PACE: Policy-Bound Multi-Party Authorization with State-Consistent Execution for Smart Contracts
Dieses Paper stellt PACE vor, ein Framework für Smart Contracts, das eine zustandskonsistente Multi-Party-Autorisierung gewährleistet, indem es kollektive Entscheidungen durch ein zweistufiges gitterbasiertes Signaturverfahren an aktive Richtlinien und Ausführungskontexte bindet und dadurch die Konsistenz über Richtlinie, Entscheidung, Anfrage und Ausführung hinweg sicherstellt, während gleichzeitig stabile Verifizierungskosten beibehalten werden.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
In der digitalen Welt der Smart Contracts fungiert Code als Gesetz und führt Vereinbarungen automatisch aus, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Diese Programme verwalten oft wertvolle Vermögenswerte oder sensible Berechtigungen, was strenge Regeln darüber erfordert, wer was tun darf. Traditionell kann eine einzelne Person oder ein einfaches Passwort den Zugriff gewähren, doch für Entscheidungen mit hoher Tragweite, die mehrere Organisationen betreffen, ist ein einzelner Genehmigungspunkt oft zu riskant. Stattdessen muss eine Gruppe vertrauenswürdiger Parteien gemeinsam zustimmen, bevor eine Aktion stattfinden kann. Dies wird als Multi-Party-Autorisierung bezeichnet. Es besteht jedoch eine erhebliche Lücke zwischen dem Moment, in dem eine Gruppe einer Anfrage zustimmt, und dem Moment, in dem der Vertrag sie tatsächlich ausführt. Zwischen diesen beiden Momenten könnten sich die Regeln ändern, die Anfrage könnte abgeändert werden oder die Berechtigung könnte doppelt verwendet werden. Wenn das System die Zustimmung nicht fest mit der spezifischen Aktion und den aktuellen Regeln verknüpft, könnte eine gültige Signatur einer Gruppe dazu missbraucht werden, etwas zu autorisieren, das sie nie beabsichtigt hatten, oder um eine Transaktion auszuführen, nachdem sich die Regeln bereits geändert haben.
Forscher haben ein neues Framework namens PACE entwickelt, um dieses Problem der losen Verbindungen in der digitalen Autorisierung zu lösen. Das Team unter der Leitung von Yaowei Sun und Kollegen hat ein System geschaffen, das sicherstellt, dass die von einer Gruppe von Autoritäten gewährte Berechtigung perfekt an die spezifische Anfrage, die aktuellen Regeln und den exakten Zeitpunkt der Ausführung gebunden bleibt. Stellen Sie sich eine Gruppe von Bankmanagern vor, die einen Scheck unterschreiben; mit PACE ist die Unterschrift nicht nur ein Zeichen der Zustimmung, sondern ein digitales Siegel, das die Unterschrift an den exakten Betrag, die spezifische Bankfiliale und das aktuelle Datum bindet, um zu verhindern, dass jemand die Details ändert oder die Unterschrift an einem anderen Tag verwendet. Die Forscher bauten einen Prototyp, um diese Idee zu testen, indem sie ein Szenario simulierten, in dem mehrere Autoritäten zustimmen müssen, bevor ein Smart Contract eine geschützte Operation durchführt. Ihre Arbeit zeigt, dass sie durch die Bindung der Genehmigung an eine spezifische Richtlinienversion und eine eindeutige Sitzung unbefugte Aktionen verhindern können, selbst wenn sich die Regeln ändern oder wenn ein böswilliger Akteur versucht, eine alte Berechtigung wiederzuverwenden.
Der Kern des PACE-Systems ist ein dreistufiger Prozess, der die Menschen, die Regeln und die Aktion in einer einzigen, unzerbrechlichen Kette verbindet. Zuerst etabliert das System eine richtliniengebundene Konfiguration. Das bedeutet, dass, bevor eine Gruppe eine Genehmigung geben kann, das System genau aufzeichnet, welche Regeln aktiv sind und welche spezifischen Personen autorisiert sind, zu unterzeichnen. Wenn sich die Regeln später ändern, wechselt das System in eine neue „Epoch“ oder Version, und alte Signaturen aus der vorherigen Version werden ungültig. Dies verhindert, dass eine Gruppe eine alte Vereinbarung nutzt, um neue Beschränkungen zu umgehen. Zweitens führen die Autoritäten eine kontextgebundene gemeinsame Autorisierung durch. Wenn eine Anfrage eingeht, überprüft jede autorisierte Person die genauen Details der Anfrage – den spezifischen aufzurufenden Vertrag, die zu sendenden Daten und das Zeitlimit. Sie arbeiten dann zusammen, um ein einziges Stück kryptografischer Evidenz zu generieren. Diese Evidenz ist nicht nur eine Sammlung individueller Signaturen, sondern ein einheitlicher Beweis dafür, dass die gesamte Gruppe dieser spezifischen Details zu diesem spezifischen Zeitpunkt zugestimmt hat. Das System verwendet fortgeschrittene mathematische Techniken basierend auf Gitternstrukturen, die selbst gegen zukünftige Quantencomputer sicher sein sollen, um diesen gemeinsamen Beweis zu erstellen.
Schließlich führt das System eine zustandskonsistente Ausführung durch. Wenn die Anfrage beim Smart Contract eintrifft, prüft der Vertrag nicht nur, ob die Signatur gültig aussieht. Er führt eine Reihe strenger Prüfungen durch, um sicherzustellen, dass alles übereinstimmt. Er verifiziert, dass die zum Zeitpunkt der Ausführung aktiven Regeln dieselben sind, denen die Gruppe zugestimmt hat. Er prüft, ob die ausgeführte Anfrage identisch mit der ist, die die Gruppe überprüft hat. Er bestätigt, dass die Berechtigung nicht abgelaufen ist und nicht zuvor verwendet wurde. Entscheidend ist, dass das System den Verbrauch der Berechtigung in einem einzigen, atomaren Schritt an die Ausführung der Aktion bindet. Das bedeutet: Wenn die Aktion aus irgendeinem Grund fehlschlägt, wird die Berechtigung nicht verbraucht, und wenn die Berechtigung verbraucht wird, muss die Aktion erfolgreich sein. Es gibt keine Lücke, in der eine Berechtigung ausgegeben werden kann, ohne dass eine entsprechende Folge eintritt, oder in der ein Ergebnis eintreten kann, ohne dass die Berechtigung ordnungsgemäß verbraucht wurde.
Um zu testen, wie gut dieses System funktioniert, bauten die Forscher eine Simulation unter Verwendung eines Standard-Prozessors und eines spezifischen Satzes mathematischer Parameter, der für bis zu zweiunddreißig verschiedene Autoritäten ausgelegt ist. Sie führten tausende Tests durch, um zu sehen, wie das System unter verschiedenen Bedingungen reagiert, wie etwa bei einer Änderung der Anzahl der Personen in der Gruppe oder der Größe der zu verarbeitenden Daten. Die Ergebnisse zeigten, dass das System alle beabsichtigten Regeln erfolgreich durchsetzte. Wenn die Forscher versuchten, das System auszutricksen, indem sie eine alte Berechtigung einreichten, die Details der Anfrage änderten oder versuchten, eine Berechtigung zweimal zu verwenden, lehnte das System den Versuch korrekt ab. Die Tests bestätigten, dass die Prüfungen für Richtlinienkonsistenz, Anfragerbindung und Autorisierungszustand wie vorgesehen funktionierten. In Szenarien, in denen die Zielaktion fehlschlug, rollte das System den gesamten Prozess korrekt zurück, um sicherzustellen, dass keine teilweisen Zustandsänderungen zurückblieben.
Die Studie maß auch die Kosten für den Betrieb dieses Systems in Bezug auf Zeit und Daten. Der zeitaufwendigste Teil des Prozesses war das kollaborative Unterzeichnen und das Aggregieren der Evidenz, was den Großteil der Rechenzeit beanspruchte. Mit zunehmender Anzahl der Autoritäten wuchs die Zeit, die zur Generierung der gemeinsamen Evidenz benötigt wurde, aber die Zeit, die der Vertrag für die Verifizierung des Endergebnisses benötigte, blieb relativ stabil. Beispielsweise dauerte der Prozess der Generierung der gemeinsamen Evidenz bei zweiunddreißig Autoritäten etwa acht Sekunden, während die Verifizierung auf der Vertragseite weniger als eine Sekunde dauerte. Die Menge der Daten, die zwischen den Autoritäten ausgetauscht werden mussten, wuchs ebenfalls mit der Anzahl der Teilnehmer und erreichte über ein hundert Megabyte für eine Gruppe von zweiunddreißig Personen, aber das endgültige Stück der an den Vertrag übermittelten Evidenz blieb klein und in der Größe fixiert. Dies deutet darauf hin, dass das System zwar eine erhebliche Koordination innerhalb der Gruppe erfordert, die Belastung für den finalen Ausführungsschritt jedoch handhabbar ist.
Die Forscher untersuchten auch, wie das System mit dem mathematischen „Rejection Sampling“-Prozess umgeht, einer Methode, die verwendet wird, um die Sicherheit der Signaturen zu gewährleisten, indem gelegentlich Versuche verworfen werden, die nicht die strengen statistischen Kriterien erfüllen. Sie fanden heraus, dass das System durch das Zulassen einiger weniger Wiederholungsversuche die Autorisierung mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit erfolgreich abschließen konnte. Selbst mit einer großen Gruppe von Autoritäten konnte das System die Aufgabe in fast allen Fällen erfolgreich abschließen, wenn es eine angemessene Anzahl von Versuchen erhielt. Dies deutet darauf hin, dass das System robust genug ist, um gelegentliche mathematische Komplikationen zu bewältigen, ohne die Bereitstellung einer gültigen Autorisierung zu scheitern. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass PACE eine solide Grundlage für die sichere Multi-Party-Kontrolle über Smart Contracts bietet und die Lücke zwischen Genehmigung und Ausführung effektiv schließt. Während die aktuelle Version eine vertrauenswürdige Einrichtung (Trusted Setup) und eine spezifische Art der Gruppenvereinbarung voraussetzt, zeigen die Ergebnisse, dass die Kernidee, Richtlinie, Anfrage und Zustand zusammenzubinden, ein gangbarer Weg zu einer sichereren digitalen Governance ist.
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