Why trusted execution environments will be integral to proof-of-stake blockchains

Depuis l’invention de Bitcoin, nous avons assisté à un formidable afflux de créativité informatique dans la communauté ouverte. Malgré son succès évident, Bitcoin a plusieurs lacunes. C’est trop lent, trop cher, le prix est trop volatil et les transactions sont trop publiques.

Divers projets de crypto-monnaie dans l’espace community ont tenté de résoudre ces défis. Il y a un intérêt particulier dans la communauté pour résoudre le défi de l’évolutivité. L’algorithme de consensus de preuve de travail de Bitcoin ne prend en cost que sept transactions par seconde. D’autres blockchains telles qu’Ethereum 1., qui s’appuie également sur l’algorithme de consensus de preuve de travail, affichent également des performances médiocres. Cela a un effect négatif sur les frais de transaction. Les frais de transaction varient en fonction de la quantité de trafic sur le réseau. Parfois, les frais peuvent être inférieurs à 1 $ et parfois supérieurs à 50 $.

Les blockchains de preuve de travail sont également très énergivores. Au second d’écrire ces lignes, le processus de création de Bitcoin consomme approximativement 91 térawattheures d’électricité par an. C’est additionally d’énergie que celle utilisée par la Finlande, un pays d’environ 5,5 millions d’habitants.

Bien qu’une partie des commentateurs considère cela comme un coût nécessaire pour protéger l’ensemble du système financier en toute sécurité, plutôt que simplement le coût de fonctionnement d’un système de paiement numérique, il y a une autre partie qui pense que ce coût pourrait être supprimé en développer des protocoles de consensus de preuve de participation. Les protocoles de consensus de preuve de participation offrent également des débits beaucoup additionally élevés. Certains projets de blockchain visent à fournir furthermore de 100 000 transactions par seconde. À ce niveau de functionality, les blockchains pourraient rivaliser avec les processeurs de paiement centralisés comme Visa.

L’évolution vers un consensus de preuve de participation est assez importante. Tendermint est un cadre de consensus de preuve de participation populaire. Plusieurs projets tels que Binance DEX, Oasis Community, Key Network, Provenance Blockchain et bien d’autres utilisent le framework Tendermint. Ethereum est en coach de devenir un réseau basé sur la preuve de participation. Ethereum 2. devrait être lancé en 2022, mais le réseau compte déjà additionally de 300 000 validateurs. Une fois qu’Ethereum aura effectué la changeover, il est possible que plusieurs blockchains basées sur la device virtuelle Ethereum (EVM) suivront. En outre, il existe plusieurs blockchains non EVM telles que Cardano, Solana, Algorand, Tezos et Celo qui utilisent un consensus de preuve de participation.

Les blockchains de preuve de participation introduisent de nouvelles exigences

Alors que les blockchains de preuve de participation s’installent, il est essential d’approfondir les changements qui se déroulent.

Premièrement, il n’y a as well as de “minage”. Au lieu de cela, il y a le « jalonnement ». Le jalonnement est un processus de mise en jeu de la monnaie native de la blockchain pour obtenir le droit de valider les transactions. La crypto-monnaie jalonnée est rendue inutilisable pour les transactions, c’est-à-dire qu’elle ne peut pas être utilisée pour effectuer des paiements ou interagir avec des contrats intelligents. Les validateurs qui jalonnent la crypto-monnaie et traitent les transactions gagnent une fraction des frais payés par les entités qui soumettent des transactions à la blockchain. Les rendements de jalonnement sont souvent de l’ordre de 5% à 15%.

Deuxièmement, contrairement à la preuve de travail, la preuve de participation est un protocole de consensus basé sur le vote. Une fois qu’un validateur mise sur la crypto-monnaie, il s’engage à rester en ligne et à voter sur les transactions. Si, pour une raison quelconque, un nombre essential de validateurs se déconnectait, le traitement des transactions s’arrêterait complètement. En effet, une tremendous-majorité des votes est nécessaire pour ajouter de nouveaux blocs à la blockchain. C’est tout à fait différent des blockchains de preuve de travail où les mineurs pouvaient aller et venir à leur guise, et leurs récompenses à extended terme dépendraient de la quantité de travail qu’ils ont effectué tout en participant au protocole de consensus. Dans les blockchains de preuve de participation, les nœuds validateurs sont pénalisés et une partie de leur participation leur est retirée s’ils ne restent pas en ligne et ne votent pas sur les transactions.

Troisièmement, dans les blockchains de preuve de travail, si un mineur se comporte mal, par exemple en essayant de bifurquer la blockchain, il finit par se blesser. L’exploitation minière au-dessus d’un bloc incorrect est une perte d’efforts. Ce n’est pas vrai dans les blockchains de preuve de participation. S’il existe un fork dans la blockchain, un nœud validateur est en fait incité à prendre en demand à la fois la chaîne principale et le fork. En effet, il y a toujours une petite possibility que la chaîne fourchue se révèle être la chaîne principale à prolonged terme.

Punir les mauvais comportements de la blockchain

Les premières chaînes de blocs de preuve de participation ignoraient ce problème et s’appuyaient sur des nœuds validateurs participant au consensus sans se comporter mal. Mais ce n’est pas une bonne hypothèse à faire à long terme et les nouvelles conceptions introduisent donc un principle appelé “slashing”. Dans le cas où un nœud validateur observe qu’un autre nœud s’est mal comporté, par exemple en votant pour deux blocs distincts à la même hauteur, alors l’observateur peut couper le nœud malveillant. Le nœud slashé perd une partie de sa crypto-monnaie jalonnée. L’ampleur d’une crypto-monnaie réduite dépend de la blockchain spécifique. Chaque blockchain a ses propres règles.

Quatrièmement, dans les blockchains de preuve de participation, les erreurs de configuration peuvent entraîner des coupures. Une mauvaise configuration typique est celle où plusieurs validateurs, qui peuvent être détenus ou exploités par la même entité, finissent par utiliser la même clé pour valider les transactions. Il est facile de voir remark cela peut conduire à des coupures.

Enfin, les premières blockchains de preuve de participation avaient une limite stricte sur le nombre de validateurs pouvant participer au consensus. En effet, chaque validateur signe un bloc deux fois, une fois pendant la section de préparation du protocole et une fois pendant la period de validation. Ces signatures s’additionnent et peuvent prendre pas mal de position dans le bloc. Cela signifiait que les blockchains de preuve de participation étaient in addition centralisées que les blockchains de preuve de travail. Il s’agit d’un grave problème pour les partisans de la décentralisation et, par conséquent, les nouvelles chaînes de blocs de preuve de participation évoluent vers de nouveaux systèmes de cryptage qui prennent en cost l’agrégation de signatures. Par exemple, le cryptosystème Boneh-Lynn-Shacham (BLS) prend en charge l’agrégation de signatures. En utilisant le cryptosystème BLS, des milliers de signatures peuvent être agrégées de telle sorte que la signature agrégée occupe l’espace d’une seule signature.

Remark les environnements d’exécution de confiance peuvent faire partie intégrante des blockchains de preuve de participation

Alors que la philosophie de foundation des blockchains s’articule autour du idea de non-confiance, les environnements d’exécution fiables peuvent faire partie intégrante des blockchains de preuve de participation.

Gestion sécurisée des clés de validation à longue durée de vie

Pour les blockchains de preuve de participation, les clés de validation doivent être gérées en toute sécurité. Idéalement, ces clés ne devraient jamais être disponibles en texte clair. Ils doivent être générés et utilisés dans des environnements d’exécution sécurisés. De as well as, les environnements d’exécution fiables doivent garantir la reprise après sinistre et la haute disponibilité. Ils doivent être toujours en ligne pour répondre aux demandes des nœuds de validation.

Exécution sécurisée du code critique

Les environnements d’exécution fiables d’aujourd’hui sont capables de bien furthermore qu’une gestion sécurisée des clés. Ils peuvent également être utilisés pour déployer du code critique qui fonctionne avec une intégrité élevée. Dans le cas des validateurs de preuve de participation, il est essential que les messages contradictoires ne soient pas signés. La signature de messages contradictoires peut entraîner des sanctions économiques selon plusieurs protocoles de blockchain de preuve de participation. Le code qui match l’état de la blockchain et garantit que les validateurs ne signent pas de messages contradictoires doit être exécuté avec une grande intégrité.

conclusion

L’écosystème de la blockchain change de manière très fondamentale. Il y a un grand changement vers l’utilisation du consensus de preuve de participation vehicle il offre des performances additionally élevées et une empreinte énergétique plus faible par rapport à un algorithme de consensus de preuve de travail. Ce n’est pas un changement négligeable.

Les nœuds validateurs doivent rester en ligne et sont pénalisés s’ils se déconnectent. La gestion des clés en toute sécurité et toujours en ligne est un défi.

Pour que le protocole fonctionne à grande échelle, plusieurs blockchains ont introduit des sanctions pour mauvaise conduite. Les nœuds validateurs continuent de subir ces sanctions en raison de mauvaises configurations ou d’attaques malveillantes à leur encontre. Pour conserver la nature distribuée à grande échelle des blockchains, de nouveaux cryptosystèmes sont adoptés. Des environnements d’exécution fiables qui offrent une reprise après sinistre, une haute disponibilité, prennent en charge de nouveaux systèmes cryptographiques tels que BLS et permettent l’exécution de code personnalisé avec une intégrité élevée sont susceptibles de faire partie intégrante de ce passage de la preuve de travail à la preuve de participation. chaînes de blocs.

Pralhad Deshpande, Ph.D., est architecte de solutions senior chez Fortanix.