Chaves no Ethereum de Prova de Participação (PoS)

O Ethereum protege os ativos dos usuários usando criptografia de chave pública e privada. A chave pública é usada como base para um endereço Ethereum — ou seja, é visível para o público em geral e usada como um identificador único. A chave privada (ou 'secreta') deve ser acessível apenas ao proprietário da conta. A chave privada é usada para 'assinar' transações e dados para que a criptografia possa provar que o titular aprova alguma ação de uma chave privada específica.

As chaves do Ethereum são geradas usando criptografia de curva elíptica (opens in a new tab).

No entanto, quando o Ethereum mudou da Prova de Trabalho (PoW) para a Prova de Participação (PoS), um novo tipo de chave foi adicionado ao Ethereum. As chaves originais ainda funcionam exatamente como antes — não houve alterações nas chaves baseadas em curva elíptica que protegem as contas. No entanto, os usuários precisavam de um novo tipo de chave para participar da Prova de Participação (PoS) fazendo staking de ETH e executando validadores. Essa necessidade surgiu de desafios de escalabilidade associados a muitas mensagens passando entre um grande número de validadores, o que exigia um método criptográfico que pudesse ser facilmente agregado para reduzir a quantidade de comunicação necessária para que a rede chegasse a um consenso.

Esse novo tipo de chave usa o esquema de assinatura Boneh-Lynn-Shacham (BLS) (opens in a new tab). O BLS permite uma agregação muito eficiente de assinaturas, mas também permite a engenharia reversa de chaves de validadores individuais agregadas e é ideal para gerenciar ações entre validadores.

Os dois tipos de chaves de validador

Antes da mudança para a Prova de Participação (PoS), os usuários do Ethereum tinham apenas uma única chave privada baseada em curva elíptica para acessar seus fundos. Com a introdução da Prova de Participação (PoS), os usuários que desejavam ser stakers solo também passaram a exigir uma chave de validador e uma chave de saque.

A chave de validador

A chave de assinatura do validador consiste em dois elementos:

Chave privada do validador
Chave pública do validador

O objetivo da chave privada do validador é assinar operações onchain, como propostas de blocos e atestações. Por causa disso, essas chaves devem ser mantidas em uma carteira quente.

Essa flexibilidade tem a vantagem de mover as chaves de assinatura do validador muito rapidamente de um dispositivo para outro, no entanto, se elas forem perdidas ou roubadas, um ladrão pode ser capaz de agir maliciosamente de algumas maneiras:

Fazer com que o validador sofra uma penalização ao:
- Ser um proponente e assinar dois blocos beacon diferentes para o mesmo slot
- Ser um atestador e assinar uma atestação que "envolve" outra
- Ser um atestador e assinar duas atestações diferentes com o mesmo alvo
Forçar uma saída voluntária, o que impede o validador de fazer staking e concede acesso ao seu saldo de ETH ao proprietário da chave de saque

A chave pública do validador é incluída nos dados da transação quando um usuário deposita ETH no contrato de depósito de staking. Isso é conhecido como dados de depósito e permite que o Ethereum identifique o validador.

Credenciais de saque

Todo validador tem uma propriedade conhecida como credenciais de saque. O primeiro byte deste campo de 32 bytes identifica o tipo de conta: 0x00 representa as credenciais BLS originais (pré-Shapella, não sacáveis), 0x01 representa credenciais legadas que apontam para um endereço de execução e 0x02 representa o tipo moderno de credencial composta.

Validadores com chaves BLS 0x00 devem atualizar essas credenciais para apontar para um endereço de execução a fim de ativar pagamentos de saldo excedente ou o saque total do staking. Isso pode ser feito fornecendo um endereço de execução nos dados de depósito durante a geração inicial da chave, OU usando a chave de saque posteriormente para assinar e transmitir uma mensagem BLSToExecutionChange.

Mais sobre credenciais de saque de validador

A chave de saque

A chave de saque será exigida para atualizar as credenciais de saque para apontar para um endereço de execução, se não for definida durante o depósito inicial. Isso permitirá que os pagamentos de saldo excedente comecem a ser processados e também permitirá que os usuários saquem totalmente seu ETH em staking.

Assim como as chaves de validador, as chaves de saque também consistem em dois componentes:

Chave privada de saque
Chave pública de saque

Perder esta chave antes de atualizar as credenciais de saque para o tipo 0x01 significa perder o acesso ao saldo do validador. O validador ainda pode assinar atestações e blocos, pois essas ações exigem a chave privada do validador, no entanto, há pouco ou nenhum incentivo se as chaves de saque forem perdidas.

Separar as chaves de validador das chaves da conta Ethereum permite que vários validadores sejam executados por um único usuário.

Nota: Sair das funções de staking e sacar o saldo de um validador atualmente exige a assinatura de uma mensagem de saída voluntária (VEM) (opens in a new tab) com a chave do validador. No entanto, a EIP-7002 (opens in a new tab) é uma proposta que permitirá que um usuário acione a saída de um validador e saque seu saldo assinando mensagens de saída com a chave de saque no futuro. Isso reduzirá as premissas de confiança ao permitir que os stakers que delegam ETH para provedores de staking como serviço permaneçam no controle de seus fundos.

Derivando chaves de uma frase semente

Se cada 32 ETH em staking exigisse um novo conjunto de 2 chaves completamente independentes, o gerenciamento de chaves rapidamente se tornaria inviável, especialmente para usuários que executam vários validadores. Em vez disso, várias chaves de validador podem ser derivadas de um único segredo comum e armazenar esse único segredo permite o acesso a várias chaves de validador.

Mnemônicos (opens in a new tab) e caminhos são recursos proeminentes que os usuários frequentemente encontram quando acessam (opens in a new tab) suas carteiras. O mnemônico é uma sequência de palavras que atua como uma semente inicial para uma chave privada. Quando combinado com dados adicionais, o mnemônico gera um hash conhecido como 'chave mestra'. Isso pode ser pensado como a raiz de uma árvore. Os ramos dessa raiz podem então ser derivados usando um caminho hierárquico para que os nós filhos possam existir como combinações do hash de seu nó pai e seu índice na árvore. Leia sobre os padrões BIP-32 (opens in a new tab) e BIP-19 (opens in a new tab) para geração de chaves baseada em mnemônicos.

Esses caminhos têm a seguinte estrutura, que será familiar aos usuários que interagiram com carteiras de hardware:

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

As barras neste caminho separam os componentes da chave privada da seguinte forma:

master_key / purpose / coin_type / account / change / address_index

Essa lógica permite que os usuários anexem o maior número possível de validadores a uma única frase mnemônica porque a raiz da árvore pode ser comum e a diferenciação pode acontecer nos ramos. O usuário pode derivar qualquer número de chaves da frase mnemônica.

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

Cada ramo é separado por uma / então m/2 significa começar com a chave mestra e seguir o ramo 2. No esquema abaixo, uma única frase mnemônica é usada para armazenar três chaves de saque, cada uma com dois validadores associados.