
- Bycie poświadczającym i podpisanie dwóch różnych poświadczeń mających ten sam cel
Wymusić dobrowolne wyjście, co zatrzymuje stakowanie przez walidatora i przyznaje dostęp do jego salda ETH właścicielowi klucza wypłaty

Klucz publiczny walidatora jest dołączany do danych transakcji, gdy użytkownik wpłaca ETH do kontraktu depozytu stakingowego. Jest to znane jako dane depozytu i pozwala Ethereum zidentyfikować walidatora.

Dane uwierzytelniające wypłaty

Każdy walidator ma właściwość znaną jako dane uwierzytelniające wypłaty. Pierwszy bajt tego 32-bajtowego pola identyfikuje typ konta: 0x00 reprezentuje oryginalne dane uwierzytelniające BLS (sprzed Shapella, bez możliwości wypłaty), 0x01 reprezentuje starsze dane uwierzytelniające, które wskazują na adres wykonawczy, a 0x02 reprezentuje nowoczesny typ danych uwierzytelniających z kapitalizacją (compounding).

Walidatory z kluczami BLS 0x00 muszą zaktualizować te dane uwierzytelniające, aby wskazywały na adres wykonawczy w celu aktywacji wypłat nadwyżki salda lub pełnej wypłaty ze stakowania. Można to zrobić, podając adres wykonawczy w danych depozytu podczas początkowego generowania klucza LUB używając klucza wypłaty w późniejszym czasie do podpisania i rozgłoszenia wiadomości BLSToExecutionChange.

Więcej o danych uwierzytelniających wypłaty walidatora

Klucz wypłaty

Klucz wypłaty będzie wymagany do aktualizacji danych uwierzytelniających wypłaty, aby wskazywały na adres wykonawczy, jeśli nie został ustawiony podczas początkowego depozytu. Umożliwi to rozpoczęcie przetwarzania wypłat nadwyżki salda, a także pozwoli użytkownikom na pełną wypłatę ich stakowanych ETH.

Podobnie jak klucze walidatora, klucze wypłaty również składają się z dwóch komponentów:

Prywatny klucz wypłaty
Publiczny klucz wypłaty

Utrata tego klucza przed aktualizacją danych uwierzytelniających wypłaty do typu 0x01 oznacza utratę dostępu do salda walidatora. Walidator nadal może podpisywać poświadczenia i bloki, ponieważ te działania wymagają klucza prywatnego walidatora, jednak w przypadku utraty kluczy wypłaty nie ma ku temu prawie żadnej zachęty.

Oddzielenie kluczy walidatora od kluczy konta Ethereum umożliwia jednemu użytkownikowi uruchomienie wielu walidatorów.

Uwaga: Wyjście z obowiązków stakowania i wypłata salda walidatora wymaga obecnie podpisania wiadomości o dobrowolnym wyjściu (VEM) (opens in a new tab) za pomocą klucza walidatora. Jednakże EIP-7002 (opens in a new tab) to propozycja, która w przyszłości pozwoli użytkownikowi na wyzwolenie wyjścia walidatora i wypłatę jego salda poprzez podpisywanie wiadomości o wyjściu za pomocą klucza wypłaty. Zmniejszy to założenia dotyczące zaufania, umożliwiając stakerom, którzy delegują ETH do dostawców usług stakowania (staking-as-a-service), zachowanie kontroli nad swoimi środkami.

Wyprowadzanie kluczy z frazy odzyskiwania

Gdyby każde stakowane 32 ETH wymagało nowego zestawu 2 całkowicie niezależnych kluczy, zarządzanie kluczami szybko stałoby się nieporęczne, zwłaszcza dla użytkowników uruchamiających wiele walidatorów. Zamiast tego wiele kluczy walidatora można wyprowadzić z jednego wspólnego sekretu, a przechowywanie tego jednego sekretu umożliwia dostęp do wielu kluczy walidatora.

Mnemoniki (opens in a new tab) i ścieżki to istotne funkcje, z którymi użytkownicy często się spotykają, gdy uzyskują dostęp (opens in a new tab) do swoich portfeli. Mnemonik to sekwencja słów, która działa jako początkowe ziarno (seed) dla klucza prywatnego. W połączeniu z dodatkowymi danymi mnemonik generuje hash znany jako „klucz główny” (master key). Można to traktować jako korzeń drzewa. Gałęzie z tego korzenia można następnie wyprowadzić za pomocą hierarchicznej ścieżki, dzięki czemu węzły potomne mogą istnieć jako kombinacje hasha ich węzła nadrzędnego i ich indeksu w drzewie. Przeczytaj o standardach BIP-32 (opens in a new tab) i BIP-19 (opens in a new tab) dotyczących generowania kluczy opartych na mnemonikach.

Ścieżki te mają następującą strukturę, która będzie znajoma dla użytkowników, którzy mieli do czynienia z portfelami sprzętowymi:

m/44'/60'/0'/0`

Ukośniki w tej ścieżce oddzielają komponenty klucza prywatnego w następujący sposób:

master_key / purpose / coin_type / account / change / address_index

Ta logika umożliwia użytkownikom dołączenie jak największej liczby walidatorów do pojedynczej frazy mnemonicznej, ponieważ korzeń drzewa może być wspólny, a zróżnicowanie może następować na gałęziach. Użytkownik może wyprowadzić dowolną liczbę kluczy z frazy mnemonicznej.

[m / 0]
     /
    /
[m] - [m / 1]
    \
     \
      [m / 2]

Każda gałąź jest oddzielona znakiem /, więc m/2 oznacza rozpoczęcie od klucza głównego i podążanie gałęzią 2. Na poniższym schemacie pojedyncza fraza mnemoniczna jest używana do przechowywania trzech kluczy wypłaty, z których każdy ma dwa powiązane walidatory.